高级检索

  • ISSN 1006-3080
  • CN 31-1691/TQ

基于有限元仿真的聚酰亚胺切削参数优化

张航 雷学林 何云 李子璇

张航, 雷学林, 何云, 李子璇. 基于有限元仿真的聚酰亚胺切削参数优化[J]. 华东理工大学学报(自然科学版). doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210210001
引用本文: 张航, 雷学林, 何云, 李子璇. 基于有限元仿真的聚酰亚胺切削参数优化[J]. 华东理工大学学报(自然科学版). doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210210001
ZHANG Hang, LEI Xuelin, HE Yun, LI Zixuan. Research on Optimization of Polyimide Cutting Parameters Based on Finite Element Simulation[J]. Journal of East China University of Science and Technology. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210210001
Citation: ZHANG Hang, LEI Xuelin, HE Yun, LI Zixuan. Research on Optimization of Polyimide Cutting Parameters Based on Finite Element Simulation[J]. Journal of East China University of Science and Technology. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210210001

基于有限元仿真的聚酰亚胺切削参数优化

doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210210001
基金项目: 上海航天科技创新基金(SAST2019-089)
详细信息
    作者简介:

    张航:张 航(1995-),男,陕西西安人,硕士生,主要从事切削理论与刀具的研究,E-mail:hang0228@outlook.com

    通讯作者:

    雷学林,E-mail:xuelinlei@ecust.edu.cn

  • 中图分类号: TH133.3

Research on Optimization of Polyimide Cutting Parameters Based on Finite Element Simulation

  • 摘要: 采用VUMAT子程序嵌入法,描述了聚酰亚胺高分子材料弹性变形阶段的应力应变关系,并通过三维热-力耦合有限元模型分析了切削工艺参数对聚酰亚胺铣削过程切削力、切削温度和切屑形态的影响规律,结果发现:随着进给量的增大,仿真的切削力、切削温度会升高,切屑的带状化程度会变得严重。随后采用切削实验,验证了仿真模型的有效性与准确性,并获得了聚酰亚胺的最优切削工艺参数为:铣削深度ap=1 mm,铣削速度v=75 m/min,进给量f=0.2~0.3 mm/r。

     

  • 图  1  铣削聚酰亚胺的有限元模型

    Figure  1.  Finite element model for milling polyimide

    图  2  高分子材料真实测试曲线与仿真曲线比较

    Figure  2.  Comparison of real stress-strain curve and simulation curve of polymer materials

    图  3  程序整体流程

    Figure  3.  The overall process of the program

    图  4  铣削实验设置

    Figure  4.  Milling experimental device

    图  5  进给量对铣削力的影响

    Figure  5.  Effects of feed rate on milling forces

    图  6  刀具参考点及对应温度

    Figure  6.  Tool reference point and corresponding temperature

    图  7  不同进给量条件下的切屑形态

    Figure  7.  The chip under different feed rate

    图  8  仿真与实验的切削力对比

    Figure  8.  Comparison of cutting force between simulation and experiment

    图  9  仿真与实验的切削温度对比

    Figure  9.  Comparison of cutting temperature between simulation and experiment

    图  10  实验切屑形貌及SEM图

    Figure  10.  Comparison of chip between simulation and experiment

    表  1  刀具和工件的物理参数

    Table  1.   Physical parameters of tool and workpiece

    Materialρ/(kg·m−3)E/10−9Paνk/(W((m·K)−1))α/10−5 K−1c/(J((kg·K)−1))Tm/K
    Polyimide11104(303K)
    3.61(333K)
    3.12(363K)
    0.340.85(373K)5.8(323K)
    5.7(373K)
    1250600
    YG8145006400.2275.40.452201923
    下载: 导出CSV

    表  2  铣刀尺寸参考值

    Table  2.   Reference value of the milling inserts

    materialSpeciescoatingD/mmd/mml/mmL/mmθ/(°)
    CarbideFlat-endAlTiN56135045
    下载: 导出CSV

    表  3  铣削仿真参数

    Table  3.   Milling simulation parameter table

    ap/(mm)v/(m·min−1)f/(mm·r−1)ap/(mm)v/(m·min−1)f/(mm·r−1)
    1750.11750.3
    0.150.35
    0.20.4
    0.250.45
    下载: 导出CSV
  • [1] ZHAO H X, PRIETO L O, ZHOU X Z, et al. Multistimuli responsive liquid‐release in dynamic polymer coatings for controlling surface slipperiness and optical performance[J]. Advanced Materials Interfaces, 2019, 6: 1901028. doi: 10.1002/admi.201901028
    [2] JIA W H, YANG S R, REN S L, et al. Preparation and tribological behaviors of porous oil-containing polyimide/ hollow mesoporous silica nanospheres composite films[J]. Tribology International, 2020, 145: 106184. doi: 10.1016/j.triboint.2020.106184
    [3] 兰中旭, 韦嘉, 俞燕蕾. 耐高温无色透明聚酰亚胺的研究进展[J]. 功能高分子学报, 2020, 33(04): 320-332.
    [4] WANG F B, BIN Z, WANG Y Q. Milling force of quartz fiber-reinforced polyimide composite based on cryogenic cooling[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2019, 104: 2363-2375. doi: 10.1007/s00170-019-04050-0
    [5] 岳彩旭, 蔡春彬, 黄翠, 等. 切削加工过程有限元仿真研究的最新进展[J]. 系统仿真学报, 2016, 28(4): 815-825+832.
    [6] 夏晓东, 唐迪, 王业甫, 等. 超精密切削SiCp/Al复合材料有限元仿真研究[J]. 工具技术, 2019, 53(3): 47-50.
    [7] 秦旭达, 李永行, 王斌, 等. CFRP纤维方向对切削过程影响规律的仿真研究[J]. 机械科学与技术, 2016, 35(03): 472-476.
    [8] HE Y L, DAVIM J P, XUE H Q. 3D progressive damage based macro—mechanical FE simulation of machining unidirectional FRP composite[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2018, 31(03): 128-143.
    [9] CHENG H, GAO J Y, KAFKA O L, et a1. A micro—scale cutting model for UD CFRP composites with thermo—mechanical coupling[J]. Composite Science and Technology., 2017, 153: 18-31. doi: 10.1016/j.compscitech.2017.09.028
    [10] 杨永喜. 聚酰亚胺基多孔含油材料的制备及改性研究[D]. 黑龙江: 哈尔滨工业大学, 2017. .
    [11] 杜茂华, 程正, 王神送, 等. 损伤演化对Ti6Al4V高速切削仿真结果的影响[J]. 航空学报, 2019, 40(07): 279-291.
    [12] SUHAS B, JACOB B, RYAN S, et al. Constitutive Models for the Viscoelastic Behavior of Polyimide Membranes at Room and Deep Cryogenic Temperatures[J]. Fusion Science and Technology, 2016, 70(2): 332-340. doi: 10.13182/FST15-218
    [13] 汪品红. 基于Abaqus子程序的高分子材料本构关系实现[J]. 计算机辅助工程, 2013, 22(S2): 408-410.
    [14] Zhu Z L, BUCK D, GUO X L, et al. Cutting performance in the helical milling of stone-plastic composite with diamond tools[J]. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 2020, 31: 119-129. doi: 10.1016/j.cirpj.2020.10.005
  • 加载中
图(10) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  32
  • HTML全文浏览量:  36
  • PDF下载量:  0
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-02-10
  • 网络出版日期:  2021-06-24

目录

    /

    返回文章
    返回