高硅铝合金铣削加工仿真分析(附件)
随着当代加工技术的不断发展，加工材料也变的越来越多样化。尤其是铝合金材料在很多领域中都运用到了，而在铝合金材料中最受欢迎的当属高硅铝合金。高硅铝合金主要用于汽车零部件如发动机以及一些电子设备的外壳制造之中，对于高硅铝合金的加工，大多数采用铣削的方式加工成形。由于高硅铝合金的特性与一般的铝合金不相同，在对其进行加工时，相比于一般的铝合金加工，刀具磨损更加严重，加工出的零件的表面粗糙度往往不能达到要求。所以研究高硅铝合金的铣削加工性具有很重要的意义。在快速发展的计算机技术的支持下，有限元分析法受人们的热烈欢迎。利用有限元分析软件对高硅铝合金的铣削加工过程进行模拟仿真，不仅可以提高产品的精度还可以提高研究效率、节约实验成本从而提高企业的经济效益。本文主要是利用AdvantEdge FEM对高硅铝合金的铣削过程进行模拟仿真。采用单因素控制法进行研究，分析铣削用量对铣削力以及铣削温度的影响，其中具体分析的参数为主轴转速、进给量、铣削宽度和被吃刀量。关键词 高硅铝合金，AdvantEdge FEM，铣削参数，铣削力和温度
目 录
1 引言 1
1.1 高硅铝合金应用现状与发展趋势 1
1.2 国内外切削硅铝合金技术的研究 2
1.3 有限元分析概述 3
1.4 研究意义及目的 3
1.5 研究的主要内容 4
2 金属切削原理 4
2.1 金属切削变形区及其特点 4
2.2 金属切削力理论 5
2.3 金属切削热理论 6
3 软件的熟悉及仿真方案的设计 7
3.1 AdvantEdge FEM简介 7
3.2 Advantedge FEM分析流程 7
3.3 仿真方案设计 15
4 仿真结果分析 16
4.1 主轴转速为主因素影响分析 16
4.2 进给量为主因素影响分析 19
4.3 铣削宽度为主因素影响分析 21
4.4 背吃刀量为主因素影响分析 23
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
1 引言
1．1 高硅铝合金应用现状与发展趋势
在硅铝合金中，如果硅的含量在22%至70%之间的话，则称这类的硅铝合金为高硅铝合金。在硅铝合金中，随着硅的含量的增多硅铝合金材料的耐磨性得到增强、热膨胀系数随之减少、在一定程度上硅铝合金的密度也变小。高硅铝合金作为一个新型的材料，相比于一般的硅铝材料具有比强度高、耐磨性能好的特点，在汽车气缸部件的制造、宇宙飞船的设计材料、电子材料的封装上得到广泛的使用。越来越多的零部件采用高硅铝合金来制造，所以说高硅铝合金具有非常广阔的市场，研究其切削加工性具有非常重要的意义。
随着中国经济的不断发展，汽车已经成为我国人民的主要出行方式。汽车制造之中所需的工艺基本上占据机械产业的一大半。截止2014年我国汽车的保有量已经达到1亿4千万左右。伴随着汽车数量的不断增多，环境污染问题也变的越来越严重。依据实际的生产经验显示，降低汽车的总质量可以减少带来的空气污染，所以未来的汽车的发展方向为设计研究高速、环保和安全可靠的汽车。要达到这一设计方向，不仅仅需要改善汽车的结构设计，更主要的是选择合适的可以代替传统钢铁的轻量化材料。高硅铝合金的热膨胀系数小、密度小、耐磨性耐热性好和比强度高已经成为汽车减重的首要材料之一。高硅铝合金主要用于汽车发动机零部件的生产制造之中。如图1.1所示为高硅铝合金发动机气缸零部件。
/ /
图1.1高硅铝合金气缸零部件 图1.2电子封装外壳
高硅铝合金不仅仅在汽车领域有广泛的运用，在电子领域也多次出现，例如和生活密切相关的电子系统、通信基站、大功率集成电器、电路板基板以及通信系统的电子封装都需要用到高硅铝合金。如图1.2所示为电子封装外壳。伴随着日益发展的电子信息技术，电子设备的体型变的越来越小、集成化越来越高、效率更高并且拥有更高的可靠性。电子封装设备的要求也有所提高，要分别从热膨胀系数、热导率和密度这几个方面来考虑。电子分装设备必须满足电子设备在各个方面的要求。目前电子封装的金属及金属基材料及性能如表1.1。
表1.1电子封装材料及其性能
材料
热膨胀系数
热导率
密度
(
10
?6
????
?1
)
(W
m
?1
K
?1
)
(g
????????
?3
)
Kovar
5.8
17
8.2
Aluminium
23.6
230
2.7
Copper
17.6
391
8.9
Molybdenum
5.1
140
10.2
Copper75% tungsten
8.8
190
14.6
Copper75% Molybdenum
6.7
160
10
Aluminium68% silicon carbide
7.2
150
3
Silicon30% aluminium
(CE7)
7.4
120
2.4
Silicon50% aluminium
(CE11)
11
149
2.5
结合表1.1可以看出Kovar合金、85%铜钼合金、75%铜钨合金和钼合金材料的热膨胀系数低，但是其密度相对较大，电子元器件轻量化的实现相对比较困难。比较含铝量为68%的硅铝合金、含硅量为30%的硅铝合金和含硅量为50%的硅铝合金可以发现，综合热膨胀率、热导率和密度等三个因素的影响，高硅铝合金拥有更广阔的市场前景。
目 录
1 引言 1
1.1 高硅铝合金应用现状与发展趋势 1
1.2 国内外切削硅铝合金技术的研究 2
1.3 有限元分析概述 3
1.4 研究意义及目的 3
1.5 研究的主要内容 4
2 金属切削原理 4
2.1 金属切削变形区及其特点 4
2.2 金属切削力理论 5
2.3 金属切削热理论 6
3 软件的熟悉及仿真方案的设计 7
3.1 AdvantEdge FEM简介 7
3.2 Advantedge FEM分析流程 7
3.3 仿真方案设计 15
4 仿真结果分析 16
4.1 主轴转速为主因素影响分析 16
4.2 进给量为主因素影响分析 19
4.3 铣削宽度为主因素影响分析 21
4.4 背吃刀量为主因素影响分析 23
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
1 引言
1．1 高硅铝合金应用现状与发展趋势
在硅铝合金中，如果硅的含量在22%至70%之间的话，则称这类的硅铝合金为高硅铝合金。在硅铝合金中，随着硅的含量的增多硅铝合金材料的耐磨性得到增强、热膨胀系数随之减少、在一定程度上硅铝合金的密度也变小。高硅铝合金作为一个新型的材料，相比于一般的硅铝材料具有比强度高、耐磨性能好的特点，在汽车气缸部件的制造、宇宙飞船的设计材料、电子材料的封装上得到广泛的使用。越来越多的零部件采用高硅铝合金来制造，所以说高硅铝合金具有非常广阔的市场，研究其切削加工性具有非常重要的意义。
随着中国经济的不断发展，汽车已经成为我国人民的主要出行方式。汽车制造之中所需的工艺基本上占据机械产业的一大半。截止2014年我国汽车的保有量已经达到1亿4千万左右。伴随着汽车数量的不断增多，环境污染问题也变的越来越严重。依据实际的生产经验显示，降低汽车的总质量可以减少带来的空气污染，所以未来的汽车的发展方向为设计研究高速、环保和安全可靠的汽车。要达到这一设计方向，不仅仅需要改善汽车的结构设计，更主要的是选择合适的可以代替传统钢铁的轻量化材料。高硅铝合金的热膨胀系数小、密度小、耐磨性耐热性好和比强度高已经成为汽车减重的首要材料之一。高硅铝合金主要用于汽车发动机零部件的生产制造之中。如图1.1所示为高硅铝合金发动机气缸零部件。
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图1.1高硅铝合金气缸零部件 图1.2电子封装外壳
高硅铝合金不仅仅在汽车领域有广泛的运用，在电子领域也多次出现，例如和生活密切相关的电子系统、通信基站、大功率集成电器、电路板基板以及通信系统的电子封装都需要用到高硅铝合金。如图1.2所示为电子封装外壳。伴随着日益发展的电子信息技术，电子设备的体型变的越来越小、集成化越来越高、效率更高并且拥有更高的可靠性。电子封装设备的要求也有所提高，要分别从热膨胀系数、热导率和密度这几个方面来考虑。电子分装设备必须满足电子设备在各个方面的要求。目前电子封装的金属及金属基材料及性能如表1.1。
表1.1电子封装材料及其性能
材料
热膨胀系数
热导率
密度
(
10
?6
????
?1
)
(W
m
?1
K
?1
)
(g
????????
?3
)
Kovar
5.8
17
8.2
Aluminium
23.6
230
2.7
Copper
17.6
391
8.9
Molybdenum
5.1
140
10.2
Copper75% tungsten
8.8
190
14.6
Copper75% Molybdenum
6.7
160
10
Aluminium68% silicon carbide
7.2
150
3
Silicon30% aluminium
(CE7)
7.4
120
2.4
Silicon50% aluminium
(CE11)
11
149
2.5
结合表1.1可以看出Kovar合金、85%铜钼合金、75%铜钨合金和钼合金材料的热膨胀系数低，但是其密度相对较大，电子元器件轻量化的实现相对比较困难。比较含铝量为68%的硅铝合金、含硅量为30%的硅铝合金和含硅量为50%的硅铝合金可以发现，综合热膨胀率、热导率和密度等三个因素的影响，高硅铝合金拥有更广阔的市场前景。
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