【摘要】：微切削加工技術(shù)是基于MEMS微型產(chǎn)品為應(yīng)用背景而發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù),隨著科學(xué)技術(shù)的不斷深入發(fā)展,越來(lái)越多的承載各種作用和不同功能的微型產(chǎn)品應(yīng)用到不同領(lǐng)域,這對(duì)微小型零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、材料的多樣性、形狀精度、表面粗糙度等均提出了越來(lái)越高的要求。微切削加工技術(shù)由于適用于多種材料,三維加工能力強(qiáng)而被廣泛的應(yīng)用在微型零件和微小結(jié)構(gòu)的加工上,相對(duì)于其它微細(xì)加工方法在加工效率、加工精度和加工成本上有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。在微納尺度下探索切削加工機(jī)理是一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域,宏觀尺度下的一些理論已不能解釋微觀狀態(tài)下的切削現(xiàn)象,而材料在微納尺度下的加工特性也發(fā)生了一些改變,如何將宏觀尺度下的加工理論延伸到微納尺度下,尋求微切削加工中特殊規(guī)律,探索其背后產(chǎn)生的機(jī)制,對(duì)完善切削理論體系,發(fā)展微切削加工技術(shù),推動(dòng)微細(xì)制造技術(shù)迅速應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)有著重要意義。本課題針對(duì)微切削加工中的尺寸效應(yīng)現(xiàn)象,從機(jī)械、材料、力學(xué)的角度上探討微觀尺度下材料去除機(jī)理、切屑形成過(guò)程及微銑削力影響機(jī)制,主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:鈍圓刃口是引起微切削尺寸效應(yīng)的一個(gè)重要因素,當(dāng)極薄的未變形切削厚度與鈍圓刃口圓弧半徑相當(dāng)時(shí),刀具參與切削部分的主要集中在刃口區(qū)域,刀具的名義前角不再起作用。針對(duì)微切削加工中鈍圓刃口產(chǎn)生的犁耕效應(yīng),建立了基于ALE-FEM法的熱力耦合微切削有限元模型,研究分析了純圓刃口切削加工方式以及停滯點(diǎn)的形成機(jī)理及影響因素,獲得最小切削厚度值,通過(guò)對(duì)比了鋒利刃口和純圓刃口的切削過(guò)程,發(fā)現(xiàn)停滯點(diǎn)是鈍圓刃口獨(dú)有現(xiàn)象,并基于停滯點(diǎn)提出一種新的有效前角模型。仿真結(jié)果顯示:當(dāng)刃口圓弧半徑越大,停滯點(diǎn)越明顯,犁耕效應(yīng)越顯著,但未變形切削厚度的改變并不影響停滯點(diǎn)的高度位置,當(dāng)切削速度越低,越容易產(chǎn)生停滯點(diǎn),犁耕效應(yīng)越顯著。隨著加工尺寸的減少,材料的微觀組織結(jié)構(gòu)效應(yīng)不能忽略。針對(duì)AISI1045鋼在電子顯微鏡下的微觀組織結(jié)構(gòu)及金相顆粒尺寸,根據(jù)未變形切削厚度與金相顆粒尺寸之間的關(guān)系,建立不同加工尺度下的二維熱力耦合正交切削有限元模型,研究了材料中微觀組織對(duì)切屑形態(tài)、加工表面質(zhì)量及切削力的影響。仿真結(jié)果中的切屑形態(tài)與實(shí)驗(yàn)中的一致說(shuō)明了模型的準(zhǔn)確性和可靠性。相比于以往模型,這種基于材料微觀組織結(jié)構(gòu)的有限元模型能更好的捕捉材料局部加工特性,反映出非均質(zhì)材料內(nèi)部金相組織的加工狀態(tài)。研究結(jié)果顯示:當(dāng)加工尺度從宏觀降到微觀尺度,AISI1045鋼的切屑形態(tài)發(fā)生了很大改變,尤其是當(dāng)未變形切削厚度小于最小金相顆粒尺寸時(shí),切屑呈現(xiàn)出類似羽毛狀的"準(zhǔn)靜態(tài)擠壓"狀;在鈍圓刃口切削加工下,已加工表面粗糙度明顯增加,毛刺增大,材料的微觀組織結(jié)構(gòu)效應(yīng)顯著,尤其是在不同金相邊界處,殘余應(yīng)力,等效塑性應(yīng)變出現(xiàn)了"斷層"現(xiàn)象。研究了微銑削中加工特點(diǎn)及微細(xì)銑削力的建模技術(shù),針對(duì)微銑削中的尺寸效應(yīng)現(xiàn)象及微細(xì)銑刀的幾何結(jié)構(gòu)特點(diǎn),建立一種新的三維瞬態(tài)銑削力學(xué)模型,以二刃螺旋刃微細(xì)銑刀為例,基于整體刀具求得切削層面積,繼而獲得銑削力,在保證模型的預(yù)測(cè)能力下,避免了離散積分的數(shù)學(xué)處理過(guò)程,減少了中間建模的誤差項(xiàng)。根據(jù)微銑削加工鈍圓刃口引起的犁耕效應(yīng),考慮到切削刃圓弧半徑和材料的彈性恢復(fù)量,將銑削力模型分別建為剪切去除方式的切削力和擠壓去除方式的犁耕力,采用真實(shí)刀尖軌跡來(lái)建立瞬時(shí)切削厚度模型。為了驗(yàn)證所建立微銑削力學(xué)模型的準(zhǔn)確性和研究加工參數(shù)對(duì)微銑削力的影響,在微型銑床上進(jìn)行了一系列A16061鋁合金微銑削試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示:主軸轉(zhuǎn)速對(duì)銑削力的影響力最小;軸向切深對(duì)側(cè)銑的徑向力影響最大;當(dāng)每齒進(jìn)給量小于1μm時(shí)會(huì)增大銑削力,出現(xiàn)尺寸效應(yīng)現(xiàn)象。根據(jù)分析可知:在保證加工質(zhì)量前提下,微銑削應(yīng)選擇較大的主軸轉(zhuǎn)速和較小的軸向切深,避免每齒進(jìn)給量小于最小切削厚度,在選擇側(cè)銑加工深腔型零件時(shí),應(yīng)選擇較小的軸向切深,多次走刀的加工工藝。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG54

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 Shih-ming WANG;Da-fun CHEN;Min-chang JANG;Shambaljamts TSOOJ;;Development of micro milling force model and cutting parameter optimization[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年S3期

2 李迎;;微銑削加工技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J];電子機(jī)械工程;2008年06期

3 楊志甫;房建國(guó);張霖;黃笑天;;基于微型銑床的非硅材料中間尺度微細(xì)切削加工技術(shù)研究[J];航空精密制造技術(shù);2008年01期

4 張之敬;金鑫;周敏;;精密微小型制造理論、技術(shù)及其應(yīng)用[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2007年01期

5 劉戰(zhàn)強(qiáng);雷原忠;;微切削加工技術(shù)[J];工具技術(shù);2006年03期

6 孫雅洲,梁迎春,程凱;微米和中間尺度機(jī)械制造[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2004年05期

7 丁衡高;微機(jī)電系統(tǒng)的科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)[J];清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1997年09期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 張濤;微切削加工單位切削力及表面加工質(zhì)量的尺寸效應(yīng)研究[D];山東大學(xué);2013年

2 楊凱;微細(xì)銑削及微刀具關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

3 史振宇;基于最小切除厚度的微切削加工機(jī)理研究[D];山東大學(xué);2011年

4 周軍;鋁合金7050-T7451微切削加工機(jī)理及表面完整性研究[D];山東大學(xué);2010年

5 吳繼華;基于應(yīng)變梯度塑性理論的正交微切削變形研究[D];山東大學(xué);2009年

6 趙巖;微細(xì)銑削工藝基礎(chǔ)與實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

7 李紅濤;介觀尺度材料力學(xué)性能建模及微銑削工藝優(yōu)化研究[D];上海交通大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 倪海波;微銑削加工毛刺的形成過(guò)程仿真與實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

，

本文編號(hào)：2303577