發(fā)布時間：2020-03-24 14:28

【摘要】：橢圓振動切削(Elliptical Vibration Cutting,EVC)是在振動輔助切削基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種加工方式,不僅可以在工件表面上加工出復(fù)雜的微結(jié)構(gòu),極大地改善加工性能,還能夠有效地加工諸如鈦合金、碳化硅等硬脆性材料。切屑是切削過程中重要的產(chǎn)物,其形成過程伴隨著各種化學現(xiàn)象(如金剛石刀具石墨化)及物理現(xiàn)象(如刀具磨損、切削熱等),這些化學及物理現(xiàn)象所導(dǎo)致的切屑幾何特征變化對切削過程有著重大影響,尤其對切削過程中的切削力及工件表面質(zhì)量。然而目前對EVC切屑的研究尚不多見,多數(shù)學者僅對實驗后的切屑進行了簡單的觀察,對EVC切屑缺乏深入的理論研究。因此本學位論文主要對EVC的形成展開相關(guān)研究,同時考慮到EVC切屑對切削過程的影響,本文也對切削力及工件表面形貌展開了相關(guān)研究。本論文研究內(nèi)容從以下幾個方面展開:1.分析EVC刀具運動過程,確定形成的切屑的邊界,充分考慮刀具與工件的相對運動關(guān)系與位置關(guān)系,重新建立刀具運動方程。按照不同的切深比對EVC切屑的厚度、截面積、體積等幾何特征分別建立數(shù)學模型。2.多數(shù)學者采用實驗法研究相關(guān)參數(shù)對EVC表面質(zhì)量的影響,缺乏EVC表面形貌數(shù)學模型。本文利用幾何法對去除切屑后的工件三維表面形貌及表面殘余高度進行數(shù)學建模,找到影響工件表面殘余高度的相關(guān)參數(shù)。3.利用現(xiàn)有的EVC力模型計算切削力需要做大量的計算,而本文針對EVC變切深的特點,改進現(xiàn)有的切削力模型,將切屑截面積引入到切削力模型中,得到EVC力的經(jīng)驗公式。4.利用有限元分析軟件,對EVC過程進行有限元仿真,得到切削后的切屑幾何形態(tài)及切削力。通過改變相關(guān)參數(shù),探究切屑幾何形態(tài)(主要指切屑厚度)及切削力隨相關(guān)參數(shù)的變化規(guī)律。利用Matlab對建立的EVC表面模型進行仿真,得到理想的工件三維表面形貌,并探究相關(guān)參數(shù)對表面殘余高度的影響。5.進行金剛石切削實驗,對切削過程中產(chǎn)生的切屑、工件表面形貌及切削力進行收集與測量。對得到的實驗現(xiàn)象做出相應(yīng)的解釋。通過實驗結(jié)果進一步驗證理論推導(dǎo)與仿真結(jié)論的正確性。本論文研究內(nèi)容從EVC切屑的形成展開,并通過EVC切屑研究工件表面形貌及切削力,將三者緊密聯(lián)系在一起,為今后EVC實驗切削參數(shù)的選擇提供參考。
【圖文】：

圖 1.1 精密加工技術(shù)[6-9]（a. FTS b. 金剛石飛切 c. LAM d. EVC） 50 年代，隈部淳一郎提出了振動切削技術(shù)（又稱一維振動切泛的關(guān)注[10]。振動切削技術(shù)成本低、無污染，能夠減小刀具損等，具有良好的使用效果。在振動切削的基礎(chǔ)上，社本英二等切削技術(shù)——橢圓振動切削技術(shù)。雖然一維振動切削相比于傳然而在切削硬脆材料時所得到出的切削效果差強人意。EVC振動切削的優(yōu)點，而且加工效果更好[11]。大量研究表明，EV磨損、降低切削力及切削熱、進一步提高了工件表面精度。術(shù)在近二十年的時間里發(fā)展迅速，目前針對 EVC 的研究內(nèi)容部分研究內(nèi)容相互獨立，大部分學者并沒有將實驗中得到的各對這些實驗現(xiàn)象進行關(guān)聯(lián)性分析，有助于全面了解 EVC 技術(shù)一種方式去研究這些現(xiàn)象之間的關(guān)聯(lián)性。切屑是切削過程中重的變化能夠反映切削狀態(tài)，，與切削力及工件表面形貌有著十 EVC 切屑的研究意義十分重大。

直和平行切削方向分別存在有規(guī)律的振動。垂直切削方向的振動保證了刀具與工件的分離，利于刀具散熱。平行切削方向的振動保證了刀具的往復(fù)切削。經(jīng)試驗證明，絕大多數(shù)情況下EVC技術(shù)的切削效果比一維振動切削效果更好。傳統(tǒng)EVC技術(shù)在設(shè)定好兩個方向上振幅后無法在切削過程中更改，無法加工出變化的表面結(jié)構(gòu)。名古屋大學Yokoi等人在傳統(tǒng)EVC的基礎(chǔ)上，利用控制切深方向振幅的方式，使得EVC過程中縱向振幅改變，進而達到控制加工表面形貌的目的[13]。（a）變幅 EVC 技術(shù) （b）EVT 技術(shù)
【學位授予單位】：長春工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG506.5

【參考文獻】

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1 胡智特;秦娜;劉凡;;超聲振動車削TC4鈦合金的切削性能研究[J];機械設(shè)計與制造;2018年02期

2 張國華;李咚咚;李茂偉;張德遠;;超聲橢圓振動車削三維形貌形成研究[J];兵工學報;2017年10期

3 劉東;;TC4鈦合金切削中切屑塑性變形分析[J];宇航材料工藝;2017年04期

4 王學惠;;鈦合金TC4三維高速銑削的銑削力和溫度特性[J];黑龍江科技大學學報;2017年02期

5 陳芳;;超聲振動切削力模型研究[J];機械設(shè)計與制造工程;2017年03期

6 張翔宇;張德遠;隋

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