微磨削(又稱微型磨削、微細(xì)磨削)加工是采用超微顆粒的砂輪在工件表面進(jìn)行微納米級機(jī)械去除的加工方法,是一種精密加工工藝,能夠?qū)崿F(xiàn)對高硬度、高強(qiáng)度硬脆材料微零件或微結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量表面加工,在航空航天、國防工業(yè)、微電子工業(yè)、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。其中,微磨削力的研究是微磨削加工中重要的一環(huán)。然而,目前微磨削力的理論和仿真研究大多基于單顆磨粒,缺乏對基于多顆磨粒模型的磨削力研究。因此,本文主要研究了考慮多顆磨粒的立式微磨削建模方法。具體研究內(nèi)容如下:1、研究微磨削硬脆材料磨削機(jī)理。介紹了立式微磨削的原理、硬脆材料微磨削的三種材料去除方式、以及互相轉(zhuǎn)換的臨界深度,并推導(dǎo)出臨界未變形厚度h_c和臨界未變形切屑厚度h_d。2、構(gòu)建立式微磨削磨削力理論預(yù)測模型。從單顆磨粒微磨削入手,結(jié)合動態(tài)切削磨刃密度模型得到磨削力預(yù)測模型。3、利用有限元仿真模擬硬脆材料單顆磨粒微磨削。驗證了第二章所述的硬脆材料微磨削過程中單顆磨粒材料去除方式,主要分析了耕犁力對材料變形的影響,以及微磨削過程中摩擦力和磨削深度對微磨削力的影響,為研究多顆磨粒微磨削模型奠定了基礎(chǔ)。4、運用ABAQUS軟件構(gòu)造多顆磨粒微磨削力模型,設(shè)置磨粒隨機(jī)分布在磨棒表面上。在微磨棒轉(zhuǎn)速恒定條件下,針對切削深度和微磨棒進(jìn)給速度對磨削力的影響進(jìn)行仿真,并對產(chǎn)生影響的原因進(jìn)行了分析。同時與理論模型所得的預(yù)測值以及實際實驗結(jié)果進(jìn)行對比,驗證了本文所提出理論模型、仿真模型的可行性。本論文從理論到仿真建模的研究工作,為研究立式微磨削多顆磨粒磨削模型提供了經(jīng)驗,為今后基于仿真模型的微磨削力研究奠定了一定基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG580.6
【部分圖文】：

在磨粒-工件的接觸區(qū)域獲得更小的網(wǎng)格尺寸。在模擬過程中，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重的網(wǎng)格畸變時，需要重新劃分網(wǎng)格。自適應(yīng)重劃網(wǎng)格技術(shù)的目標(biāo)是滿足所設(shè)置的網(wǎng)格離散誤差指數(shù)，從而得到更好的網(wǎng)格劃分方案，不需要完全重新劃分工件網(wǎng)格，因此提高了計算效率。是否需要重新劃分網(wǎng)格是由網(wǎng)格單元尺寸決定的，而等效塑性應(yīng)變誤差指數(shù)用于確定單元幾何形狀是否滿足與交互區(qū)域的接觸一致性。在磨削區(qū)域提供更細(xì)的網(wǎng)格便于更好地仿真磨粒與工件的接觸情況。需要指出的是，自適應(yīng)重劃網(wǎng)格技術(shù)通常用于控制精度，也可以用于控制失真情況。改變材料去除形式的決定性參數(shù)主要有：未變形切屑厚度、切削速度、刀具前角。在本次仿真過程中，切削深度（0.5 、1 和 2 ）與磨粒直徑相比相對較小，這使得前角為高度負(fù)前角。影響材料去除機(jī)理改變的另一個重要參數(shù)是磨粒與工件之間的摩擦系數(shù)。在本章仿真中，利用有限元模擬結(jié)果解釋單顆磨粒磨削過程中材料的變形和作用力受切削深度和摩擦系數(shù)的影響情況。如圖 4.5 所示為耕犁變形示意圖，是在無摩擦接觸和最大切削深度為 2 的條件下得到的。

30（e）無摩擦，h=2 （f） =0.2，h=2 圖 4. 6 單顆磨粒磨削耕犁力造成工件材料變形的變形情況根據(jù)圖 4.6 所得結(jié)果可知：無摩擦?xí)r，最大材料隆起高度約為切削深度的一半；當(dāng)摩擦系數(shù)為 0.2 時，最大材料隆起高度與切削深度幾乎相同。這意味著磨粒和工件之間的摩擦?xí)䦟?dǎo)致磨削過程中耕犁作用材料增加。此外，在磨削深度較高的情況下隆起材料產(chǎn)生邊緣切割，這說明出現(xiàn)了切屑形成現(xiàn)象。由于切削深度較小和切削速度較低，仿真過程中沒有切屑形成。

圖 5.1 磨具建模示意圖微磨削模型，如圖 5.2 所示：圖 5.2 立式微磨削建模示意圖 磨具磨削 SiC 工件，其材料模型在 4.2.1 和這里就不再贅述。BAQUS 仿真模型

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本文編號：2808516