本文關(guān)鍵詞：金屬切削過程中鋸齒形切屑形成機理研究

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【摘要】：金屬切削加工是整個機械制造業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的加工方法之一,而高速切削的廣泛運用有效率的并且具有較高精度的滿足了制造業(yè)企業(yè)的加工需求。與此同時,在金屬高速切削的過程中,對于絕大多數(shù)材料,容易產(chǎn)生鋸齒形切屑,然后在此過程中,切屑的鋸齒化使得斷屑更加容易,但是卻對刀具與加工材料上產(chǎn)生的切削力造成極大的影響和改變,因而會使得整個加工系統(tǒng)發(fā)生震蕩或者波動,這其中既包括了刀具的不定向振動,有可能損壞刀具或者影響刀具的壽命,同時,所加工材料的已加工表面也會隨之發(fā)生一定幅度的變化。這不僅影響了加工材料的質(zhì)量,也使得加工成本上升加工效率變低了。因此,在金屬切削過程中,研究高速切削下的鋸齒形切屑產(chǎn)生機理具有重要意義。鋸齒形切屑形成機理的研究有助于更好的去認識高速切削加工本質(zhì),大力提高切削加工的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,能降低生產(chǎn)成本,對適應(yīng)機械制造業(yè)新發(fā)展,促進國民經(jīng)濟和社會發(fā)展有著的意義。在鋸齒形切屑形成機理方面,應(yīng)力、應(yīng)變、溫度的分布規(guī)律取得了很多成果,為進一步研究切削理論奠定了基礎(chǔ)。但在切屑鋸齒化程度與已加工表面質(zhì)量之間的關(guān)系問題還需要進一步研究。有鑒于此本文基于絕熱剪切理論,對鋸齒形切屑形成過程進行仿真,對比條件下的仿真結(jié)果,分析切屑鋸齒化程度對已加工表面質(zhì)量的影響規(guī)律。本文采用理論分析、實驗研究與分析與數(shù)值仿真相結(jié)合的方法,以45鋼材料為研究對象,對其在正交切削時進行鋸齒形切屑形成機理的研究。本文的主要研究創(chuàng)新點如下:(1)確立以絕熱剪切理論為基礎(chǔ)的切屑演變規(guī)律。對45鋼材料的正交切削進行實驗研究,隨切削速度逐步提高,切屑形態(tài)從一開始的帶狀切屑轉(zhuǎn)變?yōu)殇忼X形切屑到最后形成斷裂切屑形態(tài)。又對切屑的表面進行了細致的觀察,確定了帶狀切屑與鋸齒形切屑在形成機理上存在明顯區(qū)別;在鋸齒形切屑形成之后,切削速度以及進給量的改變的變化對切屑鋸齒化程度和材料已加工表面質(zhì)量有著本質(zhì)的影響。(2)本文選用大型有限元通用軟件ABAQUS,對45鋼鋸齒形切削過程進行了有限元仿真。通過有限元分析得出了鋸齒形切屑的形成機理為:在高溫下軟化條件下,工件材料會發(fā)生熱塑性的失穩(wěn)狀態(tài),而這時,工件材料在第一變形區(qū)就會發(fā)生剪切滑移變形,從而產(chǎn)生絕熱剪切帶,導(dǎo)致鋸齒形切屑的形成。同時,結(jié)合45鋼高速正交切削實驗,在保證改變切削參數(shù)一致性的情況下,將有限元模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比驗證,發(fā)現(xiàn)具有較好的結(jié)果,從研究的內(nèi)容和結(jié)果對比可以知道,鋸齒形切屑形成機理的根本原因為熱塑性失穩(wěn)的結(jié)論。
【關(guān)鍵詞】：絕熱剪切 鋸齒形切屑 切屑形成機理 有限元分析
【學位授予單位】：上海工程技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG506.1
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 緒論13-24
• 1.1 課題研究背景與意義13-14
• 1.2 鋸齒形切屑形成機理研究14-18
• 1.2.1 絕熱剪切理論16
• 1.2.2 周期性斷裂理論16-17
• 1.2.3 絕熱剪切現(xiàn)象及特征17-18
• 1.3 金屬切削的有限元模擬研究18-20
• 1.4 尚待解決的問題20-21
• 1.5 本文的結(jié)構(gòu)框架和研究內(nèi)容21-23
• 1.5.1 文章的結(jié)構(gòu)總體框架21
• 1.5.2 本文研究的主要內(nèi)容21-22
• 1.5.3 研究目標及研究技術(shù)路線22-23
• 1.6 本章小結(jié)23-24
• 第二章 模型的建立24-36
• 2.1 ABAQUS有限元軟件的介紹24-25
• 2.2 幾何模型的介紹與建立25
• 2.3 有限元方法的介紹25-28
• 2.3.1 Lagrangian有限元方法25-27
• 2.3.2 Euler有限元方法27
• 2.3.3 ALE任意拉格朗日-歐拉有限元方法27-28
• 2.4 材料模型的介紹與建立28-30
• 2.5 摩擦模型的介紹與建立30-32
• 2.6 本研究中金屬非穩(wěn)態(tài)切削的模擬分析32-35
• 2.7 本章小結(jié)35-36
• 第三章 切屑鋸齒化程度的實驗研究及有限元分析36-53
• 3.1 切屑鋸齒化程度的研究36-38
• 3.1.1 鋸齒形切屑的形成過程36-37
• 3.1.2 有限元分析在鋸齒形切屑上的應(yīng)用37-38
• 3.2 問題的提出和本章研究內(nèi)容38-40
• 3.2.1 問題的提出39
• 3.2.2 本章研究內(nèi)容39-40
• 3.3 鋸齒形切削的實驗過程40-44
• 3.3.1 實驗的設(shè)備準備40-42
• 3.3.2 實驗的設(shè)計42
• 3.3.3 實驗的結(jié)果42-44
• 3.4 金屬有限元模型的建立44-47
• 3.4.1 Lagrangian有限元材料模型的建立44-45
• 3.4.2 幾何模型的建立45-46
• 3.4.3 材料模型的建立46
• 3.4.4 摩擦模型的建立46-47
• 3.5 有限元仿真結(jié)果分析47-52
• 3.5.1 鋸齒化程度的表示47-48
• 3.5.2 不同速度條件下的鋸齒化程度有限元分析48-52
• 3.6 本章小結(jié)52-53
• 第四章 已加工表面質(zhì)量的有限元分析53-65
• 4.1 金屬切削已加工表面國內(nèi)外研究現(xiàn)狀53-55
• 4.2 問題的提出和本章研究內(nèi)容55-57
• 4.2.1 問題的提出55-57
• 4.2.2 本章研究內(nèi)容57
• 4.3 工件已加工表面的車削實驗57-59
• 4.3.1 實驗的設(shè)備準備57
• 4.3.2 實驗的設(shè)計57-58
• 4.3.3 不同速度下已加工表面質(zhì)量的對比結(jié)果58
• 4.3.4 進給量對已加工表面質(zhì)量的影響分析58-59
• 4.4 金屬有限元模型的建立59-62
• 4.4.1 Lagrangian有限元材料模型的建立59-60
• 4.4.2 幾何模型的建立60
• 4.4.3 材料模型的建立60-61
• 4.4.4 摩擦模型的建立61-62
• 4.5 已加工表面有限元結(jié)果分析62-64
• 4.5.1 不同速度下加工表面質(zhì)量有限元分析63
• 4.5.2 不同進給量下加工表面質(zhì)量有限元分析63-64
• 4.6 本章小結(jié)64-65
• 第五章 總結(jié)與展望65-68
• 5.1 全文總結(jié)65-66
• 5.2 未來展望66-68
• 參考文獻68-73
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果73-74
• 致謝74-75

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本文編號：579419