【摘要】：微細(xì)切削技術(shù)是在傳統(tǒng)切削技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來,面向微小型結(jié)構(gòu)件加工需求的微細(xì)加工技術(shù),繼承了傳統(tǒng)切削技術(shù)的大部分優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)前微小型結(jié)構(gòu)加工的最主要方法之一,具有廣闊的市場前景。微細(xì)刀具作為微細(xì)切削加工的執(zhí)行單元,是微細(xì)切削技術(shù)體系中極為重要的一環(huán)。由于微細(xì)刀具存在異于傳統(tǒng)刀具的失效問題,其已經(jīng)成為制約微細(xì)切削技術(shù)發(fā)展的瓶頸。本文綜合運(yùn)用了摩擦學(xué)、斷裂損傷力學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)、微分幾何學(xué)、幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)、數(shù)值計(jì)算等學(xué)科的理論和方法,從分析微細(xì)立銑刀失效現(xiàn)象入手,對(duì)微細(xì)立銑刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論開展了研究,主要包括以下幾個(gè)方面:1.揭示了銑削不銹鋼材料時(shí)硬質(zhì)合金微細(xì)立銑刀的失效機(jī)理。設(shè)計(jì)靜載荷和動(dòng)載荷條件下微細(xì)立銑刀的失效實(shí)驗(yàn),研究了微細(xì)立銑刀的失效形式和失效機(jī)理。硬質(zhì)合金微細(xì)立銑刀銑削不銹鋼過程中,銑刀磨損形式表現(xiàn)為后刀面波浪形磨損形貌,磨損機(jī)理包括磨粒磨損、粘結(jié)磨損和擴(kuò)散磨損;破損形式表現(xiàn)為切入初期的刀尖破碎和彎曲應(yīng)力過大引起的早期破損,破損機(jī)理主要為沿WC粒子晶界的CO相韌性撕裂,早期破損的起裂源位于刀頸與刀刃結(jié)合處的芯厚最小的位置,裂紋呈放射性方向擴(kuò)展。對(duì)比靜荷載和動(dòng)載荷斷口形貌發(fā)現(xiàn),微細(xì)立銑刀折斷失效為彎斷。通過分析微細(xì)切削過程中切削力主頻幅值變化規(guī)律,揭示了切削力信號(hào)頻譜幅值變化與刀具磨損的關(guān)系。采用田口法實(shí)驗(yàn)分析了加工不銹鋼過程的工藝參數(shù)對(duì)刀具磨損和表面粗糙度的影響,降低進(jìn)給量可同時(shí)獲得較好的刀具耐磨損性能和加工表面粗糙度。2.進(jìn)行了微細(xì)立銑刀的幾何結(jié)構(gòu)建模與強(qiáng)度分析研究�？紤]不同回轉(zhuǎn)曲面上刃口曲線的連續(xù)性問題,建立了統(tǒng)一的螺旋刃口曲線和平面刃口曲線模型;結(jié)合微細(xì)平頭銑刀刃磨特點(diǎn),運(yùn)用無瞬心包絡(luò)法建立了砂輪包絡(luò)軸向截形精準(zhǔn)模型,提出了基于無瞬心原理的軸向截形設(shè)計(jì)方法,該方法原理簡明、計(jì)算便捷,避免因砂輪截形上的奇點(diǎn)和圓滑二次曲線導(dǎo)致無法求解的情況,適用于復(fù)雜砂輪截形包絡(luò)溝槽截形的設(shè)計(jì)。根據(jù)強(qiáng)度分析計(jì)算,分析了幾何結(jié)構(gòu)對(duì)微細(xì)立銑刀不同應(yīng)力集中區(qū)應(yīng)力分布的影響,用于指導(dǎo)微細(xì)立銑刀的刃區(qū)幾何設(shè)計(jì)。3.提出了高轉(zhuǎn)速工況下的微細(xì)立銑刀整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則。考慮微細(xì)立銑刀的變截面幾何在旋轉(zhuǎn)工況下不可忽視的剪切效應(yīng)和陀螺效應(yīng),建立了統(tǒng)一的預(yù)扭轉(zhuǎn)變截面旋轉(zhuǎn)梁的動(dòng)力學(xué)統(tǒng)一模型;利用所建變截面旋轉(zhuǎn)梁動(dòng)力學(xué)模型,分析了不同轉(zhuǎn)速條件下微細(xì)立銑刀幾何結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響規(guī)律,用于指導(dǎo)微細(xì)立銑刀的整體設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化;根據(jù)固有頻率的變化規(guī)律,提出了確定微細(xì)立銑刀初始臨界轉(zhuǎn)速的方法。4.進(jìn)行了微細(xì)立銑刀的刃磨和失效實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究�；贑NS7D刃磨機(jī)運(yùn)動(dòng)軸規(guī)劃,推導(dǎo)了刃磨微細(xì)立銑刀的主軸運(yùn)動(dòng)方程,設(shè)計(jì)了微細(xì)立銑刀刃磨工藝,刃磨出不同幾何特征的微細(xì)立銑刀。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比不同幾何參數(shù)微細(xì)立銑刀的失效特征與加工性能,驗(yàn)證了所提出的微細(xì)立銑刀的設(shè)計(jì)理論。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG714

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2776523