高能效銑刀因具有低能耗、低刀具損耗率和高效率的特性而受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注,并且由于開發(fā)各類高能效銑刀普遍采用輕量化設(shè)計(jì),因而研究和控制刀具損傷對(duì)于高能效銑刀的開發(fā)具有十分重要的意義。銑刀宏觀損傷起源于原子間鍵合力消散所導(dǎo)致的介觀尺度上的微損傷,因而具有隱蔽性和突發(fā)性。由于銑刀宏介觀結(jié)構(gòu),載荷和性能之間沒有簡單、直接的聯(lián)系,識(shí)別損傷形成過程存在困難。為此,在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“高能效銑刀波動(dòng)力學(xué)損傷機(jī)理及其多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)方法”(51375124)的支持下,提取銑刀損傷樣本,研究其組件損傷行為及其特征,通過銑刀組件單向微損傷分析,分別分析銑刀各種應(yīng)力作用下?lián)p傷的類型及其形成機(jī)理。通過分析可知,銑刀組件損傷的形成過程具有顯著的跨尺度特性,確定銑刀組件損傷研究尺度。采用MAAD方法,實(shí)現(xiàn)銑刀切削力、離心力以及預(yù)緊力的跨尺度傳遞。依據(jù)銑刀組件材料元素含量及其原子結(jié)合方式,建立銑刀組件超晶胞模型;利用最低能量理論,對(duì)超晶胞模型進(jìn)行優(yōu)化,使其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài);采用高溫馳豫法和快速冷凝法,提高超晶胞模型的力學(xué)性能,使其達(dá)到經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的銑刀組件的力學(xué)性能。進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)仿真,揭示銑刀組件超晶胞變形、局部性破壞和整體破壞過程中,銑刀超晶胞結(jié)構(gòu)的演變特性,分析超晶胞空位團(tuán)的萌生、長大和聚合。根據(jù)銑刀組件超晶胞的應(yīng)變,采用德布拉數(shù)表征介觀損傷的成核和擴(kuò)展階段,分析介觀損傷跨尺度演變的耦合和競爭關(guān)系。據(jù)此,揭示銑刀組件損傷的本征及非本征特性,并提出其介觀損傷識(shí)別方法。結(jié)合銑刀組件損傷的本征及非本征特性,進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),分析銑刀組件損傷對(duì)宏觀切削參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的響應(yīng)。最后,基于公理設(shè)計(jì)和灰色關(guān)聯(lián),在保證銑刀切削效率的前提下提出高能效銑刀的設(shè)計(jì)方法。
【學(xué)位單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG714
【部分圖文】：

率、高可靠性和專業(yè)化”的方向發(fā)展[1-3]。在以高速度、高效率切削為主的現(xiàn)代切削技術(shù)新時(shí)期，由于制造資源缺乏和生產(chǎn)成本的不斷加大，在追求高效率的同時(shí)如何提高制造資源利用率也是現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)和方向[4, 5]。因此，低能耗、高能效刀具產(chǎn)品越來越受到用戶的青睞，高速切削刀具技術(shù)正在向高能效刀具的方向發(fā)展，如圖 1-1（a）。在高速銑刀技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高能效銑刀，憑借低能耗、低刀具損耗率和高效率，受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注[6]。采用輕量化設(shè)計(jì)方法開發(fā)的高能效銑刀具有各類高效銑削刀具系統(tǒng)的共同特性[7, 8]。在高速、斷續(xù)的沖擊載荷作用下，銑刀的結(jié)構(gòu)、性能發(fā)生改變，銑刀內(nèi)部的能量和質(zhì)量分布也隨之改變，在獲得高切削效率的同時(shí)，銑刀應(yīng)力場分布的不均勻性顯著增加，其內(nèi)部能量不斷積聚。另一方面，由于尺度效應(yīng)，高能效銑刀結(jié)構(gòu)和性能的變化規(guī)律與普通銑刀有很大差異，使高能效銑刀的損傷更難預(yù)測[9, 10]。在此條件下，銑刀一旦發(fā)生損傷或存在潛在缺陷，其破壞程度將迅速發(fā)展，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生的多是不可修復(fù)的嚴(yán)重事故，如圖 1-1（b）。銑刀損傷具有隨機(jī)性，一旦發(fā)生即迅速發(fā)展，直至發(fā)生完整性破壞[11]，銑刀損傷行為識(shí)別和控制已成為亟待解決的關(guān)鍵問題，有必要對(duì)此進(jìn)行深入研究。

1.2 銑刀損傷研究狀況分析為確定銑刀組件產(chǎn)生損傷的切削條件，對(duì)銑刀組件進(jìn)行受力分析。高速銑削時(shí)產(chǎn)生的切削力、離心力和銑刀組件的預(yù)緊力是引起銑刀組件變形和損傷的直接原因[12-14]，為此，討論銑刀組件的應(yīng)力分布，刀片和緊固螺釘?shù)膽?yīng)力分布如圖 1-2 所示。

削的沖擊載荷較普通銑削頻率更高，產(chǎn)生熱量更大，高與普通銑刀均有很大的不同。不但對(duì)刀片擁有更高的強(qiáng)組件材料的質(zhì)量和強(qiáng)度同樣提出更高的要求。銑刀組件的使用壽命，造成生產(chǎn)事故甚至威脅人身安全。因此，傷特征和形成過程有利于更加具有針對(duì)性的選擇合理的數(shù)。效銑刀組件損傷特征探查削過程中，受高速、斷續(xù)載荷的沖擊作用，銑刀刀片不極易發(fā)生崩刃、碎裂等結(jié)構(gòu)性損傷。為明確高速銑刀組速銑削試驗(yàn)，并對(duì)易產(chǎn)生損傷的銑刀組件結(jié)構(gòu)的部分進(jìn)mm，主偏角 45°，后角 20°，前角 0°，刃傾角 10°，刀體35CrMo 的四齒等齒距高速面銑刀進(jìn)行高速銑削實(shí)驗(yàn)，如轉(zhuǎn)速 n 為 8000rpm，每齒進(jìn)給量 fz為 0.15mm/z，切削削寬度 ae為 56mm，工件材料為鋁合金 7075，切削行程
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2875142