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切削方向毛刺/亏缺形成的界限转换及其控制技术研究

作　者: 沈钦西
导　师: 王贵成
学　校: 江苏大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 金属切削切削方向毛刺/亏缺形成机理界限转换有限元法预测预报主动控制毛刺技术 ABAQUS
分类号: TG506
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

毛刺是金属切削加工中产生的常见现象,它的形成与变化直接影响工件的加工质量和生产效率,已成为影响和制约精密与超精密加工、自动化加工技术发展的关键问题之一。本研究基于切削运动——刀具切削刃毛刺分类体系,以直角自由切削实验为基础,利用有限元法系统地开展了切削方向毛刺/亏缺的形成及其界限转换规律的研究,提出了若干主动控制毛刺的技术和方法。本研究的主要内容及创新工作有:1)系统地阐述了金属切削毛刺有限元建模的基本理论及求解方法,以直角自由切削为研究对象,利用ABAQUS/Explicit建立了以金属材料失效为切屑分离准则的切削毛刺形成有限元模型。应用结果证明了该模型的合理性和有效性。2)利用毛刺形成有限元模型,通过数值模拟,系统地揭示出切削方向毛刺/亏缺的形成过程及其变化规律,并结合相关实验数据,深入分析了影响切削方向毛刺形态与尺寸变化的主要因素,初步实现了切削方向毛刺形成的预测预报。3)深入地研究了切削方向毛刺/亏缺形成过程中被加工工件材料内部应力、应变的形成及变化,发现了负剪切区的形成及变化是毛刺/亏缺转换的重要原因,给出了切削方向毛刺/亏缺的界限转换条件及其变化的基本规律。4)按照少无毛刺加工的基本原则,利用有限元法深入研究了挡板法等主动控制毛刺加工方法的作用和效果,进而优选出合理的切削参数或技术条件,为进一步提高控制毛刺的有效性提供了理论与实验依据。本研究工作是国家自然科学基金资助项目(编号:50275066,50675088)的组成部分之一,其研究成果进一步丰富和发展金属切削学和精密加工工程学理论,其应用将带来显著的经济和社会效益。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 研究背景  10-12
  1.2 金属切削毛刺的研究现状  12-15
    1.2.1 形成机理的研究  12-14
    1.2.2 少无毛刺切削加工技术  14-15
  1.3 尚存在的主要问题  15-16
  1.4 本研究的主要内容及意义  16-17
  1.5 本章小结  17-18
第二章金属切削毛刺的分类及去除技术  18-30
  2.1 金属切削毛刺的分类  18-24
  2.2 金属切削毛刺去除技术  24-29
  2.3 本章小结  29-30
第三章金属切削毛刺的有限元建模理论及求解方法  30-42
  3.1 金属切削毛刺有限元模型的建立  30-32
    3.1.1 有限元软件  30-32
    3.1.2 有限元模型的建立  32
  3.2 金属切削毛刺有限元建模的基本理论  32-40
    3.2.1 材料的流动应力模型  32-34
    3.2.2 材料失效和切屑分离准则  34-35
    3.2.3 接触摩擦模型  35-36
    3.2.4 温度场分析  36-37
    3.2.5 自适应网格重划技术  37-39
    3.2.6 减小计算成本的方法  39-40
  3.3 切削方向毛刺仿真流程  40-41
  3.4 本章小节  41-42
第四章切削方向毛刺/亏缺形成的有限元分析及预测预报  42-58
  4.1 负剪切区的形成  42-43
  4.2 切削方向毛刺的形成过程  43-48
    4.2.1 毛刺形成过程中端面支承刚度的变化  43-44
    4.2.2 毛刺形成过程  44-46
    4.2.3 亏缺形成过程  46-48
  4.3 切削方向毛刺的预测预报  48-53
    4.3.1 无塑性断裂时毛刺尺寸预报  48-51
    4.3.2 基于塑性断裂的切削亏缺形成预报  51-53
  4.4 影响切削方向毛刺形成和变化的主要因素  53-57
    4.4.1 刀尖钝圆半径的影响  54-55
    4.4.2 刀具前角的影响  55-56
    4.4.3 切削厚度的影响  56-57
  4.5 本章小结  57-58
第五章切削方向毛刺/亏缺形态的界限转换  58-66
  5.1 负剪切应变区的形成及其变化  58-61
    5.1.1 毛刺形成时负剪切应变区的形成及变化  58-59
    5.1.2 亏缺形成时负剪切应变区的形成及变化  59-61
  5.2 界限转换条件  61-65
    5.2.1 界限剪切应变ε_I  61-63
    5.2.2 界限切削厚度α_(cI)  63-65
  5.3 本章小结  65-66
第六章少无毛刺金属切削加工技术  66-79
  6.1 影响金属切削毛刺形成的主要因素  66-67
  6.2 少无毛刺金属切削加工技术的基本原则  67
  6.3 少无毛刺切削加工的常用方法及应用  67-78
    6.3.1 工件终端倒角法  70-74
    6.3.2 挡板法  74-75
    6.3.3 工件叠加法  75-77
    6.3.4 其它方法  77-78
  6.4 本章小结  78-79
第七章研究结论及发展展望  79-82
  7.1 研究工作的主要结论  79-80
  7.2 尚待进一步深入研究的问题及发展展望  80-82
参考文献  82-86
致谢  86-87
攻读硕士期间发表的相关论文  87

切削方向毛刺/亏缺形成的界限转换及其控制技术研究

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