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《江苏大学》 2011年
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金属切削毛刺形成的数值模拟及控制技术研究

曲海军  
【摘要】:精密与超精密加工和自动化、智能化加工是先进制造技术的主要发展方向。会属切削毛刺的形成与形态变化直接影响工件的加工质量和生产效率,已成为制约精密与超精密加工和自动化加工的关键技术之一。毛刺形成机理及控制技术研究备受国内外机械工程专家和学者们的高度关注。 本研究基于切削运动——刀具切削刃毛刺分类体系,在系统分析了国内外金属切削毛刺研究的基础上,基于有限元理论建立出毛刺形成与变化的模型,利用DEFORM-3D和DEFORM-2D对切削方向毛刺、进给方向毛刺、两侧方向毛刺的形成与变化进行模拟,揭示出毛刺形成与变化的基本规律,初步实现了毛刺形态与尺寸的预测预报。并结合精密切削加工实际,提出了主动控制毛刺的技术与方法。其主要研究内容及创新成果有: 1.运用塑性力学理论分别建立出两侧方向、进给方向和切削方向毛刺形成的有限元模型。利用DEFORM-3D(2D)软件对毛刺形成与变化进行模拟,研究了切屑应变对加工硬化以及材料性能的影响,揭示出两侧方向切屑应变与其形态的关系,模拟结果与实验基本吻合,初步实现了毛刺形成与变化的预测预报。 2.基于断裂准则和塑性力学理论建立出切削方向亏缺形成的有限元模型。利用DEFORM-2D软件对切削方向亏缺形成进行了深入分析,给出了影响亏缺形成的主要因素,模拟了切削方向亏缺的形成过程及其变化,系统揭示出切削方向亏缺形成与变化的基本规律,揭示了刀尖附近的工件材料产生的裂纹以及裂纹扩展方向与亏缺形成的关系。 3.提出了端面材料支撑刚度变化导致毛刺形态转变的新观点。基于切削运动——刀具切削刃毛刺分类体系,研究了车削加工中一次进给方向毛刺和二次进给方向毛刺的界限转换及其影响因素,认为在端面材料支撑刚度不足,最后不能维持切削持续进行的情况下,刀具将终端面材料向进给方向推挤形成一次毛刺;而刚度足以维持切削直至刀尖附近材料发生剪切断裂的情况下形成二毛刺。 4.发现了毛刺/亏缺形态转换中的负剪切现象。依据切削实验和理论分析,发现了金属切削中的负剪切现象,研究了负剪切区域形成与变化对毛刺/亏缺形成与变化的影响,探讨了裂纹的产生及其扩展方向与工件棱边形态(毛刺/亏缺)变化的关系,揭示出负剪切区域的形成与变化的基本规律,给出了切削方向毛刺/亏缺的界限转换条件,为主动控制毛刺形态奠定了基础。 5.开发出少无毛刺加工技术与方法。基于切削实验与数值模拟分析,提出了主动控制毛刺的新思路,给出了少无毛刺加工的基本原则,提出了工件端面倒角切削法、工件叠加切削法、挡板切削法等主动控制金属切削毛刺的加工工艺、技术和方法,并利用DEFORM-3D(2D)软件进行了模拟,进而优选出合理的切削参数或技术条件,发现抑制亏缺和毛刺就是控制负剪切的形成,抑制两侧方向毛刺实际就是控制工件的两侧方向应变。为进一步提高控制毛刺的有效性提供了理论与实验依据。 本研究工作发展了金属切削学和精密和超精密加工工程学理论,为有效地主动控制与去除毛刺提供了一定的技术支撑和理论指导,在精密加工、柔性制造和其他自动化加工中具有广阔的应用前景,其应用将带来显著的经济和社会效益。
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG506

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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【相似文献】
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