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基于高速切削的难加工材料切屑变形研究及虚拟仿真

汤中奇  
【摘要】: 随着难加工材料在航空航天、汽车、兵器及模具工业等行业中的大量应用,高表面加工质量、高效率和高精度成为制造技术,特别是难加工材料切削加工追求的新目标。显然,一般的改善难加工材料加工性的措施已经不能够满足这样的要求。高速切削技术的发展为这些问题的解决提供了可能。加工过程中的切屑控制是难加工材料高速切削技术亟待解决的重要问题之一。 本研究首先讨论了切屑流出、卷曲和折断三个变化阶段的特点。通过对切屑空间运动轨迹的研究,分析了当前存在的切屑形态和切屑运动相关的数学公式,总结出了一套切屑几何结构和空间运动轨迹的数学模型,该模型以实际的切削参数和刀具结构参数为已知条件来求解切屑几何形态参数和切削空间运动轨迹参数,为难加工材料的切屑仿真提供了支持。 其次,通过难加工材料的高速切削实验研究了切削用量对切屑形态的影响,本实验采用单因素法逐一考查各个切削用量对切屑变形趋势所产生的作用,这种作用通过切屑变形系数的变化趋势被显示出来。实验表明,切削用量中速度对切屑的变形有较大的影响,进给量对切屑形态的影响也比较显著,切削深度的影响则不明显。 最后,以难加工材料高速切削实验和切屑运动相关数学模型为基础,采用在VC++6.0环境下调用开放式图形库(OpenGL)的方法开发出了切屑仿真应用程序,该应用程序有着友好的人机界面,以实际加工中的切削参数和刀具几何结构参数为初始条件求解切屑基本形态参数和切屑空间运动轨迹参数,并以这些求解出的参数为驱动,在计算机中完成切屑形态的仿真。可视化的反映了切屑在不同条件变化的情况下的变形趋势。通过将难加工材料高速切削实验中的实验数据作为仿真的初始条件,得到了一组速度从低到高连续变化情况下对应的切屑形态,其变化趋势和试验中观察到的实际的切屑变化趋势一致,验证了切屑仿真的正确性。


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