金屬切削加工中邊緣毛刺形成機理及尺寸預報理論研究.pdf

1、由于工件材料的變形，在金屬加工后的邊緣常伴隨著毛刺或崩裂的產(chǎn)生，它們的存在使工件輪廓偏離了理想邊界，影響了零部件的尺寸精度和位置精度，從而影響了工件的使用性能。隨著國家工業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，制造業(yè)越來越注重高質(zhì)量、高精度發(fā)展，所以對金屬毛刺/崩裂的形成研究就顯得非常重要。本研究結(jié)合理論分析和有限元模擬對金屬切削毛刺從以下幾方面進行了系統(tǒng)研究:
　　(1)基于二維金屬直角切削原理，同時結(jié)合現(xiàn)有毛刺形成力學模型，對比韌性材料鋁合金6061

2、-T4毛刺形成和脆性材料加工邊緣缺陷，運用有限元仿真觀察了幾種不同材料切削的邊緣毛刺形成過程。通過不同材料毛刺形成加以對比，并且結(jié)合仿真過程中溫度場、應變場、應力場等分析，探索研究切削毛刺萌生、發(fā)展和形成原因。研究發(fā)現(xiàn)Ti6Al4V切削的邊緣毛刺由兩個斷裂面組成，即張開型裂紋的第一斷裂面與滑移型裂紋的第二斷裂面。本章的研究旨在運用經(jīng)濟、高效的仿真方法獲取切削中毛刺形成過程，并揭示其形成機理，為切削方案的合理選擇及加工工藝參數(shù)的優(yōu)化設計提

3、供有價值的指導意見。
　　(2)基于Johnson-Cook材料本構(gòu)模型和Cockroft-Latham斷裂準則，同時結(jié)合大塑性變形的拉格朗日方程，建立了二維有限元直角切削熱力耦合模型。獲得了工件和刀具的溫度場分布和最大溫度歷程，以及切削過程中切向和法向切削力。詳細分析了切削速度、刀具邊緣幾何、前角及切削深度對Ti6Al4V毛刺幾何形狀和尺寸的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)Ti6Al4V切削毛刺尺寸對工藝參數(shù)極為敏感，較小的切削深度和刀具圓弧

4、半徑可以有效地減小邊緣毛刺尺寸。此外，提高切削速度和刀具前角同樣可以抑制毛刺尺寸的增大。研究成果為以Ti6Al4V合金為材料的零部件加工工藝方案的合理選擇提供指導意見，以獲得小毛刺甚至無毛刺、可控的邊緣形態(tài)，實現(xiàn)高質(zhì)量高精度的表面完整性。
　　(3)基于Merchant切削力模型以及塑性問題中的Flamant-Boussinseq方程，同時考慮了機械載荷和熱載荷的耦合作用，建立了切削中的泊松毛刺橫截面厚度和高度理論預測模型。詳細分

5、析了切削深度和刀具前角對切削中泊松毛刺橫截面尺寸的影響規(guī)律。獲得了沿著縱向切削泊松毛刺形態(tài)及工藝參數(shù)對其的影響規(guī)律，結(jié)合應變場分布，獲得了不同工藝條件下的毛刺橫截面尺寸，結(jié)合有限元仿真和理論預測尺寸，進行了詳細的對比分析及誤差原因分析，驗證了理論模型具有很高的精度。研究發(fā)現(xiàn)泊松毛刺尖端在縱向切削方向上不連續(xù)，而根部卻具有穩(wěn)定的尺寸。此外，毛刺的橫截面尺寸對材料屬性和加工工藝參數(shù)極為敏感，減小切削深度和增加刀具前角可以有效地抑制泊松毛刺尺