金屬切削毛刺形成的數(shù)值模擬及控制技術研究.pdf

1、精密與超精密加工和自動化、智能化加工是先進制造技術的主要發(fā)展方向。金屬切削毛刺的形成與形態(tài)變化直接影響工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率,已成為制約精密與超精密加工和自動化加工的關鍵技術之一。毛刺形成機理及控制技術研究備受國內(nèi)外機械工程專家和學者們的高度關注。
　　 本研究基于切削運動——刀具切削刃毛刺分類體系,在系統(tǒng)分析了國內(nèi)外金屬切削毛刺研究的基礎上,基于有限元理論建立出毛刺形成與變化的模型,利用DEFORM－3D和DEFORM-2D

2、對切削方向毛刺、進給方向毛刺、兩側方向毛刺的形成與變化進行模擬,揭示出毛刺形成與變化的基本規(guī)律,初步實現(xiàn)了毛刺形態(tài)與尺寸的預測預報。并結合精密切削加工實際,提出了主動控制毛刺的技術與方法。其主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新成果有:
　　 1.運用塑性力學理論分別建立出兩側方向、進給方向和切削方向毛刺形成的有限元模型。利用DEFORM-3D(2D)軟件對毛刺形成與變化進行模擬,研究了切屑應變對加工硬化以及材料性能的影響,揭示出兩側方向切屑應變與

3、其形態(tài)的關系,模擬結果與實驗基本吻合,初步實現(xiàn)了毛刺形成與變化的預測預報。
　　 2.基于斷裂準則和塑性力學理論建立出切削方向虧缺形成的有限元模型。利用DEFORM-2D軟件對切削方向虧缺形成進行了深入分析,給出了影響虧缺形成的主要因素,模擬了切削方向虧缺的形成過程及其變化,系統(tǒng)揭示出切削方向虧缺形成與變化的基本規(guī)律,揭示了刀尖附近的工件材料產(chǎn)生的裂紋以及裂紋擴展方向與虧缺形成的關系。
　　 3.提出了端面材料支撐剛度變

4、化導致毛刺形態(tài)轉變的新觀點?；谇邢鬟\動——刀具切削刃毛刺分類體系,研究了車削加工中一次進給方向毛刺和二次進給方向毛刺的界限轉換及其影響因素,認為在端面材料支撐剛度不足,最后不能維持切削持續(xù)進行的情況下,刀具將終端面材料向進給方向推擠形成一次毛刺；而剛度足以維持切削直至刀尖附近材料發(fā)生剪切斷裂的情況下形成二毛刺。
　　 4.發(fā)現(xiàn)了毛刺／虧缺形態(tài)轉換中的負剪切現(xiàn)象。依據(jù)切削實驗和理論分析,發(fā)現(xiàn)了金屬切削中的負剪切現(xiàn)象,研究了負剪切

5、區(qū)域形成與變化對毛刺／虧缺形成與變化的影響,探討了裂紋的產(chǎn)生及其擴展方向與工件棱邊形態(tài)(毛刺／虧缺)變化的關系,揭示出負剪切區(qū)域的形成與變化的基本規(guī)律,給出了切削方向毛刺／虧缺的界限轉換條件,為主動控制毛刺形態(tài)奠定了基礎。
　　 5.開發(fā)出少無毛刺加工技術與方法?；谇邢鲗嶒炁c數(shù)值模擬分析,提出了主動控制毛刺的新思路,給出了少無毛刺加工的基本原則,提出了工件端面倒角切削法、工件疊加切削法、擋板切削法等主動控制金屬切削毛刺的加工工

6、藝、技術和方法,并利用DEFORM-3D(2D)軟件進行了模擬,進而優(yōu)選出合理的切削參數(shù)或技術條件,發(fā)現(xiàn)抑制虧缺和毛刺就是控制負剪切的形成,抑制兩側方向毛刺實際就是控制工件的兩側方向應變。為進一步提高控制毛刺的有效性提供了理論與實驗依據(jù)。
　　 本研究工作發(fā)展了金屬切削學和精密和超精密加工工程學理論,為有效地主動控制與去除毛刺提供了一定的技術支撐和理論指導,在精密加工、柔性制造和其他自動化加工中具有廣闊的應用前景,其應用將帶來顯