精密超薄切削加工機理及其表面質量的研究.pdf

1、隨著航空航天、高精密儀器儀表和精密機械等技術的發(fā)展，對各種高精度復雜零件的使用性能要求越來越高。在精密超薄切削過程中，由于切削厚度較小，切削刃鈍圓半徑對切削過程的影響已不容忽視，亞表層損傷給零件性能帶來極大影響，導致零件合格率極低。因此，通過精密切削提高加工表面質量，減小變質層和殘余應力一直是國內外精密切削領域重要的研究課題。本文通過精密超薄切削高強度彈性合金3J33實驗，研究切削參數(shù)、刀具幾何參數(shù)和切削力等對表面粗糙度及變質層的影響規(guī)

2、律。
　　首先，建立精密超薄正交切削力模型，把切削力分解為第一變形區(qū)的分力和鈍圓半徑變形區(qū)的耕犁力。在改進的Oxley切削模型的基礎上研究了第一變形區(qū)和第二變形區(qū)的切削能，并運用能量最小原理計算剪切角，獲得第一變形區(qū)的切削分力；基于滑移線場理論建立刀具鈍圓半徑變形區(qū)的耕犁力模型?？紤]尖刃刀和圓弧刃刀具超薄切削時的流屑角，將精密正交切削力模型應用于尖刃刀和圓弧刃刀具精密超薄切削力的計算，為后續(xù)的研究工作提供了理論基礎。
　　第

3、二，根據(jù)彈塑性變形理論和有限元方法，在修正的庫侖定律刀/屑摩擦方程和局部網(wǎng)格重劃分準則的基礎上，利用有限元分析軟件Msc.Marc對精密超薄切削過程進行了正交切削和圓弧刃切削過程模擬。研究正交切削過程刀具前角和鈍圓半徑對切削力、切削溫度和應力分布的影響。圓弧刃切削過程分析了刀尖圓弧半徑和鈍圓半徑對切削力、切削溫度和應力分布的影響。模擬結果表明切削變形區(qū)為一個局部不均勻的高應力區(qū)，為實驗分析提供了參考數(shù)據(jù)。
　　第三，采用正交實驗法

4、，研究切削參數(shù)對尖刃刀超薄切削力的影響，建立精密超薄切削力的預測模型。采用旋轉正交實驗法研究切削參數(shù)(進給量和背吃刀量)和刀尖圓弧半徑對圓弧刃刀具精密超薄切削力的影響，建立切削力的二次方程，并通過實驗驗證切削力的理論值和有限元模擬結果。
　　第四，在考慮進給量和刀尖圓弧半徑對表面粗糙度影響的基礎上，著重考慮精密超薄切削力對加工表面粗糙度的影響，提出了用可靠的修正系數(shù)，并基于遺傳算法對表面粗糙度理論模型加以修正?；谶z傳算法，采用旋

5、轉正交實驗法建立圓弧刃精密超薄切削表面粗糙度預測模型，分析切削參數(shù)(進給量和背吃刀量)和刀尖圓弧半徑對表面粗糙度的影響。
　　最后，用掃描電子顯微鏡檢測加工變質層的顯微組織，確定加工變質層厚度，同時采用顯微硬度法研究亞表層的加工硬化程度。研究結果表明：變質層的晶粒在切削過程受到拉伸和扭曲，其晶粒流動方向和母材的晶粒流動方向不同，因此精密加工的變質層主要受機械應力引起塑性變形層，沒有明顯的熱影響區(qū)和相變特征；精密加工的塑性變形層深度