精密超薄切削加工機(jī)理及其表面質(zhì)量的研究.pdf

1、隨著航空航天、高精密儀器儀表和精密機(jī)械等技術(shù)的發(fā)展，對(duì)各種高精度復(fù)雜零件的使用性能要求越來(lái)越高。在精密超薄切削過(guò)程中，由于切削厚度較小，切削刃鈍圓半徑對(duì)切削過(guò)程的影響已不容忽視，亞表層損傷給零件性能帶來(lái)極大影響，導(dǎo)致零件合格率極低。因此，通過(guò)精密切削提高加工表面質(zhì)量，減小變質(zhì)層和殘余應(yīng)力一直是國(guó)內(nèi)外精密切削領(lǐng)域重要的研究課題。本文通過(guò)精密超薄切削高強(qiáng)度彈性合金3J33實(shí)驗(yàn)，研究切削參數(shù)、刀具幾何參數(shù)和切削力等對(duì)表面粗糙度及變質(zhì)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(jìn)的Oxley切削模型的基礎(chǔ)上研究了第一變形區(qū)和第二變形區(qū)的切削能，并運(yùn)用能量最小原理計(jì)算剪切角，獲得第一變形區(qū)的切削分力；基于滑移線場(chǎng)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(shí)的流屑角，將精密正交切削力模型應(yīng)用于尖刃刀和圓弧刃刀具精密超薄切削力的計(jì)算，為后續(xù)的研究工作提供了理論基礎(chǔ)。
　　第

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

4、，研究切削參數(shù)對(duì)尖刃刀超薄切削力的影響，建立精密超薄切削力的預(yù)測(cè)模型。采用旋轉(zhuǎn)正交實(shí)驗(yàn)法研究切削參數(shù)(進(jìn)給量和背吃刀量)和刀尖圓弧半徑對(duì)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(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證切削力的理論值和有限元模擬結(jié)果。
　　第四，在考慮進(jìn)給量和刀尖圓弧半徑對(duì)表面粗糙度影響的基礎(chǔ)上，著重考慮精密超薄切削力對(duì)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(duì)表面粗糙度理論模型加以修正?；谶z傳算法，采用旋

5、轉(zhuǎn)正交實(shí)驗(yàn)法建立圓弧刃精密超薄切削表面粗糙度預(yù)測(cè)模型，分析切削參數(shù)(進(jìn)給量和背吃刀量)和刀尖圓弧半徑對(duì)表面粗糙度的影響。
　　最后，用掃描電子顯微鏡檢測(cè)加工變質(zhì)層的顯微組織，確定加工變質(zhì)層厚度，同時(shí)采用顯微硬度法研究亞表層的加工硬化程度。研究結(jié)果表明：變質(zhì)層的晶粒在切削過(guò)程受到拉伸和扭曲，其晶粒流動(dòng)方向和母材的晶粒流動(dòng)方向不同，因此精密加工的變質(zhì)層主要受機(jī)械應(yīng)力引起塑性變形層，沒(méi)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