玻璃微铣削加工特性的研究

论文摘要

脆性材料由于其具有机械强度高、化学性能好、耐高温、耐腐蚀、热膨胀系数低等特点,现在广泛应用于航天、通信、生物医学等高技术行业。但是由于其脆性大、硬度高、断裂韧性低,属于典型的难加工材料。玻璃属于硬脆材料中的一种,目前对于玻璃件的加工主要方法有精密与超精密磨削、研磨、抛光,以及利用氢氟酸在玻璃表面进行腐蚀等,这些方法大多加工周期长,成本高,污染环境。微铣削加工效率高、柔性大,以及加工材料的多样性,得到了越来越广泛的应用。本文采用微铣削加工的方法对玻璃进行塑性加工,研究玻璃材料微铣削加工过程中的脆塑转变临界条件,同时研究微铣削加工参数对铣削力以及已加工表面粗糙度的影响规律。在对脆性材料的裂纹扩展机理分析的基础上,对球头微径铣刀对玻璃进行塑性铣削的机理进行了研究,建立了考虑刀具倾斜角的球头铣刀铣削力模型,通过试验求出了模型中的铣削力系数,对理论计算的铣削力与试验得出的铣削力进行了对比,验证了模型的合理性。采用回归正交旋转组合设计的试验方法,选取主轴转速、切削深度、进给率、刀具倾斜角为变量,研究了铣削用量对玻璃脆塑转变临界条件的影响,得到了玻璃能够进行塑性微铣削加工的参数范围。利用回归正交旋转组合设计试验方法建立了表面粗糙度的回归模型,基于响应曲面法得到了铣削用量对表面粗糙度的影响规律。利用单因素法研究了各铣削参数对铣削力的影响,采用回归正交旋转组合设计试验方法拟合出了铣削力的试验模型,并验证了其合理性。同时通过一系列试验,研究了加工脆性材料时的刀具磨损形式与磨损机理,为后续的实际应用提供了一定的指导与借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的背景与意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 微铣削国内外研究现状
• 1.2.2 脆性材料加工国内外研究现状
• 1.2.3 微细铣削力模型研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 玻璃微铣削机理及铣削力建模研究
• 2.1 引言
• 2.2 玻璃微细铣削机理
• 2.2.1 最小切削厚度现象
• 2.2.2 临界切削深度
• 2.2.3 硬脆材料的脆塑转变机理
• 2.2.4 玻璃微铣削机理
• 2.3 球头铣刀铣削力建模
• 2.3.1 球头铣刀螺旋刃几何模型
• 2.3.2 铣削局部坐标系的建立
• 2.3.3 瞬时未变形切削厚度的确定
• 2.3.4 球头铣刀铣削力模型的建立
• 2.3.5 切入及切出角的确定
• 2.3.6 切削力系数的拟合
• 2.4 本章小结
• 第3章 玻璃微铣削脆塑转变临界条件的研究
• 3.1 引言
• 3.2 玻璃微铣削试验设计
• 3.2.1 加工设备
• 3.2.2 试验方案设计
• 3.3 铣削参数对脆塑转变临界条件的影响
• 3.3.1 主轴转速对脆塑转变临界条件的影响
• 3.3.2 切削深度对脆塑转变临界条件的影响
• 3.3.3 刀具倾斜角对脆塑转变临界条件的影响
• 3.3.4 进给率对脆塑转变临界条件的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 玻璃微铣削表面粗糙度模型的建立与分析
• 4.1 引言
• 4.2 二次回归正交旋转组合设计
• 4.3 表面粗糙度预测模型的建立
• 4.3.1 模型的设定
• 4.3.2 因素水平编码
• 4.3.3 试验设计及结果
• 4.3.4 铣削用量对表面粗糙度的影响分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 玻璃微铣削加工的铣削力分析与刀具磨损研究
• 5.1 引言
• 5.2 铣削力单因素试验研究
• 5.2.1 试验设备及检测仪器
• 5.2.2 主轴转速对切削力的影响
• 5.2.3 切削深度对切削力的影响
• 5.2.4 进给率对切削力的影响
• 5.2.5 刀具倾斜角对切削力的影响
• 5.3 切削力的试验建模与分析
• 5.4 玻璃微铣削加工刀具磨损类型与机理研究
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢