直角切削毛刺的形成机理及其模拟

论文摘要

金属切削毛刺是切削加工中产生的常见现象,它的形成与变化直接影响工件的加工质量和生产效率,已成为影响和制约精密与超精密加工和自动化加工的关键技术之一。毛刺形成机理及控制技术研究倍受国内外机械工程专家和学者们的高度关注。本研究基于切削运动——刀具切削刃毛刺分类体系,在系统概述的分析了国内外金属切削毛刺研究的基础上,以直角自由切削实验为基础,利用有限元方法,开展了切削方向毛刺和两侧方向毛刺形成过程、毛刺形态及其变化的系统研究和模拟分析,其主要研究内容及创新工作有:1)从机械加工系统的角度出发,指出了影响毛刺形成的若干主要因素,并运用系统工程理论全面揭示出金属切削加工中毛刺形成与控制的内在联系,为深入开展金属切削毛刺形成与去除技术研究奠定了基础;2)在DEFORM—3D软件的基础上建立了三维的两侧方向和切削方向毛刺的有限元模型。3)以直角自由切削试验为基础,利用DEFORM—3D软件,模拟了切削方向毛刺的形成与变化,深入探讨了金属切削毛刺的形成过程及变化,系统揭示出毛刺形成与变化的基本规律,根据模拟结果与实验结果对比,探讨了抑制切削方向毛刺的措施。4)利用DEFORM—3D软件,模拟了两侧方向毛刺和切削方向毛刺的形成与变化,根据模拟结果,分析了切削方向毛刺的形成的过程和影响两侧方向的因素并探讨了相应的抑制两侧方向毛刺的措施;本研究工作是国家自然科学基金资助项目(编号:50275066,50675088)的组成部分之一。其研究成果进一步丰富和发展金属切削学和精密加工工程学理论,为有效地控制与去除毛刺提供了重要的技术支撑和理论指导,在精密加工、FMS和其他自动化加工中具有广阔的应用前景,其应用将带来显著的经济和社会效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 金属切削毛刺的研究进展
• 1.2.1 毛刺形成机理研究
• 1.2.2 毛刺形态的预测预报研究
• 1.3 尚存在的主要问题
• 1.4 本课题研究的主要内容及意义
• 1.5 本章小结
• 第二章 金属切削毛刺的分类
• 2.1 金属切削毛刺的分类
• 2.1.1 奥岛毛刺分类体系
• 2.1.2 L.K.Gillespie毛刺分类体系
• 2.1.3 中山一雄毛刺分类体系
• 2.1.4 王贵成毛刺分类体系
• 2.2 影响金属切削毛刺的主要影响因素
• 2.2.1 金属切削毛刺的基本形态
• 2.2.2 影响毛刺形成的主要因素
• 2.3 小结
• 第三章 直角切削毛刺形成的有限元模型
• 3.1 Deform-3D简介
• 3.2 金属切削过程的非线性
• 3.2.1 弹塑性分析
• 3.2.2 金属切削非线性问题的有限元描述
• 3.3 金属切削非线性问题的数值解法
• 3.3.1 非线性方程组的求解方法
• 3.3.2 非线性迭代的收敛判据
• 3.4 有限元模型的建立
• 3.3 材料的流动应力模型
• 3.4 网格的划分
• 3.5 边界条件的确定
• 3.5.1 速度边界条件的确定
• 3.5.2 热边界条件的确定
• 3.6 切屑与刀具的接触和摩擦的设置
• 3.7 其它相关控制条件的设定
• 3.8 断裂准则
• 3.9 数值仿真的工作流程
• 3.10 本章小结
• 第四章 切削方向毛刺的形成及模拟
• 4.1 切削方向毛刺的形成
• 4.1.1 切削方向毛刺的形成过程
• 4.1.2 负剪切区（第IV变形区）的形成与变化
• 4.1.3 切削方向毛刺的基本形态
• 4.1.4 切削方向毛刺与亏缺的判别准则
• 4.2 切削方向毛刺的数值模拟结果与讨论
• 4.2.1 直角切削中切削方向毛刺的形成
• 4.2.2 斜角切削毛刺形成的模拟
• 4.2.3 工件端面角对毛刺形成的影响
• 4.3 抑制毛刺的措施
• 4.4 本章小结
• 第五章 两侧方向毛刺的形成及模拟
• 5.1 两侧方向毛刺的形成
• 5.1.1 两侧方向毛刺的形成过程
• 5.1.2 两侧方向毛刺的基本形态
• 5.2 两侧方向毛刺的预测预报
• 5.2.1 两侧方向毛刺形态的预报
• 5.2.2 两侧方向毛刺的预报
• 5.3 两侧方向毛刺的模拟
• 5.3.1 直角切削两侧方向毛刺的模拟
• 5.3.2 斜角切削两侧方向毛刺的模拟
• 5.4 本章小结
• 第六章 研究结论及发展展望
• 6.1 研究工作的主要结论
• 6.2 尚待进一步深入研究的问题及发展展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢