振动切削应力波传播有限元分析

论文摘要

振动切削是近年来发展起来的一种新型切削加工技术,它能获得普通切削无法比拟的工艺效果,尤其在难加工材料和普通材料的难加工工序中更显示出其优越性,振动切削的优点已经被公认而且已经广泛应用于包括车削、攻丝、磨削等工程实际应用中,是现代切削技术的一个重要发展方向。本文从运动学和动力学两种角度对振动切削过程进行了解析,根据弹性力学理论给出了振动切削过程中工件在冲击载荷作用下所激发出的应力波的传播特点。并基于低频振动切削系统,采用有限元分析软件ANSYS对振动切削实验中的被加工工件进行建模,结合振动切削特点对工件的切削区进行加载并求解。对所得的数据进行分析来阐明振动切削的微观机理。通过实验和有限元分析验证了在振动切削时冲击载荷的作用极大的影响着切屑的形成,刀具与切屑的冲击作用使得切削加工区域的应力波不断产生并传播,正是应力波的反复作用使得切削区内的金属疲劳不断产生微裂纹和裂纹。从而表明了振动切削加工方法有利于微裂纹的萌生与扩展,并降低了刀-屑间的摩擦,使切削力降低,加工精度提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 振动切削概述
• 1.1.1 分类
• 1.1.2 振动切削的特点及功效
• 1.2 振动切削的研究与应用
• 1.3 振动切削机理的研究
• 1.4 有关振动切削过程中的应力波的研究
• 1.5 振动切削过程中应力波传播及其对裂纹影响的研究意义
• 1.5.1 目前仍然存在一些有待解决的问题
• 1.5.2 振动切削应力波研究的意义
• 第2章 振动切削过程解析
• 2.1 振动切削过程的运动学特性
• 2.2 振动切削系统的动力学分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 振动切削中工件受冲击载荷作用下所激发出的应力波
• 3.1 应力波的基本概念
• 3.2 弹性体在冲击载荷作用下所激发的应力波
• 3.3 振动切削中工件中的应力波传播
• 3.3.1 振动切削中的振动源
• 3.3.2 振动切削过程中各变形区内产生的应力波
• 3.3.3 振动切削时应力波波阵面的传播速度
• 3.3.4 由于滞后和阻尼作用而引起的工件内应力波衰减
• 3.3.5 振动切削时工件中应力波的反射
• 3.3.6 振动切削中工件中应力波的叠加
• 3.3.7 应力超过材料屈服极限时应力波的传播
• 3.4 本章小结
• 第4章 振动切削中应力波传播的有限元分析
• 4.1 低频振动切削系统
• 4.1.1 压电式振动切削驱动系统
• 4.1.2 振动切削反馈信号测量系统
• 4.1.3 振动切削测力系统
• 4.2 问题描述
• 4.2.1 具体加工条件
• 4.2.2 切削过程分析
• 4.3 有限元分析过程
• 4.3.1 几何建模、单元类型及材料特性
• 4.3.2 对所建几何模型加载并求解
• 4.3.3 结果分析
• 4.4 振动切削中应力波影响下的切削过程分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历