高速铣削加工表面质量研究.pdf

山东大学
博士学位论文
高速铣削加工表面质量的研究
姓名:王素玉
申请学位级别:博士
专业:机械制造及其自动化
指导教师:艾兴
20060426
摘要高速切削加工是近年来迅速发展起来的先进制造技术,以高切削速度、高进给速度和高加工精度为主要特征,具有综合效益高、对市场响应速度快的能与高速切削系统相匹配的理论体系和研究方法。尤其是在不均匀热一力耦合强应力论、、,利用大型有限元分析软件.、愿咚偾邢鞴探高梯度、。通过系统、深入地分析高速切削变形区度场的影响;用一定刃口钝圆、后刀面磨损带的刀具进行了高速切削模拟,反映力。对于这一崭新技术,在实际生产中,尚有许多新的问题有待于解决,不仅牵涉到技术研究层面上的问题,更主要的是理论研究层面上的问题,迫切需要建立场作用下,已加工表面的形成过程及对表面质量所进行的系统、全面研究很少,使得有效控制高速切削加工表面质量的理论基础尤显不足。论文基于高速切削理究,,并应用到已加工表面粗糙度、表面硬化程度和残余应力性质机理的研究中,对深意义,为高速切削技术的推广和应用提供可靠的、科学的依据和技术支撑。方法。根据热一弹塑性变形理论、有限元方法,建立了受应变、,材料为均质、等向强化的塑性材料,符合甊应力增量理论及荚颍换贠切削理论,构建了适于高速切削的扩展的邢髂P停瓒讼嘤Φ挠邢拊DP捅呓缣了二维和三维动态切削过程模拟,模拟结果表明,高速切削变形区为一个不均匀、、刀。工接触面及剪切区应力场和温度场的分布规律,为课题的后续试验分析和研究工作提供了可量化和可供参考的数据。建立了己加工表面分析模型,分析了已加工表面的形成过程,研究了高速切削变形区的剪切区、刃口区、后刀面摩擦磨损区对工件已加工表面的应力场、。
量,大大地提高零件的疲劳强度,减小塑性变形层的深度,,建立了已加工表面残留高度的力学模型,定量地分析了工件材料物理性能对残留高度的影响;从几何学的角度,研究了高速平面立铣和自由曲面加工时刀具几何参数及工件表面设计参数对残留高度的影响规律;以高速铣削加工试验数据为依据,利用多元正交回归分析法,建立了平面铣削趾>吒直砻娲植诙染樵げ饽P停得出铣削参数对粗糙度和切削力的直接影响关系;给出了提高表面加工质量的切削参数匹配值,为生产实际提供参考依据。全面系统地研究了高速铣削表面残余应力的分布情况,利用湎哂αΨ治仪对高速铣削表面残余应力进行了测试,测得进给方向、垂直于进给方向及距工件表面不同层深处的残余应力分布曲线,分析了铣削参数髦嶙K佟⒔俣对残余应力的性质、大小及层深分布的影响;基于热,力耦合变形理论,研究了残余应力产生的机理;探讨了残余应力对表面变质层的影响。,对加工硬化机理进行了研究,分析了流动应力与加工硬化及位错密度的关系:针对不同的高速铣削表面加工硬化评价指标,建立了加工硬化统计模型;利用蚑先进的测试技术,探讨了表面变质层的微观结构组成及其对加工硬化的影响。通过对高速铣削表面粗糙度、残余应力、加工硬化及表面变质层微观结构的系统研究,可以得出,用高速铣削加工技术可以获得优于常规切削的加工表面质使用性能。本课题得到山东省优秀中青年科学家科研奖励基金和、国家自然科学基金及全国优秀博士学位论文作者专项资金的支持。关键词:高速铣削;表面质量;表面粗糙度:残余应力;加工硬化。
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一⋯赴聊虢遴日期:论文作者签名:二乏红日渺%、辣蕒。唬畗原创性声明关于学位论文使用授权的声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入