低頻振動(dòng)切削過程沖擊接觸機(jī)理及表面質(zhì)量研究.pdf

1、學(xué)校代碼：10385分類號(hào)：研究生學(xué)號(hào)：1100203003密級(jí)：公開碩士學(xué)位論文低頻振動(dòng)切削過程沖擊接觸機(jī)理及表面質(zhì)量研究低頻振動(dòng)切削過程沖擊接觸機(jī)理及表面質(zhì)量研究ResearchontheImpactcontactMechanismSurfaceQualityintheProcessofLowfrequencyVibrationCutting作者姓名：杜偉文杜偉文指導(dǎo)教師：顧立志顧立志教授教授學(xué)科：機(jī)械機(jī)械制造及其自動(dòng)化造及其自動(dòng)化

2、研究方向：精密特種加工技術(shù)精密特種加工技術(shù)所在學(xué)院：機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院論文提交日期：二零一四年四月十八十八日摘要摘要隨著我國(guó)機(jī)械產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)精密及超精密機(jī)械零件的加工精度和表面質(zhì)量的要求越來越高。尤其對(duì)鈦合金、高溫合金、不銹鋼、高強(qiáng)度鋼與超高強(qiáng)度鋼、復(fù)合材料、硬脆性材料等難加工材料的加工以及一些工藝性較差的精密零件的加工，利用傳統(tǒng)切削加工方法效率很低，有時(shí)甚至無法加工，而低頻振動(dòng)切削優(yōu)越的工藝效果已為國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者和

3、工藝師們所認(rèn)可。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)超聲振動(dòng)切削研究較多，而對(duì)低頻振動(dòng)切削則研究較少，特別是針對(duì)低頻振動(dòng)切削沖擊接觸機(jī)理的研究更為鮮見，然而這一基礎(chǔ)性研究影響著低頻振動(dòng)切削技術(shù)的應(yīng)用深度和廣度?；诖?，本文從低頻振動(dòng)切削沖擊系統(tǒng)模型、切削過程中局部應(yīng)力變化、有限元仿真、切削實(shí)驗(yàn)及表面粗糙度預(yù)測(cè)這幾部分對(duì)低頻振動(dòng)切削沖擊接觸機(jī)理及表面質(zhì)量進(jìn)行了研究。第一、低頻振動(dòng)切削沖擊接觸作用的非線性沖擊系統(tǒng)模型研究本文從振動(dòng)切削對(duì)材料的動(dòng)態(tài)沖擊接觸作用入手，

4、分析刀具對(duì)材料的沖擊過程，構(gòu)建等效沖擊模型；根據(jù)Hertz接觸理論，構(gòu)建非線性沖擊系統(tǒng)模型，并對(duì)該模型進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化后，求其解析解。根據(jù)應(yīng)力波理論，研究沖擊接觸作用下應(yīng)力波的產(chǎn)生及其在工件中的傳播。利用沖擊系統(tǒng)模型，求出沖擊過程位移和力的變化以及穩(wěn)態(tài)力作用所占總沖擊力的比例變化，進(jìn)而研究動(dòng)態(tài)沖擊對(duì)系統(tǒng)剛度的影響。第二、基于低頻振動(dòng)切削過程沖擊接觸效應(yīng)——切削度和加工仿真的局部應(yīng)力變化規(guī)律研究基于低頻振動(dòng)切削過程沖擊接觸特性，提出“切削度

5、”這一概念用以刻劃切削加工表面局部應(yīng)力變化情況?；趯?duì)金屬切削的材料非線性、幾何非線性等問題的分析，研究低頻振動(dòng)切削的有限元法求解過程；建立低頻振動(dòng)切削有限元模型、摩擦模型、網(wǎng)格重劃分等關(guān)鍵模型；基于低頻振動(dòng)切削過程動(dòng)態(tài)沖擊特性和有限元理論，利用非線性有限元仿真軟件進(jìn)行低頻振動(dòng)切削過程仿真，獲取切削過程中同一節(jié)點(diǎn)區(qū)域的已加工表面應(yīng)力變化值；研究在低頻振動(dòng)切削振動(dòng)頻率分別為150Hz與200Hz以及普通切削三種不同切削方式作用下同一節(jié)點(diǎn)區(qū)