金屬切削毛刺形成的數(shù)值模擬及控制技術(shù)研究.pdf

1、精密與超精密加工和自動(dòng)化、智能化加工是先進(jìn)制造技術(shù)的主要發(fā)展方向。金屬切削毛刺的形成與形態(tài)變化直接影響工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率,已成為制約精密與超精密加工和自動(dòng)化加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。毛刺形成機(jī)理及控制技術(shù)研究備受國內(nèi)外機(jī)械工程專家和學(xué)者們的高度關(guān)注。
　　 本研究基于切削運(yùn)動(dòng)——刀具切削刃毛刺分類體系,在系統(tǒng)分析了國內(nèi)外金屬切削毛刺研究的基礎(chǔ)上,基于有限元理論建立出毛刺形成與變化的模型,利用DEFORM－3D和DEFORM-2D

2、對(duì)切削方向毛刺、進(jìn)給方向毛刺、兩側(cè)方向毛刺的形成與變化進(jìn)行模擬,揭示出毛刺形成與變化的基本規(guī)律,初步實(shí)現(xiàn)了毛刺形態(tài)與尺寸的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。并結(jié)合精密切削加工實(shí)際,提出了主動(dòng)控制毛刺的技術(shù)與方法。其主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新成果有:
　　 1.運(yùn)用塑性力學(xué)理論分別建立出兩側(cè)方向、進(jìn)給方向和切削方向毛刺形成的有限元模型。利用DEFORM-3D(2D)軟件對(duì)毛刺形成與變化進(jìn)行模擬,研究了切屑應(yīng)變對(duì)加工硬化以及材料性能的影響,揭示出兩側(cè)方向切屑應(yīng)變與

3、其形態(tài)的關(guān)系,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)基本吻合,初步實(shí)現(xiàn)了毛刺形成與變化的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。
　　 2.基于斷裂準(zhǔn)則和塑性力學(xué)理論建立出切削方向虧缺形成的有限元模型。利用DEFORM-2D軟件對(duì)切削方向虧缺形成進(jìn)行了深入分析,給出了影響虧缺形成的主要因素,模擬了切削方向虧缺的形成過程及其變化,系統(tǒng)揭示出切削方向虧缺形成與變化的基本規(guī)律,揭示了刀尖附近的工件材料產(chǎn)生的裂紋以及裂紋擴(kuò)展方向與虧缺形成的關(guān)系。
　　 3.提出了端面材料支撐剛度變

4、化導(dǎo)致毛刺形態(tài)轉(zhuǎn)變的新觀點(diǎn)?；谇邢鬟\(yùn)動(dòng)——刀具切削刃毛刺分類體系,研究了車削加工中一次進(jìn)給方向毛刺和二次進(jìn)給方向毛刺的界限轉(zhuǎn)換及其影響因素,認(rèn)為在端面材料支撐剛度不足,最后不能維持切削持續(xù)進(jìn)行的情況下,刀具將終端面材料向進(jìn)給方向推擠形成一次毛刺；而剛度足以維持切削直至刀尖附近材料發(fā)生剪切斷裂的情況下形成二毛刺。
　　 4.發(fā)現(xiàn)了毛刺／虧缺形態(tài)轉(zhuǎn)換中的負(fù)剪切現(xiàn)象。依據(jù)切削實(shí)驗(yàn)和理論分析,發(fā)現(xiàn)了金屬切削中的負(fù)剪切現(xiàn)象,研究了負(fù)剪切

5、區(qū)域形成與變化對(duì)毛刺／虧缺形成與變化的影響,探討了裂紋的產(chǎn)生及其擴(kuò)展方向與工件棱邊形態(tài)(毛刺／虧缺)變化的關(guān)系,揭示出負(fù)剪切區(qū)域的形成與變化的基本規(guī)律,給出了切削方向毛刺／虧缺的界限轉(zhuǎn)換條件,為主動(dòng)控制毛刺形態(tài)奠定了基礎(chǔ)。
　　 5.開發(fā)出少無毛刺加工技術(shù)與方法?；谇邢鲗?shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬分析,提出了主動(dòng)控制毛刺的新思路,給出了少無毛刺加工的基本原則,提出了工件端面倒角切削法、工件疊加切削法、擋板切削法等主動(dòng)控制金屬切削毛刺的加工工

6、藝、技術(shù)和方法,并利用DEFORM-3D(2D)軟件進(jìn)行了模擬,進(jìn)而優(yōu)選出合理的切削參數(shù)或技術(shù)條件,發(fā)現(xiàn)抑制虧缺和毛刺就是控制負(fù)剪切的形成,抑制兩側(cè)方向毛刺實(shí)際就是控制工件的兩側(cè)方向應(yīng)變。為進(jìn)一步提高控制毛刺的有效性提供了理論與實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　 本研究工作發(fā)展了金屬切削學(xué)和精密和超精密加工工程學(xué)理論,為有效地主動(dòng)控制與去除毛刺提供了一定的技術(shù)支撐和理論指導(dǎo),在精密加工、柔性制造和其他自動(dòng)化加工中具有廣闊的應(yīng)用前景,其應(yīng)用將帶來顯