宏-微觀效應(yīng)BTA深孔鉆削機(jī)理及表面完整性研究.pdf

1、隨著航空航天、高速鐵路、國(guó)防工業(yè)、汽車(chē)制造、工程機(jī)械等行業(yè)關(guān)鍵制造技術(shù)對(duì)深孔加工技術(shù)需求的日益迫切，結(jié)合國(guó)家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求及智能制造戰(zhàn)略地位的迅猛提升，精密、高效、智能化深孔加工技術(shù)正逐漸成為產(chǎn)品更新?lián)Q代和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。但我國(guó)對(duì)于深孔加工基礎(chǔ)工藝?yán)碚摷般@削機(jī)理的深入研究還不足，加之深孔加工工藝系統(tǒng)的“過(guò)程依賴(lài)性”和切削過(guò)程的“狀態(tài)突變性”等特殊難題，從基礎(chǔ)科學(xué)突破實(shí)際應(yīng)用，以基礎(chǔ)研究尋求技術(shù)創(chuàng)新，對(duì)推動(dòng)深孔加工技術(shù)順應(yīng)智能

2、制造格局發(fā)展具有決定性及引領(lǐng)性作用。
　　論文從宏觀和微觀尺度，對(duì)深孔鉆削機(jī)理及表面完整性進(jìn)行了系統(tǒng)的理論和試驗(yàn)研究，結(jié)合研究結(jié)果，進(jìn)一步探索深孔加工表面完整性的優(yōu)化與控制，為提升我國(guó)深孔裝備制造業(yè)的技術(shù)水平和自主創(chuàng)新能力提供可靠科學(xué)的依據(jù)和技術(shù)支撐。
　　通過(guò)深孔加工快速落刀試驗(yàn)，對(duì)深孔鉆削機(jī)理進(jìn)行了深層次剖析，揭示了深孔加工呈階梯狀的切削區(qū)和擠壓區(qū)不同特征，深入研究在鉆削-擠壓耦合作用下，表面層形成的機(jī)理與影響因素。基于

3、Hertz接觸理論，建立導(dǎo)向條擠壓過(guò)程彈塑性接觸模型。并根據(jù)單元刀具線性綜合法，建立深孔加工刀具薄剪切平面模型，提出了一種求解深孔加工切削力及轉(zhuǎn)矩的方法。基于位錯(cuò)理論的研究，從微觀尺度，系統(tǒng)研究了深孔鉆削機(jī)理、微觀表面輪廓及加工硬化形成機(jī)理，首次對(duì)深孔鉆削變形區(qū)進(jìn)行了定義劃分。
　　以最直接影響加工孔質(zhì)量的導(dǎo)向條為主線，通過(guò)引入橫切面上的接觸角αk，建立深孔刀具橫向剖切面接觸模型，系統(tǒng)分析了導(dǎo)向條幾何參數(shù)及分布規(guī)律對(duì)加工質(zhì)量的影響

4、規(guī)律。依據(jù)穩(wěn)定度理論，系統(tǒng)討論了刀具處于不穩(wěn)定狀態(tài)、臨界穩(wěn)定態(tài)及穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的穩(wěn)定性判據(jù)，并通過(guò)建立刀具-鉆桿系統(tǒng)模型及模態(tài)振型方程，研究了不同狀態(tài)下刀具-鉆桿系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，試驗(yàn)表明，將刀具與工件之間的接觸簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支撐更接近實(shí)際。考慮導(dǎo)向條數(shù)量，建立了具有兩導(dǎo)向條及新型三導(dǎo)向條的刀具與工件系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)振動(dòng)對(duì)比試驗(yàn)及圓柱度測(cè)量，驗(yàn)證了新型三導(dǎo)向條刀具在動(dòng)態(tài)剛度、阻尼和抑振性能方面的明顯優(yōu)勢(shì)。
　　借助SEM、背散射實(shí)驗(yàn)、X射

5、線衍射法、納米壓痕技術(shù)及電子背散射微觀試驗(yàn)法，從分子級(jí)乃至原子級(jí)水平揭示了BTA深孔加工在不同切削參數(shù)下的表面形成特征及亞表層微觀特性。對(duì)比分析了深孔加工獨(dú)特的切削區(qū)和擠壓區(qū)的顯微結(jié)構(gòu)、亞表層硬度及背散射晶粒結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)論逆反應(yīng)了深孔加工為鉆削-擠壓的復(fù)合加工機(jī)理。并研究了不同切削參數(shù)下，表面顯微硬度、殘余應(yīng)力的變化規(guī)律;依據(jù)內(nèi)表面探測(cè)試驗(yàn)及粗糙度試驗(yàn)，建立了深孔鉆削表面粗糙度預(yù)測(cè)模型。通過(guò)背散射、納米壓痕及EBSD試驗(yàn)，系統(tǒng)

6、分析了隨表面層深度不同時(shí)的微觀組織結(jié)構(gòu)與機(jī)械性能，探析小尺度變化對(duì)大尺度的影響規(guī)律，突破深孔加工研究局限性。試驗(yàn)表明:不同表面層位錯(cuò)密度、晶粒尺寸及形狀變化規(guī)律，造成深孔加工表面呈現(xiàn)出梯度變化特性，同時(shí)驗(yàn)證了基于位錯(cuò)理論的深孔鉆削機(jī)理、加工硬化及表面形成特性。
　　綜合上述理論與試驗(yàn)研究，基于歐拉梁模型，建立了深孔加工表面動(dòng)態(tài)形貌軌跡;結(jié)合深孔加工實(shí)際，提出了一種優(yōu)選輔助支撐位置自移動(dòng)控制方法，設(shè)計(jì)研發(fā)了一種基于磁流變液與機(jī)械阻尼