宏—微观效应BTA深孔钻削机理及表面完整性研究

发布时间：2018-05-10 08:37

本文选题：深孔加工 + 钻削机理　；参考：《中北大学》2017年博士论文

【摘要】：随着航空航天、高速铁路、国防工业、汽车制造、工程机械等行业关键制造技术对深孔加工技术需求的日益迫切,结合国家战略性产业发展需求及智能制造战略地位的迅猛提升,精密、高效、智能化深孔加工技术正逐渐成为产品更新换代和新兴产业发展的重要基础。但我国对于深孔加工基础工艺理论及钻削机理的深入研究还不足,加之深孔加工工艺系统的“过程依赖性”和切削过程的“状态突变性”等特殊难题,从基础科学突破实际应用,以基础研究寻求技术创新,对推动深孔加工技术顺应智能制造格局发展具有决定性及引领性作用。论文从宏观和微观尺度,对深孔钻削机理及表面完整性进行了系统的理论和试验研究,结合研究结果,进一步探索深孔加工表面完整性的优化与控制,为提升我国深孔装备制造业的技术水平和自主创新能力提供可靠科学的依据和技术支撑。通过深孔加工快速落刀试验,对深孔钻削机理进行了深层次剖析,揭示了深孔加工呈阶梯状的切削区和挤压区不同特征,深入研究在钻削-挤压耦合作用下,表面层形成的机理与影响因素。基于Hertz接触理论,建立导向条挤压过程弹塑性接触模型。并根据单元刀具线性综合法,建立深孔加工刀具薄剪切平面模型,提出了一种求解深孔加工切削力及转矩的方法。基于位错理论的研究,从微观尺度,系统研究了深孔钻削机理、微观表面轮廓及加工硬化形成机理,首次对深孔钻削变形区进行了定义划分。以最直接影响加工孔质量的导向条为主线,通过引入横切面上的接触角6),建立深孔刀具横向剖切面接触模型,系统分析了导向条几何参数及分布规律对加工质量的影响规律。依据稳定度理论,系统讨论了刀具处于不稳定状态、临界稳定态及稳定状态时的稳定性判据,并通过建立刀具-钻杆系统模型及模态振型方程,研究了不同状态下刀具-钻杆系统的动态响应,试验表明,将刀具与工件之间的接触简化为简支撑更接近实际。考虑导向条数量,建立了具有两导向条及新型三导向条的刀具与工件系统动力学模型,通过振动对比试验及圆柱度测量,验证了新型三导向条刀具在动态刚度、阻尼和抑振性能方面的明显优势。借助SEM、背散射实验、X射线衍射法、纳米压痕技术及电子背散射微观试验法,从分子级乃至原子级水平揭示了BTA深孔加工在不同切削参数下的表面形成特征及亚表层微观特性。对比分析了深孔加工独特的切削区和挤压区的显微结构、亚表层硬度及背散射晶粒结构的变化规律,试验结论逆反应了深孔加工为钻削-挤压的复合加工机理。并研究了不同切削参数下,表面显微硬度、残余应力的变化规律;依据内表面探测试验及粗糙度试验,建立了深孔钻削表面粗糙度预测模型。通过背散射、纳米压痕及EBSD试验,系统分析了随表面层深度不同时的微观组织结构与机械性能,探析小尺度变化对大尺度的影响规律,突破深孔加工研究局限性。试验表明:不同表面层位错密度、晶粒尺寸及形状变化规律,造成深孔加工表面呈现出梯度变化特性,同时验证了基于位错理论的深孔钻削机理、加工硬化及表面形成特性。综合上述理论与试验研究,基于欧拉梁模型,建立了深孔加工表面动态形貌轨迹;结合深孔加工实际,提出了一种优选辅助支撑位置自移动控制方法,设计研发了一种基于磁流变液与机械阻尼的复合式智能深孔加工辅助支撑装置。通过测试刀具-钻杆振动特性,加工表面粗糙度及切屑宏观形态试验,验证了复合减振器的有效性。
[Abstract]:On the basis of Hertz contact theory , the paper studies the mechanism of deep hole drilling and its influence factors . Based on Hertz contact theory , this paper studies the mechanism of deep hole drilling and its influence factors . In this paper , the surface roughness and mechanical properties of deep hole are analyzed by means of back scattering , nano indentation and EBSD test .

【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG52

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