椭圆振动切削切屑形成及其对切削过程影响的研究

发布时间：2020-03-24 14:28

【摘要】：椭圆振动切削(Elliptical Vibration Cutting,EVC)是在振动辅助切削基础上发展而来的一种加工方式,不仅可以在工件表面上加工出复杂的微结构,极大地改善加工性能,还能够有效地加工诸如钛合金、碳化硅等硬脆性材料。切屑是切削过程中重要的产物,其形成过程伴随着各种化学现象(如金刚石刀具石墨化)及物理现象(如刀具磨损、切削热等),这些化学及物理现象所导致的切屑几何特征变化对切削过程有着重大影响,尤其对切削过程中的切削力及工件表面质量。然而目前对EVC切屑的研究尚不多见,多数学者仅对实验后的切屑进行了简单的观察,对EVC切屑缺乏深入的理论研究。因此本学位论文主要对EVC的形成展开相关研究,同时考虑到EVC切屑对切削过程的影响,本文也对切削力及工件表面形貌展开了相关研究。本论文研究内容从以下几个方面展开:1.分析EVC刀具运动过程,确定形成的切屑的边界,充分考虑刀具与工件的相对运动关系与位置关系,重新建立刀具运动方程。按照不同的切深比对EVC切屑的厚度、截面积、体积等几何特征分别建立数学模型。2.多数学者采用实验法研究相关参数对EVC表面质量的影响,缺乏EVC表面形貌数学模型。本文利用几何法对去除切屑后的工件三维表面形貌及表面残余高度进行数学建模,找到影响工件表面残余高度的相关参数。3.利用现有的EVC力模型计算切削力需要做大量的计算,而本文针对EVC变切深的特点,改进现有的切削力模型,将切屑截面积引入到切削力模型中,得到EVC力的经验公式。4.利用有限元分析软件,对EVC过程进行有限元仿真,得到切削后的切屑几何形态及切削力。通过改变相关参数,探究切屑几何形态(主要指切屑厚度)及切削力随相关参数的变化规律。利用Matlab对建立的EVC表面模型进行仿真,得到理想的工件三维表面形貌,并探究相关参数对表面残余高度的影响。5.进行金刚石切削实验,对切削过程中产生的切屑、工件表面形貌及切削力进行收集与测量。对得到的实验现象做出相应的解释。通过实验结果进一步验证理论推导与仿真结论的正确性。本论文研究内容从EVC切屑的形成展开,并通过EVC切屑研究工件表面形貌及切削力,将三者紧密联系在一起,为今后EVC实验切削参数的选择提供参考。
【图文】：

工件表面形貌,精密加工技术

图 1.1 精密加工技术[6-9]（a. FTS b. 金刚石飞切 c. LAM d. EVC） 50 年代，隈部淳一郎提出了振动切削技术（又称一维振动切泛的关注[10]。振动切削技术成本低、无污染，能够减小刀具损等，具有良好的使用效果。在振动切削的基础上，社本英二等切削技术——椭圆振动切削技术。虽然一维振动切削相比于传然而在切削硬脆材料时所得到出的切削效果差强人意。EVC振动切削的优点，而且加工效果更好[11]。大量研究表明，EV磨损、降低切削力及切削热、进一步提高了工件表面精度。术在近二十年的时间里发展迅速，目前针对 EVC 的研究内容部分研究内容相互独立，大部分学者并没有将实验中得到的各对这些实验现象进行关联性分析，有助于全面了解 EVC 技术一种方式去研究这些现象之间的关联性。切屑是切削过程中重的变化能够反映切削状态，，与切削力及工件表面形貌有着十 EVC 切屑的研究意义十分重大。

表面形貌,技术,切削方向,刀具

直和平行切削方向分别存在有规律的振动。垂直切削方向的振动保证了刀具与工件的分离，利于刀具散热。平行切削方向的振动保证了刀具的往复切削。经试验证明，绝大多数情况下EVC技术的切削效果比一维振动切削效果更好。传统EVC技术在设定好两个方向上振幅后无法在切削过程中更改，无法加工出变化的表面结构。名古屋大学Yokoi等人在传统EVC的基础上，利用控制切深方向振幅的方式，使得EVC过程中纵向振幅改变，进而达到控制加工表面形貌的目的[13]。（a）变幅 EVC 技术（b）EVT 技术
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG506.5

【参考文献】