无氧铜微构件微铣削加工毛刺形成仿真与实验研究

发布时间：2020-11-13 22:01

　　 随着国防军工等高尖端领域的迅猛发展,微小型产品的需求与日俱增,产品小型化生产已经成为一种全球化趋势。微铣削作为一种微小型产品加工技术,其兼具材料适应范围广、加工效率高、可进行复杂三维结构加工等优点。然而,若加工过程中工艺参数或加工策略选择不当,工件表面会产生毛刺等严重缺陷,将直接影响工件寿命及其使用性能。为此,本课题针对特定结构微小零件,通过理论建模、有限元仿真和实验分析的方法,开展无氧铜微铣削加工毛刺的形成以及最小化毛刺产生方法的研究。基于微铣削加工理论模型,开展了尺寸效应与负前角效应对切屑与毛刺形成的影响研究,获得了未变形切屑厚度与刀尖钝圆半径对毛刺形成的影响规律,并发现当二者比值接近1时,可使毛刺形成尺寸达到最小。通过有限元仿真与实验验证的方法,开展了微沟槽铣削加工中刀具参数与铣削参数对毛刺形成影响的研究,分析了不同工艺参数对毛刺形成位置及毛刺形态的作用规律,并发现刀具参数主要通过控制切屑形貌、流向及卷曲状态来影响毛刺的形成,铣削参数中每齿进给量对出口毛刺形成的影响最大,而铣削深度对顶端毛刺影响最大,二者影响均呈正相关,以此总结出使毛刺形成达到最小化的最佳工艺参数组合。基于特征样件,使用最佳工艺参数进行特征球面与特征柱体加工,开展了加工时长、加工顺序、铣削方式及刀具路径对特征结构表面粗糙度与边缘毛刺形成状况的影响研究。实验发现,加工时长增加将加剧刀具磨损,从而产生严重尺寸效应,进而增加毛刺形成,对特征柱体的先顶后侧的加工可以减小工件变形,使用逆铣加工可以减小边缘毛刺形成,平头铣刀环形加工轨迹较Z形轨迹可以降低工件表面低粗糙度,柱体边缘上翻毛刺可以通过空走刀方式进行去除而不会损伤工件。采用最优工艺参数与加工策略对项目所需的特征样件进行加工,最后测得实验结果符合样件要求。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG54
【部分图文】：

绪 论1.1 课题来源本课题来源于国防科技合作项目 科学挑战计划í（编号：0006），项目旨在完成极端领域复杂微小结构的加工。1.2 课题的研究背景与意义近年来，具有复杂形貌的三维微小零部件在图 1-1 所示等尖端领域的需求与日俱增，这使产品小型化成为一种全球化趋势，与此同时，此类微小型产品的批量化生产也极大促进了微细制造技术的迅猛发展[1-3]。国防科技 航空航天 医疗器械

a) 微铣削加工塑性材料的毛刺形成 b) 微铣削加工脆性材料的塌边形成图 1-2 微铣削加工零件表面缺陷目前，对毛刺研究通常采用以下三种方法：解析法、有限元法和实验法。毛刺的形成主要是由于刀具在切削工件材料时，工件材料发生了剪切、塑性变形而未形成切削，常产生于切削槽的入口、顶端与出口位置，微铣削中根据毛刺形成位置的不同通常将毛刺分为切入毛刺、顶端毛刺与切出毛刺三种类别，如图 1-3 所示。切入毛刺

- 19 -e) tu=4μm f) tu=10μm图 2-11 等效应力分布图开展一系列的二维正交切削仿真实验，分别在相同切削速度、不同未变形切屑厚度与相同未变形切屑厚度、不同切削速度下，采集相同时间步长下的瞬时切削力
【参考文献】

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1 雷波;朱光宇;;微细铣削过程中三维铣削力预测模型研究[J];组合机床与自动化加工技术;2013年03期

2 白清顺;刘立飞;卢礼华;杨凯;梁迎春;;微细铣削圆弧槽微结构时的微毛刺分析及预测[J];机械设计与制造;2011年11期

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本文编号：2882701