考虑刀—工粗糙面影响的二维微切削研究

发布时间：2020-11-20 19:23

　　 微切削加工是一个改变材料表面与近表面特性的过程,其关注的焦点并不在于整体材料特性,而在于微观摩擦接触特性与近表面材料响应特性。由于微切削尺度较小,该状态下的切削刃刀尖圆角半径、刀-工-屑实际表面特性对微切削过程都有很大的影响,已加工表面质量和刀具的使用寿命与此也密切相关。本文在考虑刀-工粗糙界面、刀-屑粗糙接触面以及微凸体间相互作用、刀尖圆角半径、材料弹塑性变形理论、热力耦合问题等基础上,建立了基于粗糙界面的微切削航空铝合金的二维模型,从微观热动力学角度和能量角度,分析了粗糙接触界面对切削过程中的刀尖应力集中点、切屑断裂位置、切屑形态以及能量耗散等问题的影响。结果表明:在分别考虑粗糙和理想光滑两种不同接触界面下的微切削中,刀尖圆弧部分都存在应力集中点,但粗糙界面下的接触微凸体应力更高,存在更大的应力集中,这极易造成刀尖部位发生疲劳破坏及其磨损。对比两种不同接触界面下的切屑形态,发现粗糙界面下得到的结果与文献实验结果更相符。切屑层粗糙表面的谷底位置在切削中会形成应力集中,切屑发生断裂的位置主要为这些应力集中点。微切削过程中粗糙界面下的等效塑性应变、切削力、切屑底层温度、能量耗散等都与理想界面存在较为明显的差异。可见,微切削中,由于尺度和加工精度的原因,应考虑刀具和工件的粗糙表面特性。粗糙接触界面影响下,随着切削速度的增大,切屑形态会由碎屑向连续切屑过渡,前刀面的温度、切屑底层温度和能量耗散的增长速率也会随之增大;不同刀具前角对切屑的挤压状态不同,使得产生的切屑会由挤压状的碎屑向连续且具有弯曲半径的切屑过渡,刀具最高温度和表面节点位移会随着前角的增大而出现波动。已加工表面的残余应力由于刀尖圆弧的挤压,在不同切削参数下,主要呈现压应力的形式。研究结果对提高刀具寿命,优化刀具设计,探讨微观下刀-屑实际粗糙界面间的摩擦接触特性,为揭示微观切削热动力学机制和微切削本质奠定了一定的理论基础。
【学位单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG506
【部分图文】：

而且较小的切削厚度下，增加的刀屑接触长度会产生更大的能量耗散。??吴继华（２００９）?［２５］在基于应变梯度理论的基础上对微切削过程形成切屑进行??了研宄，并得出了如图１－２所示的不均匀且不规则的滑移片状的堆叠结构切屑，??而且在切屑层底部会因为切削区热塑失稳造成金属流变，形成了一层带状滞流??层，并随着切削速度的增大，滞流层厚度也会随之增大，且指出了产生该现象的??原因是刀具犁切作用加大了对工件的应力，使之收到更大的拉伸变形，而减少了??剪切滑移比例。??＇ｒ：?一?；?ｉｂ＾＾ｈｉｐ??图１－２微切肩侧面ＳＥＭ照片１２５１??综上所述，微切削的过程中，由于其尺度原因，刀尖刃口半径在切削过程的??作用较宏观切削要明显增强，与切削厚度也存在尺寸效应，这就决定了是否有切??屑产生，以及其形状和流动方向，因此在微切削中要考虑刃口半径。微切削中的??切屑的产生会存在一定的挤压剪切过程，在切削厚度与刃口半径在一个量级时，??切屑的形态主要为堆积的形态

?福州大学工程硕士学位论文???２．?４微切削过程切削力模型??在对微切削研究中，切削力能准确的反映出材料去除过程和已加工表面形成??过程，是对切削过程动态监测的重要因素。微切削中的切削力不同于宏观切削，??其主要由弹性回复区、刃口熨压区、剪切变形区和前刀面摩擦区切削力四部分组??成［２］。??２．４．?１弹性回复区切削力??由于微切削中刀具圆弧半径的影响，己加工表面层的材料在刀尖极大的压力??下，其附近的工件材料会沿着圆弧及后刀面流出，由于刀具的挤压作用，流过后??刀面的材料会存在一定的弹性回复。其示意图如下：??ｘ??

刀面弹性回复区内对＾，和＾＾进行积分，可以得出弹性回复区的向的切削力为：??Ｆｘ＇?＝?ｆ—。…Ｃ０ＳＱ；（）?－ｓｉｎａ０）ｄｌ?＝］－ａｗ（ｊＳ２（＾ｃｏｔａ０?－１）??．?ｔ?（２Ｆｖｉ?＝?＇Ｓ１ＤＱ〇?ａ－?ｓｍ?ａ〇?（ｃ〇ｓ？０?＋?／／?ｓｉｎ?ａ０?）ｄ／?＝?－ａｗａＳ２?（ｃｏｔ？０?＋１）??０?ｄ２?２??２刀尖刃口熨压区切削力??图２－２所示为刀尖刃口区的切削力示意图，可以看出，作用在工件分ｃ／Ｆ？２以及摩擦力微分的表达式为：??（ｄｆｎ２＝ａｗ．ａ．ｒｎｄｅ?（２［ｄＦ，２?＝?ｆＡＦｎ２?＝?＾ｉａｗ－ａ－?ｒｎｄｄ??——切削宽度。??ｘ??
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本文编号：2891878