织构带锯条横向振动特性分析及实验研究
发布时间：2020-07-15 00:16
【摘要】：金属锯切作为机械加工制造过程中的重要环节,由于其材料适应性好,生产效率高等特点,被广泛应用于机械、汽车、造船和航空航天等国民经济的各个领域。但目前在金属锯切过程中,当带锯条的横向振动加剧时,会导致材料损失,工件表面质量和尺寸精度降低,以及影响材料的加工效率等。针对金属锯条横向振动特性及其抑制方法开展研究即是解决上述问题的关键所在。针对金属带锯条锯切过程中横向振动及其抑制的问题,本文创新地提出了采用表面织构的解决方案,并主要进行了以下研究:首先,引入轴向运动薄板模型,构建了空载情况下的金属带锯条横向振动模型,详细分析了空载情况下金属带锯条的横向振动特性。其次,建立了带锯条锯切过程中锯齿横向负载模型,详细分析了金属带锯条负载情况下的横向振动特性。然后,基于表面织构在锯切过程中产生动压效应的机理,分析了织构带锯条对锯切过程中横向振动的抑制作用,并在理论研究的基础上设计与制备了具有不同参数表面织构的织构带锯条。最后,搭建了织构带锯条锯切实验系统平台,进行了织构带锯条锯切过程中横向振动特性的实验研究,并对所采集的织构带锯条横向负载数据进行了时域与频域特性的分析,探讨了表面织构对带锯条锯切过程中横向振动的抑制作用。本文研究分析结果表明:在金属带锯条表面加工织构能够有效抑制锯切过程中带锯条的横向振动,且不同参数的织构所起到的作用效果不同。主要体现在织构带锯条与普通带锯条相比,其横向负载时域特性中均方根误差降低了38.22%~48.42%,频域特性中高频段300~400Hz之间信号峰值得到了降低。此外,在所设计的实验中,深径比为0.01的表面织构对带锯条横向振动的抑制起到了相对最有效的作用。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG56
【图文】：
如图 2.4 所示，在左偏齿的情况下，可以通过分解主切削力，横向力和示每个左偏齿的瞬时切削力，其表达式如下：( + ) cos sin sin sin ( )( + ) sin cos cos sin cos ( )( + ) 0 sin cos cos ( ) + = + + l m z z x z l ml m z x z x z l ml m x z x l mFX i a Fx i aFY i a Fy i aFZ i a Fz i aγ γ γ γγ γ γ γ γγ γ γ（式中， l 表示左偏齿；+mi a 表示左偏齿锯齿的序号；xγ 和zγ 分别为左右偏齿相对于X 轴和 Z 轴旋转的角度。同理，在右偏齿的情况下，也可以通过分解主切削力，横向力和径向力个右偏齿的瞬时切削力，其表达式如下：( ) cos sin sin sin ( )( ) sin cos cos sin cos ( )( ) 0 sin cos cos ( ) + + + = + + + r m z z x z r mr m z x z x z r mr m x z x r mFX i b Fx i bFY i b Fy i bFZ i b Fz i bγ γ γ γγ γ γ γ γγ γ γ（
金属带锯条锯切过程中，横向负载较小，且其运行速度较快，因此锯切锯条与工件锯缝侧壁接触工况属于高速轻载工况。在这种条件下，流体在切削润滑过程中起主导作用。图 3.1（a）形象地说明了动压效应产生当两表面中下表面以速度 U 运动时，沿运动方向的间隙逐渐减小，润滑流向小口，并行成收敛间隙。此时，由于速度流动引起的单位长度上的中三角形面积表示）沿运动方向减小。由于流量连续条件，产生如图所布。此压力引起的压力流动将减少大口的流入流量, 而增加小口的流出持各断面的流量相等[51]。由此可见, 流体沿收敛间隙流动将产生正压力隙不能产生正压力。根据流体动压形成机理，理想光滑两表面在润滑状态下是无法产生流体，两表面间除了需要具备相对运动速度这个条件外，还需具有一定的收因此，在运动表面加工出的表面织构使其满足了存在收敛间隙这一条件够在两相对运动表面间产生动压效应并形成流体动压效应，并产生动压其具体示意图如图 3.2 所示。
3.2 织构带锯条的设计与制备3.2.1 带锯条表面织构设计在对表面织构的研究中发现，织构的形状，参数以及排布形式都是影响织构表面产生流体动压承载力的主要因素。因此，选择合理的表面织构形状，参数以及排布形式对提高织构表面的流体动压承载力是至关重要的。在对表面织构形状的研究中，专家学者们对不同形状的表面织构进行了研究应用。其中南京航空航天大学的于海武等人研究了圆形，椭圆形和三角形的表面织构的作用性能[38,53]。在这项研究中，他们基于雷诺方程，计算了不同形状表面织构产生的无量纲流体动压承载力，其结果如图 3.5 所示。从图中可以看出，表面织构的右边产生较高的流体动压承载力，左边产生的流体动压承载力较低。而“三角形△↑”和“椭圆形∥”表面织构产生的流体动压承载力较低，“三角形△↓”和“椭圆形⊥”则产生较高的流体动压承载力。
本文编号：2755687
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG56
【图文】：
如图 2.4 所示，在左偏齿的情况下，可以通过分解主切削力，横向力和示每个左偏齿的瞬时切削力，其表达式如下：( + ) cos sin sin sin ( )( + ) sin cos cos sin cos ( )( + ) 0 sin cos cos ( ) + = + + l m z z x z l ml m z x z x z l ml m x z x l mFX i a Fx i aFY i a Fy i aFZ i a Fz i aγ γ γ γγ γ γ γ γγ γ γ（式中， l 表示左偏齿；+mi a 表示左偏齿锯齿的序号；xγ 和zγ 分别为左右偏齿相对于X 轴和 Z 轴旋转的角度。同理，在右偏齿的情况下，也可以通过分解主切削力，横向力和径向力个右偏齿的瞬时切削力，其表达式如下：( ) cos sin sin sin ( )( ) sin cos cos sin cos ( )( ) 0 sin cos cos ( ) + + + = + + + r m z z x z r mr m z x z x z r mr m x z x r mFX i b Fx i bFY i b Fy i bFZ i b Fz i bγ γ γ γγ γ γ γ γγ γ γ（
金属带锯条锯切过程中，横向负载较小，且其运行速度较快，因此锯切锯条与工件锯缝侧壁接触工况属于高速轻载工况。在这种条件下，流体在切削润滑过程中起主导作用。图 3.1（a）形象地说明了动压效应产生当两表面中下表面以速度 U 运动时，沿运动方向的间隙逐渐减小，润滑流向小口，并行成收敛间隙。此时，由于速度流动引起的单位长度上的中三角形面积表示）沿运动方向减小。由于流量连续条件，产生如图所布。此压力引起的压力流动将减少大口的流入流量, 而增加小口的流出持各断面的流量相等[51]。由此可见, 流体沿收敛间隙流动将产生正压力隙不能产生正压力。根据流体动压形成机理，理想光滑两表面在润滑状态下是无法产生流体，两表面间除了需要具备相对运动速度这个条件外，还需具有一定的收因此，在运动表面加工出的表面织构使其满足了存在收敛间隙这一条件够在两相对运动表面间产生动压效应并形成流体动压效应，并产生动压其具体示意图如图 3.2 所示。
3.2 织构带锯条的设计与制备3.2.1 带锯条表面织构设计在对表面织构的研究中发现，织构的形状，参数以及排布形式都是影响织构表面产生流体动压承载力的主要因素。因此，选择合理的表面织构形状，参数以及排布形式对提高织构表面的流体动压承载力是至关重要的。在对表面织构形状的研究中，专家学者们对不同形状的表面织构进行了研究应用。其中南京航空航天大学的于海武等人研究了圆形，椭圆形和三角形的表面织构的作用性能[38,53]。在这项研究中，他们基于雷诺方程，计算了不同形状表面织构产生的无量纲流体动压承载力，其结果如图 3.5 所示。从图中可以看出，表面织构的右边产生较高的流体动压承载力，左边产生的流体动压承载力较低。而“三角形△↑”和“椭圆形∥”表面织构产生的流体动压承载力较低，“三角形△↓”和“椭圆形⊥”则产生较高的流体动压承载力。
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 赵文杰;王立平;薛群基;;织构化提高表面摩擦学性能的研究进展[J];摩擦学学报;2011年06期
2 王正;蒋希时;;带锯条振动的行波机理及动态力学特性[J];林业科学;2010年11期
3 于海武;王晓雷;孙造;袁思欢;;圆柱形微凹坑表面织构对流体动压润滑性能的影响[J];南京航空航天大学学报;2010年02期
相关硕士学位论文 前6条
1 陈碧冲;微织构刀具的设计与切削性能试验研究[D];北京理工大学;2015年
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3 汤海天;带锯锯切负载检测与振动抑制系统研制[D];杭州电子科技大学;2015年
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5 亓婷;微织构自润滑刀具的结构设计研究[D];山东大学;2012年
6 徐东镇;锯切时夹盘圆锯片横向振动特性研究[D];南京林业大学;2006年
本文编号：2755687
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