高能效铣刀介观损伤形成及其演变特性

发布时间：2020-11-08 18:07

　　 高能效铣刀因具有低能耗、低刀具损耗率和高效率的特性而受到国内外广泛关注,并且由于开发各类高能效铣刀普遍采用轻量化设计,因而研究和控制刀具损伤对于高能效铣刀的开发具有十分重要的意义。铣刀宏观损伤起源于原子间键合力消散所导致的介观尺度上的微损伤,因而具有隐蔽性和突发性。由于铣刀宏介观结构,载荷和性能之间没有简单、直接的联系,识别损伤形成过程存在困难。为此,在国家自然科学基金项目“高能效铣刀波动力学损伤机理及其多尺度协同设计方法”(51375124)的支持下,提取铣刀损伤样本,研究其组件损伤行为及其特征,通过铣刀组件单向微损伤分析,分别分析铣刀各种应力作用下损伤的类型及其形成机理。通过分析可知,铣刀组件损伤的形成过程具有显著的跨尺度特性,确定铣刀组件损伤研究尺度。采用MAAD方法,实现铣刀切削力、离心力以及预紧力的跨尺度传递。依据铣刀组件材料元素含量及其原子结合方式,建立铣刀组件超晶胞模型;利用最低能量理论,对超晶胞模型进行优化,使其达到稳定状态;采用高温驰豫法和快速冷凝法,提高超晶胞模型的力学性能,使其达到经调质处理后的铣刀组件的力学性能。进行分子动力学仿真,揭示铣刀组件超晶胞变形、局部性破坏和整体破坏过程中,铣刀超晶胞结构的演变特性,分析超晶胞空位团的萌生、长大和聚合。根据铣刀组件超晶胞的应变,采用德布拉数表征介观损伤的成核和扩展阶段,分析介观损伤跨尺度演变的耦合和竞争关系。据此,揭示铣刀组件损伤的本征及非本征特性,并提出其介观损伤识别方法。结合铣刀组件损伤的本征及非本征特性,进行仿真实验设计,分析铣刀组件损伤对宏观切削参数和结构参数的响应。最后,基于公理设计和灰色关联,在保证铣刀切削效率的前提下提出高能效铣刀的设计方法。
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG714
【部分图文】：

率、高可靠性和专业化”的方向发展[1-3]。在以高速度、高效率切削为主的现代切削技术新时期，由于制造资源缺乏和生产成本的不断加大，在追求高效率的同时如何提高制造资源利用率也是现代制造技术发展的重点和方向[4, 5]。因此，低能耗、高能效刀具产品越来越受到用户的青睐，高速切削刀具技术正在向高能效刀具的方向发展，如图 1-1（a）。在高速铣刀技术基础上发展起来的高能效铣刀，凭借低能耗、低刀具损耗率和高效率，受到国内外广泛关注[6]。采用轻量化设计方法开发的高能效铣刀具有各类高效铣削刀具系统的共同特性[7, 8]。在高速、断续的冲击载荷作用下，铣刀的结构、性能发生改变，铣刀内部的能量和质量分布也随之改变，在获得高切削效率的同时，铣刀应力场分布的不均匀性显著增加，其内部能量不断积聚。另一方面，由于尺度效应，高能效铣刀结构和性能的变化规律与普通铣刀有很大差异，使高能效铣刀的损伤更难预测[9, 10]。在此条件下，铣刀一旦发生损伤或存在潜在缺陷，其破坏程度将迅速发展，若不能及时发现，产生的多是不可修复的严重事故，如图 1-1（b）。铣刀损伤具有随机性，一旦发生即迅速发展，直至发生完整性破坏[11]，铣刀损伤行为识别和控制已成为亟待解决的关键问题，有必要对此进行深入研究。

1.2 铣刀损伤研究状况分析为确定铣刀组件产生损伤的切削条件，对铣刀组件进行受力分析。高速铣削时产生的切削力、离心力和铣刀组件的预紧力是引起铣刀组件变形和损伤的直接原因[12-14]，为此，讨论铣刀组件的应力分布，刀片和紧固螺钉的应力分布如图 1-2 所示。

削的冲击载荷较普通铣削频率更高，产生热量更大，高与普通铣刀均有很大的不同。不但对刀片拥有更高的强组件材料的质量和强度同样提出更高的要求。铣刀组件的使用寿命，造成生产事故甚至威胁人身安全。因此，伤特征和形成过程有利于更加具有针对性的选择合理的数。效铣刀组件损伤特征探查削过程中，受高速、断续载荷的冲击作用，铣刀刀片不极易发生崩刃、碎裂等结构性损伤。为明确高速铣刀组速铣削试验，并对易产生损伤的铣刀组件结构的部分进mm，主偏角 45°，后角 20°，前角 0°，刃倾角 10°，刀体35CrMo 的四齿等齿距高速面铣刀进行高速铣削实验，如转速 n 为 8000rpm，每齿进给量 fz为 0.15mm/z，切削削宽度 ae为 56mm，工件材料为铝合金 7075，切削行程
【参考文献】

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本文编号：2875142