超声振动微铣削硬脆材料加工机理研究

发布时间：2022-11-06 15:02

　　硬脆材料以其优异的材料特性,在越来越多的科学领域得到广泛的应用。但是,由于其硬度高、脆性大,采用常规的加工方法很难实现复杂形状微零件的塑性域加工,因此硬脆材料的机械加工技术亟待进一步的发展。本文将硬脆材料微铣削与超声振动相结合,从理论的角度研究硬脆材料的塑性域加工机理;通过建立刀具的运动轨迹模型,研究沿进给方向和垂直于进给方向的两种超声振动对铣削过程的影响;将球头铣刀S刃、硬脆材料的去除方式和超声振动铣削相结合,建立超声振动辅助微铣削力学模型。此外,还利用自行研制的超声振动辅助微铣削实验平台,进行传统微铣削和超声振动微铣削对比实验,研究超声振动对硬脆材料已加工表面质量和铣削力的影响。研究表明,沿进给方向的超声振动能够实现切削过程中刀具与工件的周期分离,从而有效地改变切削过程中瞬时切削厚度,并且高频的断续切削更有益于切屑的排出和降低切削温度,提高刀具的使用寿命。实验可知,加入超声振动辅助后,材料已加工表面上的崩碎现象减少。并且刀具的往复熨压作用有效地去除了刀具在材料表面留下的走刀痕迹,从而提高了表面加工质量。采用单因素分析法,对比各参数对已加工表面质量的影响,获得最佳加工参数组合。通过对... 

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究发展现状
        1.2.1 硬脆材料微加工发展现状
        1.2.2 超声振动辅助加工技术发展现状
        1.2.3 球头铣刀铣削力建模现状
    1.3 研究目的
    1.4 本课题研究的主要内容
第二章 硬脆材料加工机理研究
    2.1 引言
    2.2 硬脆材料的塑性加工
        2.2.1 脆塑转变形成机理
        2.2.2 脆塑转变临界厚度
        2.2.3 最小切削厚度
    2.3 裂纹扩展机理
        2.3.1 压印实验
        2.3.2 裂纹长度表达式
    2.4 硬脆材料加工过程中裂纹的扩展
        2.4.1 无裂纹已加工表面形成的临界条件
        2.4.2 球头铣刀铣削过程中的裂纹扩展
    2.5 本章小结
第三章 单向超声振动辅助微铣削运动学分析及铣削力模型的建立
    3.1 引言
    3.2 超声振动辅助铣削运动学分析
        3.2.1 球头铣刀S刃几何模型的建立
        3.2.2 S刃各刃点运动轨迹方程的建立
        3.2.3 超声振动对铣削过程的影响
    3.3 进给方向超声振动辅助球头铣刀铣削力模型的建立
        3.3.1 硬脆材料切削过程分析
        3.3.2 S刃微元受力分析
        3.3.3 切削微元在XYZ坐标系内受力方程
        3.3.4 瞬时未变形切削厚度模型建立
        3.3.5 瞬时切削力模型的建立
    3.4 本章小结
第四章 超声振动辅助微铣削加工表面质量实验研究
    4.1 引言
    4.2 超声振动辅助微铣削实验平台的建立
        4.2.1 实验平台建立要求
        4.2.2 实验平台的组成
    4.3 超声振动辅助微铣削石英玻璃实验方案
        4.3.1 加工刀具与工件材料
        4.3.2 实验方案的制定
    4.4 超声振动辅助微铣削参数对材料表面质量的影响
        4.4.1 超声振动对已加工材料表面质量的影响
        4.4.2 各加工参数对已加工材料表面质量的影响
    4.5 本章小结
第五章 超声振动辅助微铣削力实验研究
    5.1 引言
    5.2 石英玻璃微铣削实验方案
    5.3 铣削力实验结果分析
        5.3.1 实验结果
        5.3.2 超声振动辅助对铣削力的影响
        5.3.3 刀具倾角对铣削力的影响
        5.3.4 背吃刀量对铣削力的影响
        5.3.5 主轴转速对铣削力的影响
        5.3.6 进给速度对铣削力的影响
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]超声振动辅助磨削完全烧结氧化锆陶瓷牙冠的实验研究[J]. 郑侃,肖行志,廖文和.  振动与冲击. 2014(04)
[2]基于非局部理论的纳米复相陶瓷超声磨削试验研究[J]. 卞平艳,赵波.  硅酸盐通报. 2013(03)
[3]Rotary ultrasonic-assisted milling of brittle materials[J]. KUO Kei-lin,TSAO Chung-chen.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012(S3)
[4]小直径深孔超声振动钻削装置的设计[J]. 王天琦,刘战锋,张燕芳,李海涛,张海东.  工具技术. 2012(09)
[5]微纳V槽脆/塑性域切削的3D激光检测及评价[J]. 谢晋,韦凤,田牧纯一.  光学精密工程. 2009(11)
[6]非金属硬脆材料加工技术的最新进展[J]. 杨俊飞,田欣利,刘超,张保国,郭昉.  新技术新工艺. 2009(08)
[7]刀具切削刃钝圆对微细切削加工尺寸效应影响的有限元模拟研究[J]. 曹自洋,何宁,李亮.  机械科学与技术. 2009(02)
[8]硬脆材料加工技术发展现状[J]. 张坤领.  组合机床与自动化加工技术. 2008(05)
[9]硬脆材料塑性加工技术的研究现状[J]. 姜峰,李剑峰,孙杰,李方义,路冬.  工具技术. 2007(08)
[10]微细加工中的微型铣床、微刀具磨损及切削力的实验研究[J]. 赵岩,梁迎春,白清顺,王波,孙雅洲,陈明君.  光学精密工程. 2007(06)

硕士论文
[1]玻璃器件微纳尺度塑性域铣削原理与技术研究[D]. 袁明珂.河北工业大学 2014
[2]机械微细加工过程性能分析仿真研究[D]. 代玉娟.山东理工大学 2013



本文编号：3703711