椭圆振动车削过程中切削力的研究

发布时间：2017-09-09 01:02

  本文关键词：椭圆振动车削过程中切削力的研究

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【摘要】：椭圆振动切削(Elliptical Vibration Cutting, EVC)是近年来发展起来的一种新的方法,可用于改善材料切削加工性、获得纳微加工所需的切削运动等。切削力是切削加工过程中的一种重要的物理量,然而在业已开展的研究中关于EVC过程的切削力还研究的不够深入、已发表的研究报道也较少。本学位论文将主要针对EVC过程中的切削力开展研究。在假设刀具足够锋利的前提下,忽略刀具刃口圆弧半径的影响,根据薄剪切面理论分析了切削过程中瞬时切削速度、瞬时剪切速度和切屑瞬时流速的空间变化关系,定义了瞬时相对速度角,根据最大剪应力理论和切削过程中力的空间关系,建立了各相关角度与时间t的联系,建立了切削力的分析模型。采用有限元分析软件ABAQUS,建立了利用三维EVC加工钛合金工件的有限元模型。通过切削过程仿真,得到了刀具前角、振幅、振动频率、切速和切深对切削力的影响规律,分析了不同EVC参数对主切削力、吃刀抗力和法向力的影响,为实际加工中刀具和切削参数的优化提供理论依据。建立了用三维EVC加工钛合金工件的残余应力分析模型,改变切削速度、切削深度、振幅和振动频率,通过数值仿真分析了残余应力的变化过程,为基于三维EVC过程的残余应力来对切削参数进行优选从而提高加工质量和效率提供了理论依据。利用二维EVC装置在超精密车床上开展了金刚石刀具切削实验,利用Kistler三向测力仪对EVC过程中的力进行实时检测,与基于切削力模型预测得到的结果进行了对比,验证了模型的正确性。
【关键词】：椭圆振动切削 切削力建模 有限元仿真 残余应力 钛合金
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG51
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 第一章 绪论6-13
• 1.1 课题的来源及意义6-7
• 1.1.1 课题的来源6
• 1.1.2 课题研究的背景和意义6-7
• 1.2 国内外研究现状7-12
• 1.2.1 振动切削过程中的切削力7-10
• 1.2.2 切削残余应力10-12
• 1.3 本文的主要研究内容12-13
• 第二章 三维EVC过程中的切削力建模13-26
• 2.1 椭圆振动切削过程描述13-19
• 2.1.1 切削力理论基础13-15
• 2.1.2 椭圆振动切削原理15-19
• 2.2 椭圆振动切削切削力的分析与建模19-25
• 2.2.1 瞬时剪切角、速度关系和瞬时摩擦反转特性19-22
• 2.2.2 切削合力在法平面、前刀面及剪切面的分量22-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 三维EVC的切削力有限元仿真分析26-56
• 3.1 三维EVC有限元模型的建立27-35
• 3.1.1 几何模型的建立27
• 3.1.2 材料模型和摩擦模型的建立27-31
• 3.1.3 有限元网格和边界条件31-32
• 3.1.4 断裂准则的选择32-34
• 3.1.5 三维EVC的仿真过程34-35
• 3.2 刀具几何参数与振动参数对切削力的影响35-50
• 3.2.1 刀具前角对切削力的影响35-39
• 3.2.2 振幅对切削力的影响39-47
• 3.2.3 振动频率对切削力的影响47-50
• 3.3 切削用量对切削力的影响50-55
• 3.3.1 切削速度对切削力的影响50-53
• 3.3.2 切削深度对切削力的影响53-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第四章 三维EVC的残余应力仿真分析56-66
• 4.1 EVC加工中残余应力的形成机理及其影响因素分析56-57
• 4.1.1 残余应力的产生机理56-57
• 4.1.2 残余应力的影响因素57
• 4.2 切削参数与振动参数对残余应力的影响57-65
• 4.2.1 切削速度对残余应力的影响58-59
• 4.2.2 切削深度对残余应力的影响59-60
• 4.2.3 振动幅值对残余应力的影响60-64
• 4.2.4 振动频率对残余应力的影响64-65
• 4.3 本章小结65-66
• 第五章 EVC切削实验66-75
• 5.1 车削实验的方案设计66-68
• 5.2 金刚石刀具车削实验68-74
• 5.2.1 不同切速下的切削力仿真与实验对比69-72
• 5.2.2 不同切深下的切削力仿真与实验对比72-74
• 5.3 本章小结74-75
• 第六章 结论与展望75-77
• 6.1 结论75
• 6.2 工作展望75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-83
• 作者简介83
• 攻读硕士学位期间研究成果83-84

【参考文献】

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本文编号：817366