信息储存功能驱动的微结构功能表面切削机理及数值分析
本文选题:微结构 切入点:切削仿真 出处:《山东大学》2012年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:近年来,随着航空航天、信息处理、生物医学以及微电子技术的发展,人们对具有特定功能微结构表面的需求越来越广泛,受应用需求驱动的影响,目前,国内外针对微结构功能表面制造技术的研究也在不断深入,同时新的加工方式也在不断出现,因微切削加工技术具有加工材料范围广泛、加工成本低、生产效率高等诸多优点,从而成为微结构功能表面的主要加工技术之一。本文针对微结构功能表面的具体应用,通过微切削实验结合有限元仿真,研究了切削参数对微结构表面质量的影响及微切削过程中尺度效应的存在。具体研究内容如下: 微切削加工的有限元建模及仿真。基于应变梯度塑性理论,针对以经典连续介质力学为理论基础的传统的切削仿真模型难以反应微切削过程中尺度效应对工件材料变形的影响,应用微观力学应变梯度理论,以商用有限元软件ABAQUS/Explicit为平台,对传统的Johnson-Cook(JC)材料本构模型进行了修正,建立了反应微切削条件下的切削仿真模型,并借助该模型分析了微切削条件下刃口圆弧半径和切削厚度对第一变形区切削应力、等效塑性应变及切屑变形的影响,通过对比宏观切削,验证了微切削过程中材料尺度效应的存在。 微切削加工的表面质量研究。以微结构信息存储为应用背景,针对在微结构功能表面中应用较广泛的微型沟槽结构,通过微沟槽切削实验,对比了不同切削参数下切屑的形貌,研究了切削深度和切削速度对微结构形状精度及表面质量的影响:切削深度越小,切屑连续性越差,刀尖圆弧半径对微沟槽成型的影响越明显,切削速度的提高可以有效的提高微沟槽表面质量但会降低其形状精度。 微结构功能表面在信息储存中的应用研究。针对机械产品在生命周期不同阶段加工和使用信息的记录和存储,提出了适用于机械产品信息存储的方式,运用通用的信息编码格式,结合微切削技术,在工件表面实现了能够用于信息储存的不等间距微沟槽结构的加工。
[Abstract]:In recent years, with the development of aerospace, information processing, biomedicine and microelectronic technology, people have more and more extensive demand for microstructural surfaces with specific functions, which is influenced by the application demand. At home and abroad, the research of micro-structure functional surface manufacturing technology is also deepening, at the same time, new processing methods are emerging, because micro-machining technology has many advantages, such as wide range of processing materials, low processing cost, high production efficiency and so on. Therefore, it has become one of the main machining techniques of microstructural functional surface. In this paper, according to the specific application of microstructural functional surface, the micromachining experiment is combined with finite element simulation. The influence of cutting parameters on the surface quality of microstructure and the existence of mesoscale effect in the process of micromachining are studied. Finite element modeling and simulation of micromachining. Based on strain gradient plasticity theory, It is difficult for the traditional cutting simulation model based on classical continuum mechanics to reflect the effect of mesoscale effect on the deformation of workpiece material during micro cutting. The strain gradient theory of micro mechanics is applied and the commercial finite element software ABAQUS/Explicit is used as the platform. The traditional Johnson-Cook-JC material constitutive model is modified, and the cutting simulation model under reactive micro-cutting condition is established. The cutting stress in the first deformation region is analyzed by the cutting radius and thickness of the cutting edge under the micro-cutting condition. The effect of equivalent plastic strain and chip deformation is verified by comparing the macroscopic cutting. Research on the surface quality of micromachining. Based on the application background of microstructural information storage, aiming at the micro-grooves which are widely used on the functional surfaces of microstructures, the experiments of micro-grooves cutting are carried out. The effects of cutting depth and cutting speed on the shape accuracy and surface quality of microstructures were studied. The smaller the cutting depth, the worse the chip continuity. The more obvious the influence of the arc radius of the knife tip on the shaping of the micro-groove, the higher the cutting speed is, the more the surface quality of the micro-groove can be improved, but the shape accuracy will be reduced. Research on the Application of Microstructure functional Surface in Information Storage. Aiming at the recording and storage of machining and using information in different stages of the life cycle of mechanical products, a method suitable for information storage of mechanical products is proposed. Using the general information coding format and the micromachining technology, the unequal spacing micro-groove structure which can be used for information storage is realized on the workpiece surface.
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP333
【参考文献】
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,本文编号:1571048
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