硬脆材料微细铣削加工特性研究

发布时间：2020-10-12 23:12

　　 玻璃、陶瓷等硬脆材料由于其硬度高、强度大、耐高温、耐腐蚀等特点,近年来得到了广泛的关注与使用。由于其高硬度、高脆性、断裂韧性低的特点,导致其在加工过程中极易出现断裂等不良现象。随着微加工技术的不断发展,微细铣削技术被广泛应用在各种行业,对于硬脆材料的微细加工也提出了新的要求。本课题使用微球头铣刀对硬脆材料进行塑性域加工,研究硬脆材料的微细铣削加工特性及加工机理,结合了微铣削与常规铣削的不同加工现象,从尺寸效应及最小切削厚度方面对硬脆材料的微铣削机理进行了分析研究。并结合了微球头铣刀几何模型及铣削加工过程中的瞬时切削厚度模型,加入了刀具倾角的影响,建立了综合犁耕力及剪切力的线性力模型,进而分析材料的加工过程。为了减少微铣刀具自身变形和刀具振动对加工结果的影响,减少硬脆材料在加工过程中发生脆性断裂情况,本文以铣刀伸出长度为变量条件,利用ANSYS对微铣刀力学特性进行了分析研究,对铣刀进行应力变形及模态分析,以确定铣刀的最佳伸出长。此外,本文还在自行研制的微铣削实验平台上,以玻璃为对象,利用正交实验方法对硬脆材料进行了微铣削实验研究,通过对实验数据进行分析,研究了各加工参数对实验结果的影响程度及单因素加工参数变化下实验结果的变化趋势,并通过铣削力理论数值与实验所测数值对比,对所建立的铣削力模型进行了验证。
【学位单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TG54
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景与意义
    1.2 硬脆材料及其应用
        1.2.1 单晶材料的发展及应用
        1.2.2 新型陶瓷材料的发展及应用
        1.2.3 玻璃材料的发展及应用
    1.3 硬脆材料的加工技术
        1.3.1 硬脆材料切割加工技术
        1.3.2 硬脆材料切削加工技术
        1.3.3 硬脆材料磨削加工技术
        1.3.4 硬脆材料特种加工技术
    1.4 硬脆材料微细铣削技术研究现状
        1.4.1 微细铣削技术研究现状
        1.4.2 微铣刀研究发展现状
        1.4.3 硬脆材料微细铣削技术
    1.5 微细铣削力建模研究现状
    1.6 本文主要研究内容及研究路线
第二章 硬脆材料微铣削机理及铣削力建模研究
    2.1 引言
    2.2 硬脆材料微铣削机理
        2.2.1 尺寸效应
        2.2.2 最小切削厚度
        2.2.3 硬脆材料脆塑转变机理
        2.2.4 脆塑转变临界切削深度
        2.2.5 硬脆材料微铣削机理
    2.3 球头铣刀铣削力模型建立
        2.3.1 微径球头铣刀刃线模型
        2.3.2 瞬时切削厚度
        2.3.3 加工倾角对球铣过程的影响
        2.3.4 球头铣刀铣削力模型的建立
    2.4 本章小结
第三章 球头铣刀有限元分析
    3.1 引言
    3.2 球头铣刀的有限元模型建立
    3.3 静力分析
        3.3.1 网格划分
        3.3.2 施加约束
        3.3.3 应力变形分析
    3.4 模态分析
        3.4.1 刀具外力频率
        3.4.2 模态分析
    3.5 本章小结
第四章 实验平台建立及实验方案设计
    4.1 引言
    4.2 实验平台建立
        4.2.1 实验平台
        4.2.2 实验仪器
    4.3 实验设计
        4.3.1 实验用材选择
        4.3.2 实验方案设计
    4.4 本章小结
第五章 硬脆材料球头铣刀铣削实验研究
    5.1 引言
    5.2 铣削实验分析
        5.2.1 实验结果分析
        5.2.2 实验因素分析
    5.3 力模型实验分析
        5.3.1 铣削力系数的确定
        5.3.2 铣削力模型的验证
    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

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本文编号：2838410