基于线锯表面形貌的切削力建模分析与实验研究

发布时间：2021-02-15 12:35

　　硬脆材料具有抗氧化、强度高、耐腐蚀、耐高温等优良的物理和化学性能,广泛应叫于航空航天、船舶、光学、国防工业等重要领域并发挥着关键作用。另一方面硬脆材料属于典型的难加工材料,具有高硬度、低韧性等缺点,车削、铣削等传统加工方式容易在工件产生表面微裂纹、亚表面损伤等缺陷,难以满足加工要求。固结磨粒线锯具有切缝窄、寿命长、效率高等优点,是硬脆材料首选的切割方式之一,其加工原理与磨削类似,属于磨粒加工。受磨粒几何尺寸、形状的随机性等因素的影响,磨粒加工技术的材料去除机理难以通过实验进行研究。有限元仿真克服了实验过程中相关物理量与现象难以检测的问题,是磨粒加工材料去除机理研究的重要手段。因此,本文应用有限元仿真法深入研究硬脆材料锯切材料去除机理。本文以固结金刚石磨粒线锯为研究对象,建立了单颗磨粒几何模型,实现了线锯表血形貌的参数化建模,通过线锯表面形貌检测实验获得了建模所需要的相关参数并在此基础上进行了单颗磨粒切削和线锯整体切削仿真、最后通过单颗磨粒划擦实验和线锯切割实验验证了单颗及多颗磨粒切削模型的有效性。具体工作内容包括:构建线锯的单颗磨粒几何模型及其表面形貌的参数化模式。利用空间随机平面切分... 

【文章来源】： 胡少鑫 西安理工大学

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

线锯表面形貌模型示意图[40]

不同切分

2固结磨粒线锯形貌的参数化建模与分析11最终可以得到随机形状的不规则多面体。图2-2为经过不同次数的切分后虚拟磨粒的形状，从图上可以看出，切削次数越多，磨粒的面数也就越多，相应的切削刃的数量也会随之增加。(a)0次（b）20次（c）30次（d）40次图2-2不同切分次数下的磨粒形状Fig.2-2ShapeofAbrasiveafterDifferentCuttingTimes从图2-2可以看出，当切削次数在30~40之间时，虚拟磨粒的形状已经接近磨粒的真实形状了，因此在构建线锯表面三维模型时，磨粒的切削次数设置为30次。2.1.2磨粒的随机分布固结金刚石磨粒线锯表面形貌的复杂性主要表现为两点：一是磨粒本身形状不规则、尺寸多变；二是磨粒空间位姿随机分布。其中，磨粒几何特征在上一节简化为空间随机平面切分球体法生成的不规则多面体，本节的工作主要是通过随机生成磨粒的中心坐标来实现磨粒空间位姿的调整。不同于砂轮，线锯的柔性较大，在加工过程中极易产生变形，这对线锯表面轮廓建模造成了较大的困难，因此，在建模过程中忽略线锯柔性将其视作刚体，则线锯表面磨粒的空间位置就可以用圆柱坐标系来表示。图2-3是线锯的横截面示意图，如图所示建立极坐标系，则磨粒在横截面上的位置可以表示为iir,。其中，金属丝与镀层共同构成了线锯基体，R表示线锯基体的半径，i以及ir则表示第i颗磨粒的中心与x轴的极位夹角及到线锯中心的距离，其中极角i的取值范围为0,2。金属丝镀层金刚石磨粒iiWr,OxRiri图2-3线锯横截面示意图Fig.2-3CrossSectionofWireSaw如图2-4所示，磨粒中心点到线锯中心的距离ir与磨粒的出刃高度ih有关，它可以通过下式表达：


本文编号：3034857