基于离散元模拟的玻璃微加工裂纹和微铣削仿真研究

发布时间：2017-09-05 20:16

  本文关键词：基于离散元模拟的玻璃微加工裂纹和微铣削仿真研究

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【摘要】：随着现代工业和科学技术的发展,玻璃在机械、建筑、汽车、航空、光学和生物医学工程等方面得到了广泛的应用。目前对于玻璃器件的机械加工主要有精密与超精密磨削、研磨、抛光等加工方法,这些方法大多需要很长的加工周期,且加工成本比较高,同时对环境也会产生一定的污染,因此许多学者尝试用切削的方式来代替上述的加工方法,本文采用离散单元法(DEM)来模拟玻璃微细切削加工中裂纹的扩展等过程,为合理选择玻璃微细切削参数,提高加工质量提供依据。论文主要做了以下几个方面的工作:(1)本文基于离散元法的基本原理,通过离散元软件PFC2D/3D建立石英玻璃材料的二维/三维离散元模型,利用单轴压缩试验、巴西劈裂试验和三点弯曲试验来校准玻璃离散元模型的力学性能参数值,得到了与石英玻璃力学性能相匹配的二维/三维离散元模型,并验证了离散元方法模拟石英玻璃的可行性。(2)在校准后的石英玻璃的二维和三维模型上建立了其二维切削模型和三维微铣削模型,分别模拟了石英玻璃的二维切削过程和三维铣削过程,分析切削工艺参数对石英玻璃切削过程中产生裂纹及切削力的影响,分别得到了一组经过优化的切削工艺参数。(3)在课题组自主研发的实验平台上,进行了石英玻璃微径球头铣刀铣削实验。分析了微铣削工艺参数对石英玻璃铣削过程中铣削力的影响,确立了一组可以得到较高的加工表面质量和加工效率的参数。同时对模拟结果和铣削加工实验结果进行了对比分析,进一步验证了石英玻璃三维离散元模型有效性及离散元法模拟石英玻璃切削过程的合理性。本文的研究结果为切削加工玻璃的发展和应用提供一定的参考,为以后优化加工工艺参数,提高加工效率和质量提供依据,并为研究玻璃材料的加工特性提出一种新的思路,也为深入研究玻璃机械加工机理提供一种新的手段。
【关键词】：玻璃 离散元 微铣削 模拟 裂纹
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG54;TQ171.68
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题研究的背景、目的及意义9-10
• 1.2 玻璃材料概述10-13
• 1.2.1 玻璃的通性10
• 1.2.2 玻璃的结构10
• 1.2.3 玻璃的机械性能10-11
• 1.2.4 玻璃的种类11
• 1.2.5 玻璃等硬脆材料的主要加工方法11-13
• 1.3 国内外研究现状及分析13-15
• 1.3.1 微铣削国内外研究现状13-14
• 1.3.2 玻璃材料的超精密切削研究现状14-15
• 1.4 离散元法15-16
• 1.5 研究的主要内容16-19
• 第二章 离散元法及石英玻璃的离散元模拟基础19-35
• 2.1 离散元法的基本理论19-20
• 2.2 颗粒离散元法及PFC2D/3D软件20-27
• 2.2.1 PFC2D/3D的基本假设20-21
• 2.2.2 PFC2D/3D的计算循环及力学模型21-23
• 2.2.3 颗粒离散元本构关系23-25
• 2.2.4 时步计算与计算流程图25-27
• 2.3 石英玻璃二维离散元模型的建立27
• 2.4 石英玻璃二维离散元模型校准27-32
• 2.4.1 单轴压缩试验28-29
• 2.4.2 巴西劈裂实验29-31
• 2.4.3 三点弯曲试验31-32
• 2.4.4 石英玻璃二维离散元模型校准结果32
• 2.5 石英玻璃三维离散元模型校准32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 石英玻璃加工裂纹研究的二维离散元模拟35-43
• 3.1 引言35
• 3.2 石英玻璃二维离散元切削模拟35-36
• 3.3 石英玻璃二维切削模拟36-42
• 3.3.1 切削深度的影响36-38
• 3.3.2 切削速度的影响38-40
• 3.3.3 刀具前角的影响40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 石英玻璃微铣削加工的三维离散元模拟43-53
• 4.1 引言43
• 4.2 石英玻璃切削的三维离散元模拟43-44
• 4.3 正交实验设计及模拟方案44-46
• 4.4 石英玻璃切削过程的三维离散元模拟46-49
• 4.4.1 主轴转速的影响46-47
• 4.4.2 切削深度的影响47-48
• 4.4.3 进给速度的影响48
• 4.4.4 刀具倾角的影响48-49
• 4.5 模拟实验数据分析49-50
• 4.6 本章小结50-53
• 第五章 石英玻璃球头铣刀铣削实验研究53-61
• 5.1 引言53
• 5.2 玻璃材料微铣削正交实验设计53-54
• 5.3 实验平台的建立54-55
• 5.3.1 实验平台54-55
• 5.3.2 试验参数55
• 5.4 模拟结果与实验数据对比与分析55-60
• 5.5 本章小结60-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67

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本文编号：800045