【摘要】：航空航天領(lǐng)域的快速發(fā)展使其儀器儀表設(shè)備微型化、高精度化和服役持久化。本文的研究對(duì)象為一種具有薄壁結(jié)構(gòu)的微尺度零件,即薄壁微構(gòu)件。此薄壁微構(gòu)件為航空新型加速度計(jì)的核心零件,其特殊之處主要在于:(1)它的材料為進(jìn)口Elgiloy合金,屬于具有高抗拉強(qiáng)度的難加工材料。(2)它的特征結(jié)構(gòu)尺寸較小,微槽結(jié)構(gòu)厚度極薄,加工所用的微銑刀直徑相對(duì)較小。這使得在微銑削過(guò)程中不得不考慮微銑刀和薄壁微構(gòu)件的彈性變形。(3)其表面質(zhì)量和力學(xué)性能的要求較高�；诖�,本文對(duì)薄壁微構(gòu)件的微銑削加工機(jī)理及其力學(xué)性能進(jìn)行了研究,研究?jī)?nèi)容主要包括:微銑削加工機(jī)理、切出位置毛刺的生成機(jī)理、表面質(zhì)量的分析與改善,以及力學(xué)性能的變化規(guī)律。微銑削力是反映微銑削過(guò)程的關(guān)鍵物理量,因此本文從研究微銑削力入手,在微銑削力模型中考慮了微銑刀直徑引入的影響�？紤]到每齒進(jìn)給量與刀具跳動(dòng)量處于相同量級(jí),本文在微銑削力模型中加入了刀具跳動(dòng)引入的影響。基于上述分析,在微銑削力模型中考慮了刀齒歷史軌跡的相互作用。隨后,在微銑削力模型中加入了尺寸效應(yīng)對(duì)微銑削力的影響。實(shí)驗(yàn)證明,所建的微銑削力模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。對(duì)微銑削力的研究,為切出位置毛刺特征機(jī)理的研究奠定基礎(chǔ)。在薄壁微構(gòu)件的微銑削加工中,切出位置毛刺的特征尺寸與工件微結(jié)構(gòu)的特征尺寸相近,不僅降低了加工精度和表面質(zhì)量,也影響了薄壁微構(gòu)件的力學(xué)性能。因此,本文首先提出了基于Canny算子變閾值改進(jìn)算法的毛刺特征提取方法,用于解決切出位置毛刺特征提取不連續(xù)的問(wèn)題,再通過(guò)均值分析等方法研究了切削參數(shù)及其交互作用對(duì)切出位置毛刺特征的影響程度�；谀芰渴睾阍�,并結(jié)合刀具跳動(dòng)對(duì)微銑削力影響較大的結(jié)論,建立了考慮刀具跳動(dòng)的切出位置毛刺特征模型,并通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)對(duì)切出位置毛刺特征模型進(jìn)行了評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)證明,所建立的切出位置毛刺特征模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好,為切出位置毛刺的抑制方法的研究提供重要依據(jù)。基于切出位置毛刺的生成機(jī)理,首先分析了采用輔助結(jié)構(gòu)條件下的切出側(cè)邊毛刺高度的變化規(guī)律。針對(duì)目前采用的薄壁微構(gòu)件裝夾方式,對(duì)其弱剛度結(jié)構(gòu)處在加工過(guò)程中可能產(chǎn)生的變形進(jìn)行了分析�；谏鲜龇治�,本文提出了一種改善微銑削加工質(zhì)量,且對(duì)薄壁微構(gòu)件無(wú)污染的輔助方法,用于提高表面質(zhì)量、尺寸精度和抑制切出位置的毛刺生成。為進(jìn)一步改善微銑削加工表面質(zhì)量,本文以最小量冷卻潤(rùn)滑(MQCL)為輔助方法展開研究。研究中分別選用了Isopar H、乙醇和蒸餾水作為切削液,并同時(shí)選擇了干切作為參照。通過(guò)對(duì)比分析不同切削液條件下的表面質(zhì)量、面形精度、刀具磨損以及力學(xué)性能,研究了切削液的物理屬性對(duì)上述各指標(biāo)的影響。該部分研究?jī)?nèi)容為改善薄壁微構(gòu)件的表面質(zhì)量和力學(xué)性能提供參考。除了改善薄壁微構(gòu)件的表面質(zhì)量與力學(xué)性能外,工程應(yīng)用上對(duì)薄壁微構(gòu)件力學(xué)性能指標(biāo)的獲取問(wèn)題也十分關(guān)注。目前,薄壁微構(gòu)件的力學(xué)性能指標(biāo)是通過(guò)破壞性的拉伸實(shí)驗(yàn)獲取的,但受測(cè)的試件不能繼續(xù)使用�？紤]到薄壁微構(gòu)件的薄壁特征,其表面特征對(duì)其力學(xué)性能有顯著影響,因此本文提出了一種無(wú)損的、基于表面特征降維分析的力學(xué)性能組合預(yù)測(cè)方法。為保證表面特征信息盡量完整,本文先對(duì)已加工表面的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了表征,并通過(guò)相關(guān)性分析對(duì)其有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。然后從已加工表面中提取出表面質(zhì)量、表面結(jié)構(gòu)和表面各向異性等特征,通過(guò)相關(guān)性分析研究了加工參數(shù)對(duì)微銑削表面特征的影響。由提取的已加工表面信息構(gòu)成的解釋變量空間維度較高,因此本文采用主成分分析(PCA)降維分析將解釋變量空間降至二維,并對(duì)比分析了多項(xiàng)式回歸和支持向量機(jī)回歸(SVR)方法在預(yù)測(cè)薄壁微構(gòu)件力學(xué)性能上的有效性。通過(guò)殘差分析可知,該方法能夠很好地預(yù)測(cè)薄壁微構(gòu)件的力學(xué)性能,實(shí)現(xiàn)了無(wú)損獲取薄壁微構(gòu)件力學(xué)性能。
【圖文】：

圖 1-1 薄壁微構(gòu)件關(guān)鍵結(jié)構(gòu)與尺寸特征 Key structure and size traits of thin-walled com模的研究現(xiàn)狀，刀具與工件的作用力能夠很好地反映們一直重點(diǎn)關(guān)注的研究?jī)?nèi)容。為探究微銑學(xué)者們對(duì)微銑削力進(jìn)行了建模研究。目前法、仿真法和機(jī)械建模法[7,8]。模的經(jīng)驗(yàn)方法建立切削力與主要影響因素之間的關(guān)系量的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行回歸分析，采用插值方法變化規(guī)律，如：基于正交切削實(shí)驗(yàn)，通過(guò)銑削力單峰值[9]；采用遺傳算法并通過(guò)刀方法的實(shí)驗(yàn)成本較高，許多學(xué)者采用切M 仿真切削 AISI-4340，建立了基于瞬時(shí)

a) 泊松毛刺 b) 撕裂毛刺 c) 翻轉(zhuǎn)毛刺圖 1-2 基于形成機(jī)制劃分的毛刺類別[45]Fig.1-2 Burr classification based on formation mechanism.3.1.2 基于生成位置劃分的毛刺種類如圖 1-3 所示，在銑削微槽過(guò)程中生成的毛刺，依據(jù)其生成位置可被劃分[46]：切入側(cè)邊毛刺、切入底邊毛刺、槽頂毛刺、切出側(cè)邊毛刺以及切出底邊刺。依據(jù)銑刀的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與銑刀和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，銑削加工的微槽表被分為逆銑側(cè)和順銑側(cè)。以圖 1-3 a)中的刀具進(jìn)給方向?yàn)閰⒖迹Y(jié)合毛刺的成機(jī)理可知：在逆銑側(cè)，切入側(cè)毛刺和切入底邊毛刺屬于泊松毛刺，而槽頂刺、切出底邊毛刺和切出側(cè)邊毛刺屬于翻轉(zhuǎn)毛刺；在順銑側(cè)，切出底邊毛刺切出側(cè)邊毛刺屬于泊松毛刺，而槽頂毛刺、切入側(cè)毛刺以及切入底邊毛刺屬翻轉(zhuǎn)毛刺。當(dāng)銑削可近似為正交切削且刀刃特征尺寸大于與工件接觸的表面，工件材料會(huì)向切削方向兩側(cè)流動(dòng)從而形成側(cè)向毛刺[47]，，如圖 1-3 b)所示。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG54

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 姚榮慶;;薄壁零件的加工方法[J];機(jī)床與液壓;2007年08期

2 王波;梁迎春;孫雅洲;譚亞明;;帶三維結(jié)構(gòu)的慣性MEMS器件的微細(xì)銑削加工[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2006年05期

3 程衛(wèi)民 ,陳嶺麗,潘薇燕;工件表面質(zhì)量的檢測(cè)[J];測(cè)控技術(shù);2004年05期

4 ;FORMING PRINCIPLE OF TWO SIDE-DIRECTION BURR AND IT'S PREDICTION IN METAL CUTTING[J];Chinese Journal of Mechanical Engineering(English Edition);2001年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 李科選;微銑削加工銑削力建模及刀具磨損規(guī)律研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

2 張濤;微切削加工單位切削力及表面加工質(zhì)量的尺寸效應(yīng)研究[D];山東大學(xué);2013年

3 張金峰;微尺度銑削加工機(jī)理與若干工藝技術(shù)問(wèn)題研究[D];東北大學(xué);2013年

4 史振宇;基于最小切除厚度的微切削加工機(jī)理研究[D];山東大學(xué);2011年

5 吳繼華;基于應(yīng)變梯度塑性理論的正交微切削變形研究[D];山東大學(xué);2009年

6 李紅濤;介觀尺度材料力學(xué)性能建模及微銑削工藝優(yōu)化研究[D];上海交通大學(xué);2008年

7 李成鋒;介觀尺度銑削力與表面形貌建模及工藝優(yōu)化研究[D];上海交通大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 李光俊;鎳基高溫合金微細(xì)銑削過(guò)程切削力建模研究[D];大連理工大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2681603