微切削加工是一個改變材料表面與近表面特性的過程,其關(guān)注的焦點并不在于整體材料特性,而在于微觀摩擦接觸特性與近表面材料響應(yīng)特性。由于微切削尺度較小,該狀態(tài)下的切削刃刀尖圓角半徑、刀-工-屑實際表面特性對微切削過程都有很大的影響,已加工表面質(zhì)量和刀具的使用壽命與此也密切相關(guān)。本文在考慮刀-工粗糙界面、刀-屑粗糙接觸面以及微凸體間相互作用、刀尖圓角半徑、材料彈塑性變形理論、熱力耦合問題等基礎(chǔ)上,建立了基于粗糙界面的微切削航空鋁合金的二維模型,從微觀熱動力學(xué)角度和能量角度,分析了粗糙接觸界面對切削過程中的刀尖應(yīng)力集中點、切屑斷裂位置、切屑形態(tài)以及能量耗散等問題的影響。結(jié)果表明:在分別考慮粗糙和理想光滑兩種不同接觸界面下的微切削中,刀尖圓弧部分都存在應(yīng)力集中點,但粗糙界面下的接觸微凸體應(yīng)力更高,存在更大的應(yīng)力集中,這極易造成刀尖部位發(fā)生疲勞破壞及其磨損。對比兩種不同接觸界面下的切屑形態(tài),發(fā)現(xiàn)粗糙界面下得到的結(jié)果與文獻(xiàn)實驗結(jié)果更相符。切屑層粗糙表面的谷底位置在切削中會形成應(yīng)力集中,切屑發(fā)生斷裂的位置主要為這些應(yīng)力集中點。微切削過程中粗糙界面下的等效塑性應(yīng)變、切削力、切屑底層溫度、能量耗散等都與理想界面存在較為明顯的差異。可見,微切削中,由于尺度和加工精度的原因,應(yīng)考慮刀具和工件的粗糙表面特性。粗糙接觸界面影響下,隨著切削速度的增大,切屑形態(tài)會由碎屑向連續(xù)切屑過渡,前刀面的溫度、切屑底層溫度和能量耗散的增長速率也會隨之增大;不同刀具前角對切屑的擠壓狀態(tài)不同,使得產(chǎn)生的切屑會由擠壓狀的碎屑向連續(xù)且具有彎曲半徑的切屑過渡,刀具最高溫度和表面節(jié)點位移會隨著前角的增大而出現(xiàn)波動。已加工表面的殘余應(yīng)力由于刀尖圓弧的擠壓,在不同切削參數(shù)下,主要呈現(xiàn)壓應(yīng)力的形式。研究結(jié)果對提高刀具壽命,優(yōu)化刀具設(shè)計,探討微觀下刀-屑實際粗糙界面間的摩擦接觸特性,為揭示微觀切削熱動力學(xué)機制和微切削本質(zhì)奠定了一定的理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG506
【部分圖文】：

而且較小的切削厚度下，增加的刀屑接觸長度會產(chǎn)生更大的能量耗散。??吳繼華（２００９）?［２５］在基于應(yīng)變梯度理論的基礎(chǔ)上對微切削過程形成切屑進(jìn)行??了研宄，并得出了如圖１－２所示的不均勻且不規(guī)則的滑移片狀的堆疊結(jié)構(gòu)切屑，??而且在切屑層底部會因為切削區(qū)熱塑失穩(wěn)造成金屬流變，形成了一層帶狀滯流??層，并隨著切削速度的增大，滯流層厚度也會隨之增大，且指出了產(chǎn)生該現(xiàn)象的??原因是刀具犁切作用加大了對工件的應(yīng)力，使之收到更大的拉伸變形，而減少了??剪切滑移比例。??＇ｒ：?一?；?ｉｂ＾＾ｈｉｐ??圖１－２微切肩側(cè)面ＳＥＭ照片１２５１??綜上所述，微切削的過程中，由于其尺度原因，刀尖刃口半徑在切削過程的??作用較宏觀切削要明顯增強，與切削厚度也存在尺寸效應(yīng)，這就決定了是否有切??屑產(chǎn)生，以及其形狀和流動方向，因此在微切削中要考慮刃口半徑。微切削中的??切屑的產(chǎn)生會存在一定的擠壓剪切過程，在切削厚度與刃口半徑在一個量級時，??切屑的形態(tài)主要為堆積的形態(tài)

?福州大學(xué)工程碩士學(xué)位論文???２．?４微切削過程切削力模型??在對微切削研究中，切削力能準(zhǔn)確的反映出材料去除過程和已加工表面形成??過程，是對切削過程動態(tài)監(jiān)測的重要因素。微切削中的切削力不同于宏觀切削，??其主要由彈性回復(fù)區(qū)、刃口熨壓區(qū)、剪切變形區(qū)和前刀面摩擦區(qū)切削力四部分組??成［２］。??２．４．?１彈性回復(fù)區(qū)切削力??由于微切削中刀具圓弧半徑的影響，己加工表面層的材料在刀尖極大的壓力??下，其附近的工件材料會沿著圓弧及后刀面流出，由于刀具的擠壓作用，流過后??刀面的材料會存在一定的彈性回復(fù)。其示意圖如下：??ｘ??

刀面彈性回復(fù)區(qū)內(nèi)對＾，和＾＾進(jìn)行積分，可以得出彈性回復(fù)區(qū)的向的切削力為：??Ｆｘ＇?＝?ｆ—�！茫埃樱�；（）?－ｓｉｎａ０）ｄｌ?＝］－ａｗ（ｊＳ２（＾ｃｏｔａ０?－１）??．?ｔ?（２Ｆｖｉ?＝?＇Ｓ１ＤＱ〇?ａ－?ｓｍ?ａ〇?（ｃ〇ｓ？０?＋?／／?ｓｉｎ?ａ０?）ｄ／?＝?－ａｗａＳ２?（ｃｏｔ？０?＋１）??０?ｄ２?２??２刀尖刃口熨壓區(qū)切削力??圖２－２所示為刀尖刃口區(qū)的切削力示意圖，可以看出，作用在工件分ｃ／Ｆ？２以及摩擦力微分的表達(dá)式為：??（ｄｆｎ２＝ａｗ．ａ．ｒｎｄｅ?（２［ｄＦ，２?＝?ｆＡＦｎ２?＝?＾ｉａｗ－ａ－?ｒｎｄｄ??——切削寬度。??ｘ??
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本文編號：2891878