硬質合金具有強度高、耐磨性好等諸多優(yōu)良的物理力學性能,成為航空航天、國防軍工、儀器儀表等領域中不可或缺的結構材料。但因其脆性高、斷裂韌性低等導致切削過程中切削力大、切削溫度高、易在已加工表面形成殘余拉應力,這已成為嚴重制約其高效精密切削技術發(fā)展的關鍵問題。本文以硬質合金的二維超聲車削過程為研究對象,對二維超聲車削過程的切削刃運動特性、切削力特性、切削溫度特性及工件的表面粗糙度和表面殘余應力特性展開研究:1、研究了二維超聲車削加工原理,建立了切削刃的運動軌跡模型,建立了硬質合金二維超聲車削條件下的切削力、切削熱模型;根據(jù)加工殘余應力的形成機理,通過應力加載和釋放,建立了二維超聲車削殘余應力解析模型。2、基于熱力耦合作用,建立了硬質合金二維超聲車削有限元模型,采用有限元軟件Abaqus,對切削力、切削溫度和加工表面殘余應力進行了仿真及分析;仿真分析了超聲切削中刀具幾何參數(shù)以及超聲表征參數(shù)對切削力、切削溫度以及加工殘余應力的影響規(guī)律,結果表明超聲車削能夠有效提高工件表面的殘余壓應力和工件內部最大的殘余壓應力,同時在一定程度上增大了壓應力層的深度。3、基于聲學理論研制了二維超聲振動系統(tǒng),搭建了... 

【文章來源】：河南理工大學河南省

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【學位級別】：博士

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非球面光學零件Fig1-1.Asphericalopticalparts

2圖1-1非球面光學零件圖1-2光學零件的模壓成型Fig1-1.AsphericalopticalpartsFig1-2.Modellingofopticalparts超精密加工技術是加工高精度非球面光學零件成型模具的必由之路，因此是國際尖端技術領域研究的重要內容[2-4]。特別是超硬材料非球面超光滑表面的超精密車削技術，由于精度要求極高及加工中涉及多領域尖端技術，目前在國內很少被應用于工業(yè)領域。除美國、德國、日本等少數(shù)國家外，實現(xiàn)高精度非球曲面的加工技術，主要還是采用超精密切削、磨削、研磨、拋光等技術。國內外相關研究機構對精密超精密磨削切削的研究均較為深入，但在高硬脆性非球面光學透鏡模具的超精密加工領域還有待研究：（1）硬質合金模具的超精密制造方法多為磨削拋光或者電解加工，如日本理化學研究所[5-6]、湖南大學微納制造研究所[7-8]和哈爾濱工業(yè)大學精密工程所[9-10]等均成功研制了超硬合金光學模具，但由于工藝復雜導致了高制造成本；（2）新加坡、日本等少數(shù)研究院所對金屬材料的非球曲面的車削進行了研究，但針對硬脆材料尤其是目前普遍作為透鏡模具材料的硬質合金的研究極少；（3）目前常常使用單晶金剛石刀具使用對硬質合金進行車削加工，普通切削方法都屬于連續(xù)加工范疇，刀具的弱紅硬性嚴重影響刀具使用壽命，進而在工件表面出現(xiàn)脆性裂紋，難以取得預期質量；（4）相較于傳統(tǒng)切削方式，一維超聲輔助切削在難加工材料的精密加工方面有其優(yōu)勢，然而針對高精度的光學玻璃模具制造，其加工質量和精度難以保證；（5）硬質合金的二維超聲(橢圓超聲)輔助切削在新加坡國立大學已經(jīng)開展相關研究[11]，然而沒有從機理上給出超聲激勵對材料本構特征和材料去除機理的影響。1.3硬質合金及其切削加工特性硬質合金是由元素周期表中難熔的金屬過渡元素?

?穸?ㄖ?庸そ?歡ㄆ德實惱穸?郊釉詰毒呋?工件上，選擇合適的參數(shù)，加工過程中刀具和工件的狀態(tài)能實現(xiàn)周期性分離切割，當超聲輔助加工被應用于硬質合金等硬脆性材料切削時，能夠有效降低切削力和切削溫度，提高刀具使用壽命，減少表面殘余應力，改善工件表面質量。（4）激光超聲振動輔助加工：將超聲振動和激光加工同時應用到切削加工過程被稱為激光超聲復合切削加工方式，近年來激光超聲振動輔助加工方式在超精密加工領域占據(jù)較為重要地位，國內外學者通過大量研究得出了激光與超聲復合加工技術能提高加工精度的結論。圖1-3水下激光與超聲復合加工(a)單獨激光燒蝕(b)無超聲振動時(c)有超聲振動時

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[3]縱—扭復合振動超聲深滾加工聲學系統(tǒng)研究[D]. 韓杰.河南理工大學 2012
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[5]超聲輔助硬態(tài)車削GCr15軸承鋼物理機械性能的試驗研究[D]. 劉向.河南理工大學 2011
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本文編號：3264074