塑性材料超聲振動(dòng)精密切削技術(shù)的研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在機(jī)械工程、微電子工程等領(lǐng)域，對(duì)工件的加工精度和表面質(zhì)量的要求越來越高，特別是在國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域，精密和超精密加工技術(shù)起著至關(guān)重要的作用，這直接關(guān)系著產(chǎn)品的精度，而產(chǎn)品的精度又影響產(chǎn)品的性能。利用高精密機(jī)床，加工出高精度零件是實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件精密加工的主要途徑，然而通過該途徑實(shí)現(xiàn)高精度加工耗資巨大，為生產(chǎn)出精密與超精密加工機(jī)床需要解決許多技術(shù)難題，嚴(yán)重限制了他們的使用。利用現(xiàn)有條件，采用新型的復(fù)合加工方法，提高精密機(jī)床的

2、加工精度，對(duì)提高我國(guó)尖端武器性能、打破國(guó)外的技術(shù)封鎖、縮短我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家在精密工程領(lǐng)域的差距、促進(jìn)國(guó)防事業(yè)的發(fā)展具有重要意義。本著少花錢多辦事的原則，進(jìn)行特種加工方法的研究，對(duì)于解決我國(guó)長(zhǎng)期以來超精密設(shè)備需要進(jìn)口的問題，也具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的應(yīng)用前景。
　　超聲波振動(dòng)切削是一種新型的特種切削加工方法，是一種復(fù)合工藝，超聲波振動(dòng)在一定條件下能夠有效地解決精密切削加工的問題，但是目前對(duì)其機(jī)理的研究大都根據(jù)各自的試驗(yàn)表象以及所得到

3、的工藝效果分析而得。本文通過建立刀尖對(duì)應(yīng)工件處的內(nèi)嵌彈性區(qū)力學(xué)模型，利用斷裂動(dòng)力學(xué)原理進(jìn)行切削區(qū)的力學(xué)分析，通過求解給定的初始條件、邊界條件下的波動(dòng)方程，給出裂尖區(qū)的動(dòng)態(tài)斷裂應(yīng)力強(qiáng)度因子，得出工件在振動(dòng)切削時(shí)由于加入了超聲振動(dòng)而引起的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，提供了工件發(fā)生超前應(yīng)力斷裂的條件，從而引起了切削力的下降。
　　與此同時(shí)，提出了超聲波振動(dòng)切削的彈塑性有限元模型，并綜合考慮材料的硬化和應(yīng)變率相關(guān)性的基礎(chǔ)上，以切削塑性材料為例，分析了超聲波

4、振動(dòng)車削中工件與刀具之間的相互作用，利用有限元仿真方法對(duì)超聲振動(dòng)切削中，對(duì)切削區(qū)的應(yīng)力變化進(jìn)行仿真，給出了刀尖前對(duì)應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)力變化情況，與前面的理論計(jì)算進(jìn)行對(duì)比分析。最后進(jìn)行了SHPB動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)的驗(yàn)證，得到了令人滿意的結(jié)果，也在一定程度上驗(yàn)證前面的理論分析的正確性。
　　通過分析振動(dòng)切削中刀具與工件的運(yùn)動(dòng)，建立精密振動(dòng)切削塑性材料的平均切削力的關(guān)于振動(dòng)參數(shù)的計(jì)算模型，并利用Matlab數(shù)值仿真軟件給出振動(dòng)切削中振動(dòng)參數(shù)對(duì)平均切削力

5、的影響規(guī)律。為振動(dòng)切削加工中，超聲波振動(dòng)參數(shù)的選擇提供了理論依據(jù)。
　　將帶有超聲振動(dòng)的切削刀具與切屑的作用面抽象成為一對(duì)帶有外加超聲振動(dòng)的摩擦幅，對(duì)摩擦副表面形貌以及實(shí)際接觸情況的進(jìn)行分析，從粗糙峰粘附、粗糙峰犁溝、磨損殘留微粒的犁溝等作用的角度入手，對(duì)摩擦副間的摩擦力加以分析，從能量的觀點(diǎn)出發(fā)給出超聲振動(dòng)存在的條件下摩擦系數(shù)與表面粗糙度關(guān)系的計(jì)算模型。在自行研制的動(dòng)摩擦系數(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了平面摩擦副的摩擦系數(shù)的測(cè)定。