基于斷裂力學(xué)的金屬切削毛刺的形成機(jī)制及控制方法.pdf

1、毛刺是金屬切削加工中產(chǎn)生的常見現(xiàn)象，它的形成與變化直接影響工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，已成為影響和制約精密與超精密加工、自動化加工技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一，本研究基于切削運動—刀具切削刃毛刺分類體系，利用斷裂力學(xué)理論建立了毛刺的數(shù)學(xué)—力學(xué)模型，揭示了金屬切削毛刺形成與變化的基本規(guī)律。本文主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新成果有:
　　 1.基于材料斷裂準(zhǔn)則和塑性力學(xué)理論，利用Deform軟件建立了切削方向虧缺形成的有限元模型，模擬了切削方向虧缺的形

2、成過程及其變化，對切削方向虧缺形成進(jìn)行了深入分析，系統(tǒng)揭示出切削方向虧缺形成與變化的基本規(guī)律，探討了刀尖附近的工件材料產(chǎn)生的裂紋以及裂紋擴(kuò)展方向與虧缺形成的關(guān)系，為建立毛刺形成的力學(xué)模型提供了科學(xué)的理論基礎(chǔ)與依據(jù)。
　　 2.基于切削運動—刀具切削刃毛刺分類體系，分別對切削方向毛刺、進(jìn)給方向毛刺和兩側(cè)方向毛刺建立了數(shù)學(xué)—力學(xué)模型:
　　 (1)建立出切削方向毛刺形成的切削力學(xué)模型，分析了切削力F對毛刺/虧缺形成尺寸的影響

3、關(guān)系，實現(xiàn)了工件在不同端面角的情況下切削方向毛刺形成的預(yù)測預(yù)報;
　　 (2)建立出進(jìn)給方向毛刺形成的切削力模型，分析了切削力F、刀具主偏角Kr、以及端面角Ψ等主要參數(shù)對進(jìn)給方向毛刺形成尺寸的影響，初步實現(xiàn)了進(jìn)給方向毛刺根部厚度的預(yù)報;
　　 (3)采用單位切削厚度的毛刺高度（H/ac）表示兩側(cè)方向毛刺的毛刺形態(tài)的方法，建立出兩側(cè)方向的毛刺尺寸及形態(tài)的轉(zhuǎn)換的力學(xué)模型，分析了工件材料、切削用量、刀具參數(shù)以及加工方法等因素對

4、其形成的影響。
　　 切削毛刺形成的數(shù)學(xué)—力學(xué)的模型建立為切削加工中調(diào)整、優(yōu)化選擇切削參數(shù)、刀具幾何參數(shù)和加工方式，從而實現(xiàn)主動控制、減少毛刺的形成提供了技術(shù)支持。
　　 3.基于車削、鉆削和銑削的實際加工，揭示不同類型的加工中所產(chǎn)生毛刺的形態(tài)，并且結(jié)合實驗，提出了若干控制金屬切削毛刺的方法，為實現(xiàn)主動控制金屬切削毛刺開辟了途徑。
　　 本研究工作是國家自然科學(xué)基金資助項目(51075192)的主要組成部分之一。