无氧铜微细切削加工的仿真分析与试验研究

【摘要】微细切削是用于材料或制品微纳结构制造的一种重要加工手段。由于微细切削所采用的加工特征参数为微米级，因此，采用这种加工方法能实现较高的加工精度、较好的表面质量以及较小的表面损伤。但是，由于特征参数很小，微细切削过程中尺度效应的影响不可忽略，切屑的形成机理与传统切削存在本质区别。传统切削中，由于切削深度较大，刀具尖端刃口半径相对切削深度很小，因此，刀具一般被假设为绝对锋利，忽略刀具尖端对切削过程影响。而在微细切削中，切削深度往往只有几微米,这种情况下，需要考虑刀具刃口半径的影响。为了更好的利用微细切削技术，需要开展微细切削机理研究。本文归纳总结了现有微细切削机理的研究成果，介绍了目前微细切削仿真和实验研究的主流方法，讨论了这些方法的优缺点。在此基础上，本文利用一种新的仿真分析方法研究了微细切削加工机理。利用该方法结合无氧铜作为工件材料分析了微细切削切屑形成机理，对最小切削深度就行了分析和研究，之后，对切削力的影响因素进行了讨论，并进一步讨论了残余应力在已加工表面的分布规律，利用二次切削的方法研究了残余应力对最小切削深度和切削力的影响。在仿真分析的基础上，本文设计了用于验证仿真分析结果的微细切削测试系统的总体方案，利用三维建模软件Catia建立了整机的三维模型，利用有限元软件Ansys对各单元和整机进行了静力学分析及模态分析。在此基础上，研制了微细切削测试平台，对所设计的二维力传感器进行了标定和分析，之后又对精密控制单元的输出特性进行了实验研究。最后，利用所研制的微细切削测试平台开展了相关微细切削试验研究以验证仿真分析结论。本文通过仿真分析方法对无氧铜微细切削加工的机理进行了解释，并通过实验方法对仿真结果进行了验证。仿真结果表明，无氧铜微细切削最小切削深度约为刀具刃口半径的0.15倍，实验测得无氧铜微细切削最小切削深度约为刀具刃口半径的0.172倍。仿真结果与实验结果存在一定误差，产生误差的可能原因是仿真设定的摩擦系数与实际实验过程中刀具和工件之间的摩擦系数有差别。
【作者】刘闯；
【导师】赵宏伟；
【作者基本信息】吉林大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】微细切削；最小切削深度；无氧铜；残余应力；二次切削；

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