| 课程设计 轴向振动钻削微观机理 共83页，43604字。 摘 要 在切削加工中，孔加工约占加工总量的三分之一，其加工效益对国民经济有着较重要的影响。科学技术的发展，特别是难加工材料的出现使普通钻削面临挑战，振动钻削是顺应科学发技术的发展而产生的一种新型的钻削加工技术，它能获得普通钻削无法比拟的钻削效果，是目前钻削领域的一个重要发展方向。 本文从麻花钻振动钻削的刀刃运动轨迹入手，对振动钻削过程的断屑理论和钻头动态角度进行了研究，并在理论分析的基础上结合实验研究，提出振动参数和切削参数的匹配原则；在位错理论和应力波理论的基础上，分析应力波、位错、裂纹三者之间反复作用而使被切削区域工件材料的内部发生塑性变形、裂纹产生并扩展等现象，特别对刀刃附近裂纹和应力波的相互作用进行了研究，分别推出P波、SV波和SH波入射时的动态强度因子，并得出其动态强度因子较静态条件下大30%左右的结论，从工件材料微观结构变化的角度分析振动钻削成屑过程；基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件对动态作用下裂纹尖端的应力分布进行了模拟，并进一步对振动钻削过程中工件材料的应力应变过程进行仿真，简化钻削模型为切削模型后对其成屑过程和刀尖材料的应力应变做了补充仿真研究。 进行断屑试验和钻削效果试验研究，并对试验结果作了分析；利用金相显微镜和SEM扫描电镜对振动钻削切削根部微观形貌进行了观察分析，图片可以明显观察到刀具对工件材料冲击作用所产生的变形效果及第二变形区位错滑移带运动走向；利用SEM扫描电镜对振动钻削和普通钻削的切屑断面进行对比观察，发现振动钻削断面变形程度较小，趋向于脆性断裂，而普通钻削断口撕裂程度较大，表现为韧性断裂,体现钻削过程中应力波的特殊作用效果。 关键词：振动钻削，位错，应力波，钻削仿真 目 录 第一章 绪 论 3 1.1 前言 3 1.2 振动钻削分类 3 1.3振动钻削发展现状 4 1.3.1 振动钻削理论研究现状 4 1.3.2 振动钻削实验装置研究状况 6 1.3.3 实验仿真和参数优化方法概述 8 1.4 振动钻削的发展趋势 9 1.5 论文研究的来源、主要研究内容及方法 9 1.5.1 课题来源 9 1.5.2 课题目的、意义 10 1.5.3 研究主要内容及方法 10 第二章 麻花钻轴向振动钻削刀刃运动学研究 11 2.1轴向切削运动轨迹分析 11 2.1.1不分离型振动钻削 13 2.1.2分离型振动钻削 14 2.1.3 理论切屑长度 16 2.2刀具动态角度分析 17 2.2.1 动态角度的变化量 17 2.2.2 实际工作角度控制 19 2.3 本章小结 20 第三章 应力波影响下的振动钻削微观机理研究 22 3.1 应力波理论的提出 22 3.2 塑性变形和裂纹产生的位错机理研究 24 3.2.1 位错理论的引入 24 .2.2剪切滑移的位错机理分析 25 3.2.3 裂纹形成的位错机理分析 27 3.3应力波传播对位错分布和裂纹扩展的影响研究 28 3.3.1 应力波衰减对位错分布的影响研究 29 3.3.2 应力波的反射对位错产生和裂纹扩展的影响研究 29 3.3.3 应力波的叠加对位错分布与裂纹扩展的影响研究 30 .3.4应力波与裂纹的相互作用及其对裂纹扩展的影响研究 32 3.4 振动钻削成屑的微观机理研究 39 3.5 本章小结 41 第四章 振动钻削ANSYS/LS-DYNA仿真 42 4.1 LS-DYNA简介 42 4.1.1 显示中心差分法 42 4.1.2 守恒定理 43 4.1.3空间有限元离散化 44 4.2冲击载荷下裂纹尖端应力状态模拟 45 4.2.1 裂纹模型建立与网格划分 45 4.2.2 加载与求解 46 4.2.3 模拟结果分析 47 4.3 振动钻削仿真要点处理 48 4.3.1 材料模型 48 4.3.2接触与摩擦的处理 49 4.3.3 材料单元分离准则 50 4.4 振动钻削有限元仿真及分析 51 4.4.1 三维实体建模与网格划分 51 4.4.2 定义载荷及边界条件 52 4.4.3 求解控制 53 4.4.4 振动钻削仿真结果及分析 53 4.5 本章小结 57 第五章 低频振动钻削试验研究 58 5.1振动钻削断屑试验研究 59 5.1.1 完全几何断屑试验及分析 59 5.1.2 不完全断屑实验及分析 60 5.2振动钻削切屑根部微观组织观察实验研究 61 5.2.2 振动钻削切削根的观察研究 62 5.2.3 振动钻削切屑断面微观机理观察实验研究 64 5.3振动钻削工艺效果实验研究 67 5.3.1孔扩量实验及分析 67 5.3.2刀具磨损试验及分析 69 5.4 低频轴向振动钻削参数的综合匹配研究 70 第六章 结 论 72 参考文献 74 攻读硕士学位期间发表的论文 78 致 谢 80 |
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