考虑塑性侧流的切削加工表面粗糙度理论与实验研究

作     者：刘枭 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邓文君;周玉山

授予年度：2022年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：表面成形 塑性侧流 理论预测模型 进给划痕 

摘      要：表面粗糙度作为评价表面质量的一项重要指标,关系到零部件之间的配合性、耐磨损性、耐腐蚀性、润滑摩擦等性能。切削表面成形机理主要由运动学、弹性回复、塑性侧流等决定,其中塑性侧流在精密、超精密切削中会显著影响表面成形,其主要与切削参数、刀具几何参数、工件材料等有关。然而,目前对塑性侧流已有的研究主要是基于实验数据并结合优化算法获得的解析公式,缺乏对塑性侧流成形过程的深入研究。因此,深入分析塑性侧流的成形过程,建立精确塑性侧流的理论模型和表面粗糙度模型,对提高生产加工质量和效率有着重要指导意义。本文基于金属切削原理,首先理论分析了切削层塑性侧流的成形过程和成形机理,建立了塑性侧流理论模型;其次,基于塑性侧流理论,综合考虑运动学、弹性回复和塑性侧流,建立了精密车削成形表面粗糙度的理论预测模型,预测了不同切削参数下的切削表面形貌和表面粗糙度。然后,设计精密车削实验并验证了理论预测模型具有准确性。最后,基于理论预测模型分析了不同切削参数下塑性侧流与切削表面成形过程。结果表明:(1)本文建立的塑性侧流模型与实验结果的塑性侧流变化规律一致。切削速度增大、刀尖圆弧半径减小,进给划痕棱脊线发生“卷曲向弯曲形态转变,塑性侧流减小;进给量减小,棱脊线先呈“直立、隆起形态,随后发生“弯曲向卷曲形态转变,塑性侧流增大。(2)精密车削实验结果表明,理论预测模型与实验结果具有非常好的吻合性。不同加工参数下,表面粗糙度理论预测值与实验值最大误差小于6.2%,理论模型预测精度较高,具有良好的指导意义。(3)理论预测模型可知,不同进给下各因素对切削层表面成形影响程度不同。计算可知,临界进给量约为0.055 mm/r,小于临界值,表面成形以塑性侧流为主要因素;大于临界值,表面成形以运动学因素为主要因素。分析可知,优选临界进给量值、高切削速度、小刀尖圆弧半径,可获得表面粗糙度小和形貌光整的切削表面。