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作者：王强哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

高进给铣刀是一种典型的高效铣削刀具,其断续切削加工过程中,刀齿后刀面磨损对铣刀使用寿命和加工表面质量具有重要影响。正确表征高进给铣刀刀齿后刀面摩擦副的演变特性及其控制磨损差异性,对揭示铣刀刀齿后刀面摩擦磨损过程,精确评估... 详细信息

高进给铣刀是一种典型的高效铣削刀具,其断续切削加工过程中,刀齿后刀面磨损对铣刀使用寿命和加工表面质量具有重要影响。正确表征高进给铣刀刀齿后刀面摩擦副的演变特性及其控制磨损差异性,对揭示铣刀刀齿后刀面摩擦磨损过程,精确评估铣刀使用寿命,提高铣刀的切削效率,降低高效铣削工艺成本具有重要理论意义和工程价值。本文在国家自然科学基金项目“高能效铣刀非线性摩擦动力学磨损多尺度耦合作用机理（51875145）”的支持下,研究铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界形成过程,建立振动作用下高进给铣刀刀齿后刀面摩擦副模型,揭示铣刀刀齿后刀面瞬时和累积摩擦磨损边界演变特性,提出一种高进给铣刀刀齿后刀面磨损差异性控制方法。为揭示振动条件下铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界分布特性,本章采用多把具有相同结构的高进给铣刀,分别进行不同切削行程的铣削实验;利用刀齿后刀面摩擦磨损结果,构建刀齿后刀面摩擦磨损边界分布函数,揭示铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界变化特性;利用刀齿误差分布、铣削振动与刀齿后刀面摩擦磨损边界变化的关联度,分析刀齿误差、铣削振动对刀齿后刀面摩擦磨损边界变化的影响特性。提出振动作用下铣刀及刀齿切削运动轨迹和姿态的解算方法,构建振动作用下刀齿后刀面摩擦副模型;提出刀齿后刀面瞬时摩擦磨损边界判据,采用刀齿后刀面摩擦磨损边界检测方法,获取刀齿后刀面摩擦磨损边界仿真曲线的分布函数,揭示振动作用下铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界的演变特性;对比分析刀齿后刀面摩擦磨损边界实验与仿真的曲线方程系数相近性,验证上述模型和方法的正确性。提出刀齿后刀面摩擦磨损边界影响因素分析方案,揭示刀齿误差、铣削振动对刀齿后刀面瞬时和累积摩擦磨损边界影响特性;采用单因素分析方法,阐述切削参数对刀齿后刀面瞬时和累积摩擦磨损边界影响特性;依据变切削参数的高进给铣刀摩擦磨损实验,验证上述分析方法的正确性,为高进给铣刀刀齿后刀面磨损差异性控制提供依据。依据刀齿后刀面摩擦磨损边界影响特性分析方法,以铣刀各刀齿后刀面摩擦磨损上、下边界的分布函数为设计目标,识别铣刀刀齿后刀面磨损差异性控制变量,提出高进给铣刀刀齿后刀面磨损差异性控制方法,依据该方法对切削工艺方案进行优化,使得铣刀刀齿后刀面磨损差异性得到了有效的控制。

关键词：高进给铣刀刀齿后刀面摩擦副磨损边界

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高进给铣刀刀齿后刀面磨损差异性研究

高进给铣刀刀齿后刀面磨损差异性研究

作者：左林晗哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

高进给铣刀是铣削大型钛合金结构件的典型刀具,在航空航天产品重要零件的高效加工中广泛应用。在高进给铣刀切削此类零件过程中,铣刀断续切削产生的冲击、振动引起刀齿瞬时切削位置和姿态的改变,导致铣刀各个刀齿切削刃和后刀面的磨损... 详细信息

高进给铣刀是铣削大型钛合金结构件的典型刀具,在航空航天产品重要零件的高效加工中广泛应用。在高进给铣刀切削此类零件过程中,铣刀断续切削产生的冲击、振动引起刀齿瞬时切削位置和姿态的改变,导致铣刀各个刀齿切削刃和后刀面的磨损状态存在明显差异,直接影响铣刀的使用寿命,已成为制约大型钛合金结构件铣削加工质量和加工效率进一步提高的瓶颈。本文在国家自然科学基金项目“高能效铣刀非线性摩擦动力学磨损多尺度耦合作用机理(51875145)”和成都飞机工业(集团)有限责任公司企业合作项目“大型钛合金结构件铣削刀具寿命精确控制技术”的支持下,进行高进给铣刀切削钛合金刀齿后刀面磨损特性研究,揭示铣削振动作用下铣刀刀齿后刀面磨损差异性形成机制。为揭示高进给铣刀刀齿后刀面磨损特性,采用直径32mm高进给铣刀进行铣削钛合金实验,分析刀齿误差和铣削振动影响下刀齿切削刃与后刀面磨损形态;依据刀齿结构及其安装定位方式,提出刀齿后刀面磨损测量方法,获取刀齿切削刃和后刀面磨损特征参数,构建刀齿后刀面磨损边界方程,揭示刀齿切削刃与后刀面磨损随切削行程的变化;利用刀齿后刀面磨损边界特征量随切削行程不断变化的特性,表征铣刀切削过程中各刀齿后刀面磨损差异性。建立铣刀切削运动解析模型,提出铣刀动态切削行为解算方法,揭示出刀齿误差和铣削振动对刀齿切削运动轨迹和瞬时切削姿态的影响;针对铣刀轴向分层切削方式、刀齿误差和铣削振动对刀工瞬时接触关系与热力载荷的影响,重构铣刀与钛合金工件模型和刀齿后刀面热力耦合场仿真边界条件,获得刀齿误差和铣削振动影响下的刀齿后刀面热力耦合场;研究刀齿后刀面等效应力、切削温度、后刀面磨损随切削行程变化特性,揭示铣刀切削过程中刀齿后刀面热力耦合场分布的差异性;以刀齿切削刃屈服强度和后刀面磨损深度为判据,提出基于热力耦合场分析结果的刀齿后刀面磨损边界识别方法,并进行实验验证。为揭示刀齿后刀面热力耦合场和后刀面磨损边界的变化特性,提出刀齿后刀面热力耦合场分析方案,并对铣刀切削位姿进行解算,获得不同工艺条件下的刀齿后刀面热力耦合场;研究铣削振动对刀齿后刀面等效应力和切削温度分布的影响,揭示铣削振动对刀齿后刀面热力耦合场分布的影响特性;对比不同工艺条件下刀齿后刀面磨损边界的差异性,揭示振动对刀齿后刀面磨损的影响特性。设计刀齿后刀面热力耦合场分析方案和铣削钛合金实验方案,获取不同切削行程下铣削振动特征参数和刀齿后刀面磨损边界特征量,通过对比刀齿后刀面磨损边界特征量和刀齿后刀面磨损边界特征量曲线,验证刀齿后刀面磨损差异性仿真方法的新婚确性和可靠性。

关键词：高进给铣刀刀齿后刀面磨损边界磨损差异性热力耦合场

高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界跨尺度识别方法

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高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界跨尺度识别方法

作者：贾俊伟哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

高进给铣刀铣削钛合金结构件过程中,在切削载荷和切入冲击载荷的共同作用下,铣刀和工件之间将产生小幅随机振动,并且铣刀刀齿结构内部极易产生微损伤,上述作用在循环往复切削条件下将使得刀齿损伤程度向宏观尺度演变,在刀齿-工件持续剧... 详细信息

高进给铣刀铣削钛合金结构件过程中,在切削载荷和切入冲击载荷的共同作用下,铣刀和工件之间将产生小幅随机振动,并且铣刀刀齿结构内部极易产生微损伤,上述作用在循环往复切削条件下将使得刀齿损伤程度向宏观尺度演变,在刀齿-工件持续剧烈摩擦作用下,最终导致铣刀磨损程度剧烈,服役性能下降,严重制约了加工效率和加工表面质量的进一步提升。受铣刀和工件之间的随机振动和刀齿安装误差分布的不均匀性影响,铣刀刀齿和工件之间的接触姿态和角度时刻变化,上述因素使得铣刀刀齿后刀面各点损伤程度不一致,铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界的形成和扩展过程存在不确定性。因此,对铣刀刀齿后刀面损伤及其摩擦磨损边界跨尺度演变过程进行有效识别,是精确预测铣刀刀齿磨损程度、提升铣刀整体使用寿命的关键。本文在国家自然科学基金项目“高进给铣刀非线性摩擦动力学磨损多尺度耦合作用机理（51875145）”的支持下,进行高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界跨尺度的研究,揭示刀齿后刀面摩擦磨损边界的跨尺度形成与演变过程。为研究铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界的形成过程,进行高进给铣削加工实验,获取不同铣削参数条件下的铣刀刀齿摩擦磨损状态,提出刀齿后刀面摩擦磨损边界测量方法,对刀齿后刀面摩擦磨损边界范围进行表征;提出用于识别刀齿后刀面摩擦磨损边界的特征点选取方法。建立铣刀切削运动坐标系转换矩阵,提出铣刀刀齿瞬时位置角解算模型,获得刀齿后刀面瞬时切削位姿变化特性。进行铣刀刀齿后刀面热力耦合场有限元分析,基于刀齿后刀面不同位置处热力耦合场的分布状态,提出刀齿后刀面法向应力和特征速度矢量方向切向应力解算方法,为建立宏观载荷边界条件提供理论依据。依据刀齿后刀面材料的元素含量及其晶体结构参数,建立铣刀刀齿后刀面超晶胞模型;利用能量最小化方法对超晶胞模型进行优化;采用高温驰豫法和快速冷凝法,使超晶胞内原子达到稳定状态,满足力学性能要求。依据分子动力学理论提出铣刀切削载荷跨尺度传递方法,实现宏介观载荷的跨尺度传递。进行铣刀刀齿后刀面介观分子动力学仿真,研究刀齿后刀面超晶胞介观结构损伤形成与演变特性。根据超晶胞应力加载结果,构建刀齿后刀面超晶胞介观局部破坏和完整性破坏判据。选取刀齿后刀面特征点,判别刀齿后刀面特征点介观尺度是否损伤,对铣刀刀齿摩擦磨损边界进行表征,对比分析介观尺度下刀齿摩擦磨损边界形貌,验证刀齿后刀面摩擦磨损边界跨尺度识别方法的正确性。采用响应面法建立铣刀刀齿后刀面宏观/介观结构损伤的响应面模型,研究刀齿后刀面介观损伤影响因素以及刀齿后刀面损伤响应变量之间的关系。分析在切宽和切深的交互作用下,刀齿后刀面结构介观损伤的形成与演变过程的响应特性。依据显著性检验基本原理,求解刀齿后刀面结构损伤影响因素的显著性概率,分析后刀面结构损伤影响因素的敏感性,给出控制后刀面结构损伤的工艺设计变量选择顺序。采用响应面法进行仿真方案设计,建立刀齿后刀面宏观结构、介观结构损伤响应面模型,揭示刀齿后刀面损伤影响因素和刀齿后刀面损伤响应变量之间的关系。分析在影响因素的交互作用下,刀齿后刀面结构损伤的形成与演变过程的响应特性。依据显著性检验基本原理,求解损伤影响因素的显著性概率,分析损伤影响因素的敏感性,给出损伤影响因素的优先选择顺序。

关键词：高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界跨尺度识别

高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损能量密度变化特性及其工艺调控方法

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高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损能量密度变化特性及其工艺调控方法

作者：聂秋蕊哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

高进给铣刀是一种典型的高效切削刀具,其后刀面瞬时摩擦磨损能量密度是揭示铣刀后刀面瞬时摩擦与磨损之间动态关系变化过程的主要内容之一,也是评判刀齿后刀面摩擦磨损状态的重要指标。研究铣刀后刀面瞬时摩擦磨损能量密度解算方法,获... 详细信息

高进给铣刀是一种典型的高效切削刀具,其后刀面瞬时摩擦磨损能量密度是揭示铣刀后刀面瞬时摩擦与磨损之间动态关系变化过程的主要内容之一,也是评判刀齿后刀面摩擦磨损状态的重要指标。研究铣刀后刀面瞬时摩擦磨损能量密度解算方法,获取其动态分布特性,对揭示高进给铣刀后刀面磨损形成与演变过程具有指导意义。本文在国家自然科学基金项目“高能效铣刀非线性摩擦动力学磨损多尺度耦合作用机理(51875145)”和黑龙江省自然科学基金重点项目“高能效铣削重型机床基础部件的有序多源流演变机理与关键技术(ZD2020E008)”的支持下,以提高刀齿后刀面抗摩擦磨损能力为目的,基于铣削实验对刀齿后刀面摩擦磨损非线性特征展开研究。研究刀齿误差和铣削振动作用下的刀齿瞬时切削位姿,建立刀齿后刀面瞬时位姿和加工过渡表面解算模型,利用铣削振动实验结果,建立高进给铣刀切削钛合金热力耦合场模型和边界条件,获取刀齿后刀面瞬时等效应力和累积磨损深度随时间变化特性,建立刀齿微元后刀面瞬时磨损深度分布函数,研究瞬时磨损深度对切削刃及后刀面影响,采用微元法构建刀齿后刀面瞬时磨损体积解算模型。建立刀齿后刀面瞬时摩擦特征变量解算模型,提出刀齿后刀面瞬时摩擦能耗和累积摩擦能耗解算方法,揭示刀齿误差和铣削振动作用下,刀齿后刀面瞬时摩擦速度、瞬时摩擦应力和瞬时摩擦能耗随刀齿接触角和铣刀切削周期的变化特性,并利用刀齿后刀面磨损实验结果,验证其累积摩擦能耗解算结果。提出刀齿后刀面瞬时摩擦磨损能量密度和平均摩擦磨损能量密度解算方法,揭示出后刀面瞬时摩擦能耗与瞬时磨损体积之间的动态关系,依据刀齿摩擦磨损能量密度差异性分析和响应面分析结果,提出铣刀后刀面瞬时摩擦磨损能量密度变化特性及其影响因素识别方法。在此基础上,研究摩擦磨损能量密度调控模型和约束条件,提出工艺调控流程,获取相应工艺方案,并进行实验验证。

关键词：高进给铣刀刀齿后刀面磨损体积摩擦能耗能量密度