基于滑移线理论的微切削刀-屑接触长度和切削力研究

摘要

金属切削过程中，研究切屑几何形状对于阐明切屑形成过程和揭示切削机理具有重要意义。本文根据滑移线理论建立反映刀-屑接触长度的滑移线正交切削模型，应用Dewhurst和Collins的求解滑移线方程的矩阵方法和Powell的非线性方程的优化法则进行求解，得到该滑移线切削模型中各条滑移线的矩阵方程和各个滑移线角的大小。由该滑移线切削模型的几何关系及其速度矢量图，求解切削过程中的刀一屑接触长度和切削力的基本表达式。 应用切削过程中剪应变的基本定义，求解该模型中各个滑移区域中的平均剪应变，并根据工件材料的力学性能建立受温度、应变和应变比率影响的刀一屑接触长度和切削力的数学模型。应用Matlab，研究刀-屑接触长度和切削力随刀具几何形状、切削条件和应力边界条件的变化规律；应用曲线拟和的方法，研究刀-屑接触长度与切削厚度的比值l/t<,随切屑厚度与>切削厚度的比值t<,1>/t<,1>的变化关系。 应用有限元分析软件，建立考虑刀具刃口半径、具有两个前刀面刀具的平面正交切削模型；对此模型进行结构热力学分析，研究刀-屑接触长度和切削力随刀具第二前角和刀具刃口半径的变化规律，并与理论推导结果进行比较验证。

目录

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论文说明：本文所有符号的说明

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第1章绪论

1.1引言

1.2切屑几何形状的理论分析

1.2.1切屑几何形状的剪切平面理论分析

1.2.2切屑几何形状的滑移线理论分析

1.3切屑几何形状的实验研究

1.3.1 G.Sutter的刀-屑接触长度的实验研究

1.3.2 Valery R.Marinov的刀-屑接触长度的实验研究

1.4切屑几何形状的计算机仿真

1.5本文研究内容

第2章滑移线场理论

2.1滑移线场理论的概念及基本假设

2.2滑移线场理论的基本方程

2.3平面应变状态的应力莫尔圆

2.4滑移线场的汉基应力方程

2.5滑移线场的数值解

2.5.1 Dewhurst和Collins的求解滑移线场的矩阵原理

2.5.2 Dewhurst和Collins的求解滑移线场的基本转化矩阵

2.6本章小结

第3章反映刀-屑接触长度的滑移线切削模型的建立

3.1反映刀-屑接触长度的滑移线切削模型的建立

3.1.1反映刀-屑接触长度的滑移线切削模型及速度矢量图

3.1.2滑移线切削模型的假设

3.2滑移线切削模型的数学参数的确定

3.2.1刀-屑摩擦系数的确定

3.2.2滑移线场区域中滑移线几何关系的确定

3.2.3滑移线场内速度矢量之间的关系确定

3.2.4滑移线场内非线性方程组的确定

3.2.5主要切削参数的确定

3.3滑移线切削模型求解约束条件的确定

3.3.1应力约束条件

3.3.2滑移线角度的约束条件

3.3.3切屑流动的约束条件

3.3.4刀具前刀面上水平应力的约束条件

3.4滑移线切削模型的数学求解

3.5本章小结

第4章刀-屑接触长度和切削力求解及变化规律

4.1考虑应变影响的刀-屑接触长度的确定

4.1.1切削过程中剪应变的定义

4.1.2滑移线区域的平均剪应变

4.1.3考虑应变影响的刀-屑接触长度的确定

4.2考虑应变、温度影响的切削力确定

4.2.1滑移线区域的平均应变和应变比率

4.2.2工件材料的热性能和温度的改变值

4.2.3工件材料的剪切流动应力

4.2.4考虑温度、应变影响的切削力的确定

4.3影响刀-屑接触长度和切削力的因素及变化规律

4.3.1刀具几何形状对刀-屑接触长度和切削力的影响

4.3.2切削条件对刀-屑接触长度和切削力的影响

4.3.3应力边界条件对刀-屑接触长度和切削力的影响

4.4本章小结

第5章刀-屑接触长度和切削力的仿真研究

5.1切削加工的有限元分析模型建立

5.1.1有限元分析网格的建立

5.1.2有限元分析方法的选择

5.1.3切屑分离标准

5.1.4工件材料的属性和本构关系

5.1.5刀-屑摩擦关系

5.1.6热传导

5.2计算结果及讨论

5.2.1刀具第二前角对刀-屑接触长度和切削力的影响

5.2.2刀具刃口半径对刀-屑接触长度和切削力的影响

5.3本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致 谢

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