铝合金超精密切削金刚石刀具热变形研究

摘要

单晶金刚石刀具因其耐磨性极好，因此其刃口半径可达到纳米级。超精密车削(SPDT)技术利用这种刀具对很多种材料的工件进行加工，可以直接达到光学表面，而不需要后续的加工手段。因此现代科技将超精密车削技术运用到了空间大型反射镜的加工上。切削大型反射镜时，切削距离可达上百千米，由此带来了剧烈的刀具磨损及加工温差大等问题，进而使刀具产生了足以影响加工精度的热变形问题。因此本课题进行了金刚石刀具超精密切削铝合金试验，并对刀具最高温度和切削力进行了仿真分析，在此基础上研究了超精密切削过程中的刀具热变形规律并建立模型计算了刀具热变形量，然后进行了试验验证。
　　为研究金刚石刀具在较长切削距离下切削铝合金的刀具磨损和热变形问题，本文首先利用有限元软件对切削过程进行了建模仿真分析，研究了切削参数和刀具几何参数对切削温度和切削力的影响规律，并研究了刀具后刀面磨损对刀具切削温度的影响规律，为实际切削试验提供了理论依据。
　　综合上述仿真分析结果，进行了铝合金金刚石刀具超精密切削正交试验，首先用红外热像仪检测了切削温度，验证了上述对刀具温度仿真结果的有效性；用共聚焦显微镜检测了刀具后刀面磨损形貌，对后刀面磨损带高度VB值进行了详细的正交分析，并建立了计算VB值的预测模型，得出了切削参数和刀具几何参数对后刀面磨损带高度的影响规律。
　　通过计算得到了切削过程中的热流密度和切削力，并结合有限元软件模拟了刀具在切削过程中的热变形，通过仿真得出了刀具的热变形规律。搭建了验证刀具热变形的试验平台，采用点式电加热器对金刚石车刀刀尖进行加热来模拟车刀在不加切削液的情况下刀具的升温过程，并通过试验数据验证了仿真结果的有效性。

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第1章 绪 论

1.1课题来源及研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3本课题主要的研究内容

第2章 金刚石刀具切削过程的有限元仿真分析

2.1 引言

2.2 切削力和切削温度有限元仿真建模

2.2.1 CAE模型的建立

2.2.2切削温度仿真结果及分析

2.2.3切削力仿真结果及分析

2.3后刀面磨损对切削温度的影响

2.4本章小结

第3章 铝合金金刚石刀具切削试验研究

3.1引言

3.2 铝合金超精密切削金刚石刀具磨损试验

3.2.1超精密机床

3.2.2刀具选择

3.2.3检测装置

3.2.4切削试验结果与分析

3.3 本章小结

第4章 金刚石刀具热变形仿真计算和试验分析

4.1 引言

4.2 金刚石刀具热变形的理论分析

4.2.1温度沿刀具扩散函数

4.2.2金刚石刀具变形量计算

4.3金刚石刀具热变形的仿真分析

4.3.1前刀面与切屑的接触长度

4.3.2后刀面和工件已加工表面的接触长度

4.3.3切削力计算

4.3.4刀具热变形仿真

4.4 金刚石刀具热变形分析的试验验证

4.4.1 试验设备及参数

4.4.2 金刚石刀具热变形测量试验

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢