基于多颗粒立式微磨削理论及其仿真建模研究

摘要

微磨削(又称微型磨削、微细磨削)加工是采用超微颗粒的砂轮在工件表面进行微纳米级机械去除的加工方法，是一种精密加工工艺，能够实现对高硬度、高强度硬脆材料微零件或微结构的高质量表面加工，在航空航天、国防工业、微电子工业、现代医学和生物技术等领域发挥了重要的作用。其中，微磨削力的研究是微磨削加工中重要的一环。然而，目前微磨削力的理论和仿真研究大多基于单颗磨粒，缺乏对基于多颗磨粒模型的磨削力研究。因此，本文主要研究了考虑多颗磨粒的立式微磨削建模方法。具体研究内容如下： 1、研究微磨削硬脆材料磨削机理。介绍了立式微磨削的原理、硬脆材料微磨削的三种材料去除方式、以及互相转换的临界深度，并推导出临界未变形厚度?c和临界未变形切屑厚度?d。 2、构建立式微磨削磨削力理论预测模型。从单颗磨粒微磨削入手，结合动态切削磨刃密度模型得到磨削力预测模型。 3、利用有限元仿真模拟硬脆材料单颗磨粒微磨削。验证了第二章所述的硬脆材料微磨削过程中单颗磨粒材料去除方式，主要分析了耕犁力对材料变形的影响，以及微磨削过程中摩擦力和磨削深度对微磨削力的影响，为研究多颗磨粒微磨削模型奠定了基础。 4、运用ABAQUS软件构造多颗磨粒微磨削力模型，设置磨粒随机分布在磨棒表面上。在微磨棒转速恒定条件下，针对切削深度和微磨棒进给速度对磨削力的影响进行仿真，并对产生影响的原因进行了分析。同时与理论模型所得的预测值以及实际实验结果进行对比，验证了本文所提出理论模型、仿真模型的可行性。 本论文从理论到仿真建模的研究工作，为研究立式微磨削多颗磨粒磨削模型提供了经验，为今后基于仿真模型的微磨削力研究奠定了一定基础。

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