超声振动微细铣削残余应力研究.pdf

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工学硕士学位论文


超声振动微细铣削残余应力的研究









硕士研究生: 孙青
导师:卢泽生教授
申请学位:工学硕士
学科、专业: 机械制造及其自动化
所在单位:机电工程学院
答辩日期:2010 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:TG541+. 1
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Dissertation for the Master Degree in Engineering


RESEARCH ON RESIDUAL STRESSES IN
ULTRASONIC VIBRATION ASSISTED
MICRO-MILLING





Candidate: Sun Qing
Supervisor: Prof. Lu Zesheng
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: Mechanical Manufacturing and
Automation
Affiliation: School of Mechatronics
Engineering
Date of Defence: June, 2010
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要

随着科学技术的发展,功能、结构复杂,可靠性高的微小型产品需求不断
增加,微细铣削技术作为实现产品微型化的主要技术而被广泛关注。但是,传
统的微细铣削技术在加工硬脆材料等难加工材料时刀具磨损很快,加工表面质
量不高,最终导致零件的使用性能达不到要求。超声振动微细铣削和传统微细
铣削相比,具有能显著降低切削力、提高加工表面质量并延长刀具使用寿命的
优点。其中残余应力作为表面质量的重要指标,是影响零件使用性能的主要因
素,因此对超声振动微细铣削的残余应力进行研究具有重要的意义。本文针对
这个问题,以降低残余应力为目标,利用有限元法对超声振动微细铣削残余应
力随各影响因素的变化规律进行了系统的分析研究。
本文分析了国内外超声振动切削技术和切削加工残余应力的研究现状,并
总体阐述了残余应力的产生机理、影响因素及其对零件性能的影响。
在分析前人所建立模型不足之处的基础上,使用有限元软件 ABAQUS,建
立了适用于超声振动微细铣削的二维有限元模型,并通过切削实验验证了模型
的正确性,结合该模型对超声振动微细铣削的断屑功能和断续切削机理进行了
分析。
采用所建立的二维有限元模型,对超声振动微细铣削表面残余应力进行了
仿真研究,分析了工件材料、刀具几何参数、振动参数和切削用量对已加工表
面残余应力的影响规律,并结合残余应力的产生机理和超声振动微细铣削的特
点探讨了产生这些规律的原因。
建立并验证了超声振动微细铣削的三维有限元模型,采用该模型进行了表
面残余应力的正交仿真研究,给出了各个工艺参数对残余应力影响的主次顺
序,得到了残余应力的回归方程。通过三维仿真研究了超声振动微细铣削和传
统微细铣削的残余应力沿已加工表面深度方向上变化规律的不同,并采用和仿
真相同的工艺参数进行了槽铣实验,用 X 射线衍射法测定了残余应力,实验结
果和仿真结果一致。

关键词:超声振动;微细铣削;残余应力;有限元法
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract

With the development of science and technology,the demand for micro products
with high reliability plicated functions and structures are continuously increas-
ing, and micro-milling is extensively concerned as a main way of achieving miniaturi-
zation. However, owing to the fast tool wear and low surface integrity, the parts proc