微細(xì)切削加工基本理論研究

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1、微細(xì)切削加工基本理論研究　　微細(xì)切削加工基本理論研究　　一、尺寸效應(yīng)　　微細(xì)切削與常規(guī)切削既有相同點(diǎn)，也有不同點(diǎn)。其相同點(diǎn)主要是兩者均是采用機(jī)械式去除材料，但在常規(guī)微細(xì)切削加工中，每齒進(jìn)給量通常比切削刃圓弧半徑小，通常僅為微米，在微細(xì)切削加工過程中為了追求加工零件的微小化，刀具的尺寸非常小，刀尖圓弧半徑通常為微納米級(jí)。由于切削厚度與常規(guī)切削的不同，微細(xì)切削加工的切削厚度經(jīng)常會(huì)接近最小切削厚度，甚至比最小切削厚度還要低，有時(shí)就會(huì)導(dǎo)致無法產(chǎn)生切削的現(xiàn)象，工件僅僅是被“碾壓”過去，產(chǎn)生“犁耕”現(xiàn)象，工件材料表面產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致

2、不能正常切削?！　‘?dāng)切削厚度減小到一定程度時(shí)，常規(guī)切削的理論不再適用于微切削，例如宏觀條件下的各種假設(shè)不再成立，宏觀表面力相對(duì)于體積力極其的微小，可忽略表面力作用；假設(shè)材料為均勻連續(xù)的介質(zhì)可忽略材料的圍觀結(jié)構(gòu)特性；宏觀上通過假設(shè)的溫度場(chǎng)連續(xù)而建立的溫度梯度理論等。　　微細(xì)切削中的尺度效應(yīng)主要有三個(gè)方面：　?。ㄒ唬┪⒈砻媪W(xué)的尺度效應(yīng)，由于微細(xì)切削的尺度非常小，刀具與工件間的摩擦增大，因此不可忽略的是表面之間的相互作用力對(duì)微細(xì)切削的影響，當(dāng)切削厚度接近最小切削厚度時(shí)，表面間的摩擦力將比切削刃產(chǎn)生切削的切削力更大，因此對(duì)微銑削

3、的研究要更注重表面力而非體積力。　　（二）微摩擦學(xué)的尺度效應(yīng)，微細(xì)切削中刀具與工件間的摩擦將產(chǎn)生熱能，由于工件與刀具間的接觸面積比較小，故產(chǎn)生的熱能尤為集中，對(duì)切削加工不利，通過改變切削刀具的幾何角度可以降低摩擦，切削力降低，切削產(chǎn)生的熱能減少，切削質(zhì)量提高?！　。ㄈ┪鳠釋W(xué)的尺度效應(yīng)，由于切削尺度和切削面積極小，導(dǎo)致切削產(chǎn)生的熱量較為集中，熱量的傳遞并不符合常規(guī)傳熱理論，應(yīng)考慮微觀狀態(tài)下聲子間相互作用和聲子散射等的影響。　　二、位錯(cuò)理論　　位錯(cuò)是指材料晶體中存在的一種具有特殊結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷，位錯(cuò)主要是用來解釋材料發(fā)生塑性

4、變形的理論。宏觀切削時(shí)刀具切削尺度較大，故假設(shè)材料是均勻的、連續(xù)的，因而雖然在宏觀切削時(shí)位錯(cuò)理論雖然也起作用，但是常常被忽略。在微細(xì)切削加工時(shí)候，當(dāng)切削的尺度小于晶粒的直徑時(shí)，金屬內(nèi)部應(yīng)視為各向異性的、不連續(xù)的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行切削。微細(xì)切削過程可以看做是材料晶格發(fā)生錯(cuò)位、微裂紋生成以及裂紋擴(kuò)展的過程。位錯(cuò)常見的形態(tài)主要有2種，主要包括刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)，刃型位錯(cuò)主要是指在立方體結(jié)構(gòu)的晶體中，晶體切應(yīng)力的作用下發(fā)生局部滑移，后又在晶體內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)多余的半原子面，這種半原子面缺陷稱為位錯(cuò)?！　∥⒓?xì)切削領(lǐng)域利用位錯(cuò)理論來研究微細(xì)切削時(shí)，

5、認(rèn)為位錯(cuò)在力的作用下需要發(fā)生塑性變形、微裂紋、形成切屑這三個(gè)階段?！　」ぜ牧习l(fā)生塑性變形是加工的初始階段，塑性變形的逐漸增加，在宏觀上將產(chǎn)生加工硬化。工件發(fā)生塑性變形及加工硬化，從微觀上來說既是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)作用的結(jié)果。隨著塑性變形及加工硬化的產(chǎn)生，材料內(nèi)部將出現(xiàn)微裂紋。斯特洛提出了最簡(jiǎn)單的裂紋源模式下，位錯(cuò)塞積群頂端的應(yīng)力集中，可能導(dǎo)致塞積頭部的幾個(gè)位錯(cuò)聚合形成裂紋源。在外加切應(yīng)力作用下，自位錯(cuò)源運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)碰到強(qiáng)大的可鎖住的障礙，就形成了塞積群。位錯(cuò)塞積到足夠數(shù)量時(shí)，頂端的位錯(cuò)被迫盡可能靠近，當(dāng)靠近到一個(gè)原子間距時(shí)，便形成了

6、一個(gè)大位錯(cuò)，好像在解理面間插入了幾個(gè)原子面厚的楔。后面的位錯(cuò)為了使應(yīng)力得以松弛，相繼進(jìn)入解理面間，增大楔厚，直到形成一個(gè)裂紋?！　∪?、最小切削厚度　　微細(xì)切削加工中，由于切削的厚度非常小，刀具切削工件時(shí)的彈性恢復(fù)量不可忽略，導(dǎo)致了微細(xì)切削最小厚度acmin的存在。如圖，當(dāng)切削厚度ac小于acmin時(shí)，切屑將不能形成，刀具與工件之間作用僅僅是使切削層發(fā)生彈性變形，而當(dāng)切削厚度ac超過最小切削厚度acmin時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生切屑，并且刀具與工件本文由畢業(yè)論文網(wǎng)收集整理之間的相互作用將使工件切削層產(chǎn)生塑性變形，如果切削厚度與最小切削厚

7、度接近或者等于最小切削厚度時(shí)，將同時(shí)存在彈性變形和塑性變形。　　微細(xì)切削刀具的切削刃圓弧半徑在微細(xì)切削中不容忽視，在傳統(tǒng)切削中，由于在切削時(shí)切削刃起主要切削作用，故一般忽略刀尖的圓弧半徑對(duì)切削的影響，然而當(dāng)每齒進(jìn)給量和切削厚度的逐漸減少到微米級(jí)的時(shí)候，切削刃圓弧半徑同切削厚度非常接近，切削主要由切削刃圓弧半徑處來完成，故在微細(xì)切削中切削刀具的切削刃圓弧半徑尺寸不但不能忽略，反而起到了一個(gè)主導(dǎo)作用。　　四、結(jié)論　　本文對(duì)尺寸效應(yīng)、位錯(cuò)理論、最小切削厚度等微細(xì)切削理論與常規(guī)切削理論進(jìn)行對(duì)比分析，引用了國(guó)內(nèi)外的學(xué)術(shù)研究成果，對(duì)微

8、細(xì)切削研究有一定的借鑒意義。