高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界跨尺度识别方法
高进给铣刀铣削钛合金结构件过程中，在切削载荷和切入冲击载荷的共同作用下，铣刀和工件之间将产生小幅随机振动，并且铣刀刀齿结构内部极易产生微损伤，上述作用在循环往复切削条件下将使得刀齿损伤程度向宏观尺度演变，在刀齿-工件持续剧烈摩擦作用下，最终导致铣刀磨损程度剧烈，服役性能下降，严重制约了加工效率和加工表面质量的进一步提升。 受铣刀和工件之间的随机振动和刀齿安装误差分布的不均匀性影响，铣刀刀齿和工件之间的接触姿态和角度时刻变化，上述因素使得铣刀刀齿后刀面各点损伤程度不一致，铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界的形成和扩展过程存在不确定性。因此，对铣刀刀齿后刀面损伤及其摩擦磨损边界跨尺度演变过程进行有效识别，是精确预测铣刀刀齿磨损程度、提升铣刀整体使用寿命的关键。 本文在国家自然科学基金项目“高进给铣刀非线性摩擦动力学磨损多尺度耦合作用机理（51875145）”的支持下，进行高进给铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界跨尺度的研究，揭示刀齿后刀面摩擦磨损边界的跨尺度形成与演变过程。 为研究铣刀刀齿后刀面摩擦磨损边界的形成过程，进行高进给铣削加工实验，获取不同铣削参数条件下的铣刀刀齿摩擦磨损状态，提出刀齿后刀面摩擦磨损边界测量方法，对刀齿后刀面摩擦磨损边界范围进行表征；提出用于识别刀齿后刀面摩擦磨损边界的特征点选取方法。建立铣刀切削运动坐标系转换矩阵，提出铣刀刀齿瞬时位置角解算模型，获得刀齿后刀面瞬时切削位姿变化特性。 进行铣刀刀齿后刀面热力耦合场有限元分析，基于刀齿后刀面不同位置处热力耦合场的分布状态，提出刀齿后刀面法向应力和特征速度矢量方向切向应力解算方法，为建立宏观载荷边界条件提供理论依据。依据刀齿后刀面材料的元素含量及其晶体结构参数，建立铣刀刀齿后刀面超晶胞模型；利用能量最小化方法对超晶胞模型进行优化；采用高温驰豫法和快速冷凝法，使超晶胞内原子达到稳定状态，满足力学性能要求。 依据分子动力学理论提出铣刀切削载荷跨尺度传递方法，实现宏介观载荷的跨尺度传递。进行铣刀刀齿后刀面介观分子动力学仿真，研究刀齿后刀面超晶胞介观结构损伤形成与演变特性。根据超晶胞应力加载结果，构建刀齿后刀面超晶胞介观局部破坏和完整性破坏判据。选取刀齿后刀面特征点，判别刀齿后刀面特征点介观尺度是否损伤，对铣刀刀齿摩擦磨损边界进行表征，对比分析介观尺度下刀齿摩擦磨损边界形貌，验证刀齿后刀面摩擦磨损边界跨尺度识别方法的正确性。 采用响应面法建立铣刀刀齿后刀面宏观/介观结构损伤的响应面模型，研究刀齿后刀面介观损伤影响因素以及刀齿后刀面损伤响应变量之间的关系。分析在切宽和切深的交互作用下，刀齿后刀面结构介观损伤的形成与演变过程的响应特性。依据显著性检验基本原理，求解刀齿后刀面结构损伤影响因素的显著性概率，分析后刀面结构损伤影响因素的敏感性，给出控制后刀面结构损伤的工艺设计变量选择顺序。 采用响应面法进行仿真方案设计，建立刀齿后刀面宏观结构、介观结构损伤响应面模型，揭示刀齿后刀面损伤影响因素和刀齿后刀面损伤响应变量之间的关系。分析在影响因素的交互作用下，刀齿后刀面结构损伤的形成与演变过程的响应特性。依据显著性检验基本原理，求解损伤影响因素的显著性概率，分析损伤影响因素的敏感性，给出损伤影响因素的优先选择顺序。
高进给铣刀;刀齿后刀面;摩擦磨损边界;跨尺度识别
哈尔滨理工大学
硕士
机械制造及其自动化
姜彬
2022
中文
TG54
2022-09-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）