超精密加工中的流動(dòng)應(yīng)力模型

超精密加工中的流動(dòng)應(yīng)力模型

在超精密金屬切削加工中，在加工表面誘導(dǎo)壓應(yīng)力是提高零件質(zhì)量的一種理想方法。材料的流動(dòng)應(yīng)力對(duì)加工中的材料變形特性起著至關(guān)重要的作用。在金屬形成過(guò)程中，在宏觀和微觀上，隨著工件的尺寸減小，壓力也隨之減小。基于金屬成形的“表面模型”和“晶體塑性效應(yīng)”的理論，本研究構(gòu)建了超精密加工過(guò)程的流動(dòng)應(yīng)力模型。

從該模型中得到的流動(dòng)應(yīng)力與隨著材料粒度的減小而應(yīng)力增加的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。此外，表面生成機(jī)制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了模型的有效性。該模型的新穎之處在于它能夠捕捉材料分離(拉應(yīng)力)向材料變形(壓縮應(yīng)力)的過(guò)渡現(xiàn)象，以預(yù)測(cè)超精密加工性能。

利用“切削刃半徑效應(yīng)”的概念，在超精密機(jī)床上進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定了相對(duì)工具銳度，并以未變形厚度與邊緣半徑的比值進(jìn)行量化。對(duì)三次變形區(qū)中主要變形區(qū)的物料流動(dòng)分離、材料變形等現(xiàn)象進(jìn)行了研究，對(duì)材料的流動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行了研究。工具和相對(duì)工具銳度最小為0.01的側(cè)面的接觸應(yīng)力證明了壓縮應(yīng)力是被誘導(dǎo)到機(jī)械加工層的而非晶片分離。此外，在極低和高相對(duì)工具銳度條件下，機(jī)械加工表面質(zhì)量和晶片發(fā)生明顯的形態(tài)變化，使物料的變形效果與切割效果不同。此外，對(duì)于相同的相對(duì)工具銳度值，發(fā)現(xiàn)不同的顆粒材料(銅和鎂合金)在流動(dòng)應(yīng)力、晶片形態(tài)和表面質(zhì)量等方面表現(xiàn)出不同。因此，材料粒徑是分析在超精密水平下的材料流應(yīng)力分析加工性能的一個(gè)重要因素。

刊名：International Journal of Machine Tools and Manufacture（英）

刊期：2017年第123期

作者：M.Azizur Rahman

編譯：杜桂枝