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微细切削加工技术的基础研究

作　者: 吕玉梅
导　师: 杨志永
学　校: 天津大学
专　业: 机械设计制造及其自动化
关键词: 微细加工微细切削尺度效应位错理论
分类号: TG501
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

微细加工技术是微小型机械系统发展的重要基础,其最典型的应用就是大规模和超大规模集成电路的加工制造。微细切削是微细加工技术中不可缺少的内容,本文针对微细切削技术展开了研究。阐述了以下内容:尺度效应对微细切削加工规律的影响,利用位错理论对在尺度效应作用下材料强度发生变化的原因进行了分析。尺度效应使材料在微细切削中的物理特性发生变化,表面力在微细切削中起主导作用,在切削厚度减小时,材料的强度增加,单位切削力迅速增大;在微细切削中由于切屑厚度变薄,切削变形力减小迅速,而切屑与刀具的摩擦力所占比重逐渐增大。测量了在微细切削加工中不同进给量和切削深度时的单位切削力和加工表面粗糙度。单位切削力FC与进给量f、切削深度a p间的关系近似满足位错理论的塑性变形公式,位错塑性变形理论适用于微细切削;当切削深度与材料微观结构尺寸相近时,将对表面粗糙度产生较大影响。对尺度效应的位错理论、加工硬化的位错机理、金属断裂的位错机理进行了分析,验证了尺度效应在微细切削中的特征。将微细切削加工技术应用于微型零件的加工,论述了微型切削成型刀具设计的特点,在掌握微细切削加工规律的基础上,将微细切削加工技术应用于小型导弹微型延时机构的关键零件微型过渡轮和微型骑马轮的加工。根据这两种零件的微型结构尺寸,设计了m=0.1mm微细加工铣刀,完成了m=0.05mm微细滚齿刀具的制造。适用于微细加工的微型切削成型铣刀,确定刀具齿形的两点间步长不超过6μm。确定了在加工过程中该铣刀的装夹方案,通过对微型切削成型铣刀设计与常规的成型铣刀设计的对比,总结出了微型切削成型刀具设计的特点。本课题做实验所用到的刀具材料为硬质合金和工件材料为中碳钢均为生产加工中常见材料,而非以往微细加工研究中用金刚石、陶瓷等贵重的刀具材料作为研究对象,所以通过本次实验所得出的数据分析的微细切削的规律对微细切削加工的普及奠定了一定的基础。也为中小型企业能够涉及微细切削加工奠定了基础。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-19
  1.1 课题研究的意义  8-9
  1.2 国内外当前状况  9-18
    1.2.1 国内当前状况  9-11
    1.2.2 国外当前状况  11-18
    1.2.3 存在的问题及发展趋势  18
  1.3 本文的主要研究内容  18-19
第二章微细切削中的尺度效应影响及其位错机理分析  19-26
  2.1 引言  19
  2.2 微细切削中的尺度效应  19-21
    2.2.1 尺度效应的概念  19-20
    2.2.2 尺度效应的主要特征  20-21
  2.3 微细切削中尺度效应的位错理论分析  21-25
    2.3.1 加工硬化的位错机理  21-24
    2.3.2 金属断裂的位错机理  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章微细切削实验研究  26-46
  3.1 引言  26
  3.2 微细加工切削力实验  26-40
    3.2.1 实验设计  26-27
    3.2.2 切削力数据的采集  27-28
    3.2.3 实验结果  28-38
    3.2.4 实验结果分析  38-40
  3.3 微细加工表面粗糙度实验  40-45
    3.3.1 实验设计  41-42
    3.3.2 实验结果  42-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章微型切削成型刀具设计  46-54
  4.1 引言  46
  4.2 延时机构零件图  46-47
  4.3 微型切削成型刀具的设计  47-51
    4.3.1 微型切削成型刀具结构设计  47-49
    4.3.2 微型切削成型齿轮铣刀齿形的确定  49-51
    4.3.3 微型切削成型刀具的装配方式  51
  4.4 微型切削成型铣刀设计的特点  51-52
  4.5 微型切削复杂刀具制造  52-53
  4.6 本章小结  53-54
第五章总结和展望  54-56
  5.1 总结  54-55
  5.2 工作展望  55-56
参考文献  56-60
发表文章  60-61
致谢  61

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