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1、毕业设计超声振动条件下外加载荷对车刀的能量分布及磨损状况影响学生姓名： 学号： 系 部： 机械工程系 专 业： 材料成型及控制工程 指导教师： 二零一五年六月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 超声振动条件下外加载荷对车刀的能量分布及磨损状况影响 系部： 机械工程系 专业： 材料成型及控制工程 学号： 学生： 指导教师（含职称）： 1课题意义及目标通过本次毕业计，了解超声振动特点；建立超声振动数学模型，学习有限元分析软件；分析外加载荷对车刀基体及涂层能量分布
2、及磨损状况的影响规律，并实验验证；分析车刀涂层磨损及剥落的机理，为车刀涂层设计提供理论指导。2主要任务1）建立超声振动数学模型（振动频率、振幅、外加载荷与受力状况之间的关系）。2）应用有限元法分析外加载荷对车刀能量分布及磨损状况的影响规律。3）实验验证车刀涂层磨损及剥落与振动频率之间的关系。4）撰写毕业论文。结构完整，层次分明，语言顺畅；格式符合机械工程系学位论文格式的统一要求。3主要参考资料1 王红飞. 超声振动车削加工的研究现状及进展J.机械设计及制造.2007.(第10期)。2 李祥林等编著. 振动切削及其在机械加工中的应用 北京：北京科学技术出版社, 1985.3 张日昇.超声振动车削
3、试验研究J.现代制造工程,1982,(第11期).4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1广泛阅读相关文献，制定研究方案3月3日3月23日2建立超声振动数学模型3月24日4月13日3完成有限元分析，中期检查4月14日5月4日4实验验证有限元分析结果5月5日6月1日5完成毕业论文及答辩工作6月2日6月22日审核人：赵跃文 2015年 1 月 3 日超声振动条件下外加载荷对车刀的能量分布及磨损状况的影响摘 要：随着科学技术的发展，在机械加工领域，对工件的加工精度和表面质量的要求越来越高，人们普遍关心如何提高产品的制造精度。人们通过研究取得了大量成果并实现了零件的精密和超精密加工。但是，一些精密和超
4、精密机床的造价十分昂贵，严重限制了它们的使用，因此人们通过探索新型的加工技术来达到零件的精密加工。先进的加工技术是当下必须研究的问题，它对于国家工业和人类的发展具有重要意义。超声振动复合加工技术是一种先进的加工技术，能够有效的实现零件的精密加工。虽然该加工技术先进，切削效果也十分好，但是也面临着一些问题，刀具的受力问题就是其中的一种。本文通过对超声振动切削切削力计算模型的建立，分析了刀具振动切削过程中外加载荷对车刀的能量分布影响。同时，利用 ANSYS 有限元分析软件分析了车刀在动载荷作用下的瞬态动力 学响应，得出涂层车刀在周期动载荷作用下一个周期内，刀具所受平均应力远小于在静载荷作用下的情况
5、。最后进行了车削实验研究，研究了普通无涂层刀具和涂层刀具在相同条件下的磨损情况，通过对比得出了涂层车刀相比于普通刀具更耐磨，加工精度更高，分析了影响涂层刀具涂层磨损和剥落的影响因素，为设计涂层刀具提供了理论指导。关键词：超声振动，外加载荷，涂层车刀，能量分布，磨损影响Under the condition of ultrasonic vibration，how are the applied loadings affect energy distribution and wear of cutting toolAbstract：With the development of science a
6、nd technology, in the field of machining, the machining precision of the workpiece and the surface quality of the demand is higher and higher, people focus on how to improve the manufacturing precision of the product.Made a lot of people through research and implement of precision and ultra precisio
7、n machining of the parts.However, some precision and ultra precision machine tool is very expensive,which limit their use severely, therefore people through exploring the new processing technology to achieve precision machiningof machine parts. Presently ,we must study the Advanced processing techno
8、logy, it is of great significance for the national industry and the development of human beings.Ultrasonic vibration compound processing technology is an advanced processing technology,which can effectively realize the parts precision machining.Process technology is advanced, cutting effect is also
9、very good, but it faced with some problems, the stress of the cutting tool is one of them.This article through to establishes the model of the ultrasonic vibration cutting about cutting force calculation, analyzing the process of cutting tool vibration cutting and loading load impact on energy distr
10、ibution of turning tool.At the same time, using the ANSYS a finite element analysis software analyzes the transient dynamic response of the tool under the action of dynamic load, it is concluded that the average stress of coating tool is far less than the static load conditions in a cycle of the per
11、iodic dynamic load, cutting too.Finally ,we do the cutting experiment research , studying the ordinary uncoated tool and coated tool wear in the same conditions, it is concluded that the coating tool compared with ordinary tool is more wear-resisting, higher machining precision.And I analyzed the in
12、fluence factors that influence the coating tool wear and spalling of coated tools for design provides a theoretical guidanceKeywords: Supersonic vibration,Applied load,Coating tool,Energy distribution,Abrasion affect目 录1 绪论11.1 课题背景11.2 研究目的和意义21.3 国内外研究进展现状31.3.1 超声振动切削理论的研究31.3.2 超声振动切削刀具磨损研究51.4
13、论文的主要研究内容62 超声振动切削理论研究72.1 超声波的基本原理及特点72.2 超声波振动切削加工机理原理72.2.1 超声振动切削原理82.2.2 切削力103 超声振切时外加载荷对车刀的能量分布模拟153.1 ANSYS简介153.1 ANSYS模拟仿真过程163.2.1 定义参数163.2.2 建立几何模型183.2.3 划分网格183.2.4 加载荷数据193.2.5 后处理分析204 超声振动切削时刀具磨损研究244.1 普通切削时车刀的磨损机理244.2 振动切削过程中道具磨损研究254.3 振切颗粒增强复合材料刀具磨损状况研究274.4 涂层车刀的磨损研究305 实验验证3
14、25.1 实验准备325.2 实验过程335.2.1 普通车刀实验345.2.2 涂层车刀实验365.3 实验结论386 结论39参考文献40致 谢42IV太原工业学院毕业设计1 绪论1.1 课题背景20世纪初期出现了超声技术，经过一个世纪的发展，超声技术是声学中发展最为活跃的一部分，如今它已经渗透人民生活、科学技术、国民经济、国防建设等各个领域。超声技术完成过程是通过超声产生、传播及接受的物理过程。由于超声波辐射不同，将超声技术分为两方面：一是功率超声，利用它的能量来改变材料的某些状态；二是检测超声，利用它来采集信息。而功率超声是一个重要的研究方向。随着科学技术的发展，它的应用越来越广泛，对
15、人类社会发展的奉献越来越大，已经遍及国防，航空、航海、生物工程、电子等领域。而超声振动切削加工技术可以说是功率超声技术里应用十分广泛的。20世纪60年代，一种先进制造加工技术振动切削加工技术发展起来，它是通过在普通刀具上施加高频的，一定规律的振动，工件和刀具之间的接触是间断性的切削，这在根本上改变了传统的车刀切削模式，不仅能对普通材料进行加工，对高硬、脆等性能材料也有优异的加工效果，有着比普通切削加工更优异的加工性能。超声振动切削即高频振动切削，是给切削刀具施加一定频率、振幅有规律的振动，改变了刀具和被加工材料间的空间、时间存在条件，而改变了加工机理，减小了切削力，切削热。提高被加工材料可加工性，提高加工质量，刀具耐用度等。超声振动切削加工技术是
