微细切削加工中毛刺形成机理及控制技术研究

以国防工业、宇航工业用微小型结构件加工为应用背景，基于锻铝、不锈钢和高温合金等材料的微细铣削和钻削试验，研究毛刺的形态及特征，确定其主要特征参数及其分类方法，构建微小型结构件棱边（毛刺）质量的评价体系及方法；研究微细切削中切屑形态、尺寸效应、切屑与工件终端面分离准则，利用切削力学和断裂力学理论，建立微细铣削毛刺形成的数学- - 力学模型，并运用分子动力学软件进行其数值模拟，系统揭示出微细切削毛刺形成及其变化的基本规律，初步实现毛刺尺寸与形态变化的预报；基于优化微细切削参数和规划刀具加工路径等方式，开发出主动控制微细加工零件棱边（毛刺）的技术、工艺和方法；基于VB.Net构建微细铣削毛刺专家知识系统，为实现微小型构件加工过程自动化提供技术支撑；进而，初步创立微细加工毛刺形成与控制理论，进一步丰富和发展金属切削理论，对促进超精密加工、高速加工和其它自动化加工技术发展具有重要科学意义和广阔应用前景。

本研究以国防工业、宇航工业用微小型结构件加工为应用背景，系统开展微细切削毛刺形成及控制技术研究，主要研究工作及创新性成果为：.1. 基于切削实验，系统揭示出毛刺形成与变化基本规律 在瑞士产五轴加工中心（Mikron UCP800Duro）上，选用硬质合金微细立铣刀切削6061锻铝和铝合金AlSi9Cu3等，研究了切削用量、刀具几何参数、刀面形态等对毛刺形成与变化的影响，发现了毛刺与亏缺形成经历的5个阶段，揭示出毛刺形成与变化的规律。.2.建立微细毛刺形成模型，初步实现了毛刺形成的预报 利用Johnson-Cook (J- C) 强度理论，描述出工件材料Al2024-T6从低应变率到高应变率下的动态行为，进而给出了其高应力、大应变及高温度场条件下的本构关系。采用网格自适应（Arbitrary lagrangian eulerian, ALE）技术对毛刺形成进行模拟，仿真结果与实际加工基本吻合，实现了微细铣削毛刺形成的预报。.3.基于刀具参数和切削路径优化，开发出主动控制毛刺技术 根据微细切削实验与分析，阐述了主动控制毛刺的精度原则、效率原则和位置原则，提出了改进零件结构设计、调整刀具参数、优化加工工艺和切削路径等主动控制毛刺的技术和方法，为实现少无毛刺加工开辟了途径。.4.制定毛刺评价标准（草案），填补了我国制造技术空白 在汲取德国、美国和日本等国标准或规范合理内核的基础上，参照现代机械加工零件表面质量的要求，将毛刺精度分为12级，采用毛刺高度和厚度两个参数综合评价毛刺。依托国家刀具检测技术中心，提出了“切削加工毛刺检测方法”和“毛刺评价方法”2个国家标准(草案) ，填补了我国制造技术的空白。.5.初步构建了基于网络的微细毛刺专家知识系统 基于ASP.NET平台，初步搭建出网络化毛刺专家知识系统，开发出由微细毛刺质量知识库、数据库和规则库组成的毛刺知识专家系统，搭建出毛刺理论研究与工程应用的对接平台，为实现主动控制毛刺提供了技术支撑。.本研究初步建立了微细加工毛刺形成与控制理论，圆满完成了课题研究计划确定的各项任务。