文档介绍：分类号:TH161 密级:公开
UDC: 单位代码:10424

学位论文
基于热力耦合理论表面粗糙度形成机理
的研究

王文超

申请学位级别:硕士学位专业名称:机械电子工程
指导教师姓名:王素玉职称:教授

山东科技大学
二 0 一二年五月
论文题目:

基于热力耦合理论表面粗糙度形成机理的
研究

作者姓名:王文超入学时间:2009 年 9 月
专业名称:机械电子工程研究方向:数控加工技术
指导教师:王素玉职称:教授

论文提交日期:2012 年 5 月
论文答辩日期:2012 年 6 月
授予学位日期:
STUDY ON THE FORMATION MECHANISM OF SURFACE
ROUGHNESS BASED ON THE THERMO-MECHANICAL
COUPLING THEORY

A Dissertation submitted in fulfillment of the requirements of the degree of

MASTER OF PHILOSOPHY

from

Shandong University of Science and Technology

by

Wang Wenchao

Supervisor: Professor Wang Suyu

College of Mechanical and Electronic Engineering
May 2012
声明

本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文,除了所列参考文献和世所
公认的文献外,全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交
于其它任何学术机关作鉴定。

硕士生签名:

日期:

AFFIRMATION

I declare that this dissertation, submitted in fulfillment of the requirements
for the award of Master of Philosophy in Shandong University of Science and
Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The
document has not been submitted for qualification at any other academic
institute.

Signature:

Date:
山东科技大学硕士学位论文摘要

摘要
金属切削过程是一个复杂的动态非线性过程,涉及到弹性力学、塑性力学、热力学
和摩擦学等。提高零件表面质量是金属切削加工的重要目标,而以表面粗糙度为指标来
衡量金属切削加工工件表面质量是研究金属切削机理的重要内容之一。表面粗糙度在很
大程度上影响着零件的使用性能,特别是接触刚度、配合性质、耐磨性、耐腐蚀性和抗
疲劳等特性。分析表面粗糙度形成机理、建立有效的力学模型对提高生产效率、降低生
产成本具有重大的理论意义和应用价值。
本文采用热-弹塑性力学、摩擦磨损学和有限元方法学等多学科交叉分析的手段,采
用理论分析形成机理、有限元模拟切削过程和力学建模的方法,从金属切削原理和热-
力耦合的角度入手,对金属切削加工工件表面粗糙度进行了较深入的理论研究和有限元
模拟,基于分子-机械摩擦理论建立了表面粗糙度的力学模型。本文的工作对于研究热-
力耦合作用对已加工表面粗糙度的影响规律有重要的指导意义,为提高工件表面质量提
供了可靠的依据。
从几何和微观形貌观察的角度分析了表面粗糙度的形成机理,提出了影响表面粗糙
度的四大因素,对工件表面的受力和传热进行了热-力耦合分析,构建了热-弹塑性区的
应力-应变本构关系,用以指导切削加工的有限元模拟;通过 Deform 软件对金属切削过
程进行有限元模拟,研究了切削区的应力场、温度场分布规律,验证了金属切削区的不
均匀、非线性热-力耦合场,为热-力耦合现象对表面粗糙度的影响提供量化依据。结合
基于热-力耦合理论的有限元模