Mechanics-Based Analysis of Small-Scale Surface Generation in Hard-Tool Machining

硬质工具加工中小尺寸表面生成的基于力学的分析

基本信息

项目摘要

9522809 Endres The final size and shape of precision ceramic components are usually generated by grinding, a process that can handle the high strength of these materials, but risks causing micro cracking that can lead to functional failure of these parts. The alternative that will be investigated in this research is termed hard-tool machining, where a controlled geometry cutting edge is used to machine ceramics. Models that are based on the more realistic large radius cutting edges found on real tooling, modeling the material removal mechanism for ceramics by fracture, rather than plasticity, and how the heat generated may affect the machined surface layer will be considered by and interdisciplinary team of experts in machining dynamics and kinematics, micro mechanics, fracture mechanics and tribology. Modeling will consider: mechanics at the micro scale to predict the chip separation, the numerical methods, and the resultant topography and stress state related to the integrity of the newly generated surface. An experimental program to verify the modeling results with a special purpose experimental setup, as well as techniques like scanning electron microscopy, will be used to verify and improve the model. The major impact of this research will be in a fundamental and more detailed model for machining ceramics by machining, that can increase the productivity and reduce the cost of high performance ceramic materials The model is need to supplement the experimental work that would normally be necessary to evolve tools and systems that are needed to enable broader use of high performance ceramic materials. ***
小行星9522809 精密陶瓷部件的最终尺寸和形状通常通过研磨产生,这一工艺可以处理这些材料的高强度,但有可能导致微裂纹,从而导致这些部件的功能失效。 在这项研究中将被调查的替代方案被称为硬工具加工,其中一个受控的几何形状的切削刃被用来加工陶瓷。 基于真实的刀具上发现的更真实的大半径切削刃的模型,通过断裂而不是塑性来模拟陶瓷的材料去除机制,以及所产生的热量如何影响加工表面层,将由加工动力学和运动学,微观力学,断裂力学和摩擦学的跨学科专家团队考虑。 建模将考虑:在微观尺度的力学来预测芯片分离,数值方法,以及由此产生的地形和应力状态有关的完整性,新产生的表面。 一个实验程序,以验证建模结果与一个特殊目的的实验装置,以及技术,如扫描电子显微镜,将被用来验证和改进模型。 这项研究的主要影响将是通过机械加工来加工陶瓷的基本和更详细的模型,该模型可以提高生产率并降低高性能陶瓷材料的成本。该模型需要补充通常必要的实验工作,以发展所需的工具和系统,从而能够更广泛地使用高性能陶瓷材料。 ***

项目成果

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