本文關(guān)鍵詞：陶瓷刀具表面微織構(gòu)對(duì)刀具切削性能的影響研究

  更多相關(guān)文章： 激光加工 陶瓷刀具 表面微織構(gòu) 有限元 磨損機(jī)理

【摘要】：摩擦學(xué)研究表明表面微織構(gòu)可以有效地提高接觸表面承載力,改善接觸表面摩擦學(xué)特性。將該技術(shù)應(yīng)用到陶瓷刀具中,能夠有效解決高速切削淬火鋼等難加工材料時(shí)刀具的磨損問(wèn)題。因此,本文針對(duì)不同形狀和截面尺寸的表面微織構(gòu)陶瓷刀具進(jìn)行有限元分析和切削實(shí)驗(yàn),研究陶瓷刀具表面微織構(gòu)對(duì)刀具切削性能的影響,主要工作內(nèi)容如下：(1)運(yùn)用脈沖光纖激光器在Al2O3-TiC陶瓷刀具前刀面加工不同形狀和截面尺寸的表面微織構(gòu),并使用激光共聚焦顯微鏡進(jìn)行表面微織構(gòu)形貌觀察,分析表面微織構(gòu)形貌和結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)良,保證表面微織構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸在設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的一致性。(2)運(yùn)用ABAQUS有限元軟件進(jìn)行表面微織構(gòu)陶瓷刀具切削45#淬火鋼的正交切削過(guò)程仿真,表面微織構(gòu)包括不同深度、寬度和間距的橫向表面微織構(gòu),主要針對(duì)切削過(guò)程中的切削力、切削溫度和切削應(yīng)力的大小和分布進(jìn)行分析。結(jié)果表明：微溝槽的深度、寬度和間距不同,陶瓷刀具的切削力、切削溫度和切削應(yīng)力的大小和分布均不同；微溝槽寬度為25μm時(shí)刀屑之間不存在“二次切削”,隨著寬度的增大,“二次切削”現(xiàn)象越明顯；隨著深度、寬度和間距的增大,切削力和切削溫度逐漸增大,切削應(yīng)力越集中,當(dāng)深度小于20μm,寬度小于35μm,間距小于75μm時(shí),陶瓷刀具的總體切削性能得到改善,刀具強(qiáng)度較高。(3)運(yùn)用壓電式測(cè)力儀和紅外測(cè)溫法檢測(cè)陶瓷刀具切削過(guò)程中的切削力和切削溫度,采用單因素實(shí)驗(yàn)研究方法分析不同形狀和不同截面尺寸的表面微織構(gòu)陶瓷刀具的切削性能,并分析前刀面的平均摩擦系數(shù)的變化,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著微溝槽深度、寬度和間距的增大,切削力、切削溫度和平均摩擦系數(shù)整體呈現(xiàn)增大趨勢(shì),在深度為10μm,寬度為25μm,間距為50μm時(shí),橫向表面微織構(gòu)陶瓷刀具的總體切削性能較好,切削力減小了26%,切削溫度降低了16%,平均摩擦系數(shù)減小了16%。(4)通過(guò)高速干切削實(shí)驗(yàn),對(duì)比不同形狀和不同截面尺寸的表面微織構(gòu)陶瓷刀具前、后刀面的磨損形貌和磨損量,并研究對(duì)應(yīng)的切屑鋸齒化程度,分析不同表面微織構(gòu)對(duì)陶瓷刀具切削性能的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：表面微織構(gòu)的形狀和截面尺寸對(duì)陶瓷刀具的磨損性能和切屑的鋸齒化程度有影響,橫向表面微織構(gòu)陶瓷刀具的磨損量較小,隨著深度、寬度和間距的增大,前、后刀面的磨損量增大,切屑鋸齒化程度增大,深度為10μm、寬度為25μm、間距為50μm時(shí),陶瓷刀具的總體磨損量較小。(5)通過(guò)SEM和EDX對(duì)陶瓷刀具前、后刀面的磨損形貌和切屑形貌進(jìn)行分析,結(jié)合陶瓷材料本身特點(diǎn),分析不同表面微織構(gòu)對(duì)陶瓷刀具切削性能的影響。結(jié)果表明：合理的橫向表面微織構(gòu)能夠起到減摩降溫效果,減少接觸表面的粘結(jié)現(xiàn)象,改善了陶瓷刀具前刀面的粘結(jié)磨損,減少了刀屑和刀工接觸面的硬質(zhì)顆粒,進(jìn)而減小了刀具的磨粒磨損,陶瓷刀具的總體切削性能得到改善。
【關(guān)鍵詞】：激光加工 陶瓷刀具 表面微織構(gòu) 有限元 磨損機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG711
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 符號(hào)說(shuō)明8-15
• 第一章 緒論15-25
• 1.1 課題研究背景和意義15-16
• 1.2 表面微織構(gòu)的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用16-22
• 1.2.1 表面微織構(gòu)的研究現(xiàn)狀16-19
• 1.2.2 表面微織構(gòu)在刀具中的應(yīng)用19-22
• 1.3 有限元法在研究金屬切削過(guò)程中的應(yīng)用22-24
• 1.4 課題來(lái)源及主要研究?jī)?nèi)容24
• 1.4.1 課題來(lái)源24
• 1.4.2 主要研究?jī)?nèi)容24
• 1.5 本章小結(jié)24-25
• 第二章 表面微織構(gòu)陶瓷刀具的制備、切削實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和仿真介紹25-39
• 2.1 表面微織構(gòu)陶瓷刀具的制備25-32
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料25-26
• 2.1.2 激光加工技術(shù)及激光設(shè)備26-28
• 2.1.3 表面微織構(gòu)的設(shè)計(jì)28-29
• 2.1.4 表面微織構(gòu)三維形貌的測(cè)量和分析29-32
• 2.2 切削實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)32-37
• 2.2.1 工件材料32-33
• 2.2.2 切削實(shí)驗(yàn)設(shè)備33-37
• 2.3 表面微織構(gòu)陶瓷刀具正交切削的有限元仿真介紹37-38
• 2.4 本章小結(jié)38-39
• 第三章 表面微織構(gòu)陶瓷刀具切削過(guò)程的有限元分析39-58
• 3.1 表面微織構(gòu)陶瓷刀具正交切削模型的建立與分析39-47
• 3.1.1 金屬?gòu)椝苄猿尚蔚挠邢拊碚摶A(chǔ)39-41
• 3.1.2 表面微織構(gòu)陶瓷刀具幾何模型的建立41
• 3.1.3 表面微織構(gòu)陶瓷刀具正交切削模型的建立41-45
• 3.1.4 表面微織構(gòu)陶瓷刀具正交切削模型的模擬結(jié)果分析45-47
• 3.2 表面微織構(gòu)的“二次切削”現(xiàn)象47-48
• 3.3 表面微織構(gòu)對(duì)切削力的影響48-50
• 3.4 表面微織構(gòu)對(duì)切削溫度的影響50-53
• 3.5 表面微織構(gòu)對(duì)切削應(yīng)力的影響53-56
• 3.6 本章小結(jié)56-58
• 第四章 表面微織構(gòu)陶瓷刀具切削4558-71
• 4.1 實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)方法58-59
• 4.2 表面微織構(gòu)陶瓷刀具切削4559-67
• 4.2.1 切削力59-62
• 4.2.2 切削溫度62-65
• 4.2.3 刀屑接觸面的平均摩擦系數(shù)65-67
• 4.3 表面微織構(gòu)陶瓷刀具切削4567-69
• 4.3.1 切削力67-68
• 4.3.2 切削溫度68-69
• 4.4 本章小結(jié)69-71
• 第五章 表面微織構(gòu)陶瓷刀具的磨損形貌和磨損機(jī)理分析71-100
• 5.1 實(shí)驗(yàn)方案71
• 5.2 表面微織構(gòu)陶瓷刀具的磨損分析71-88
• 5.2.1 表面微織構(gòu)陶瓷刀具的前刀面磨損72-82
• 5.2.2 表面微織構(gòu)陶瓷刀具的后刀面磨損82-88
• 5.3 表面微織構(gòu)對(duì)切屑的影響88-92
• 5.3.1 表面微織構(gòu)陶瓷刀具切削4588-89
• 5.3.2 表面微織構(gòu)對(duì)切屑尺寸的影響89-92
• 5.4 表面微織構(gòu)陶瓷刀具的磨損機(jī)理分析92-98
• 5.5 本章小結(jié)98-100
• 結(jié)論與展望100-103
• 參考文獻(xiàn)103-108
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文108-110
• 致謝110

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