本文關鍵詞：陶瓷刀具表面微織構(gòu)對刀具切削性能的影響研究

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

【摘要】：摩擦學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特性。將該技術(shù)應用到陶瓷刀具中,能夠有效解決高速切削淬火鋼等難加工材料時刀具的磨損問題。因此,本文針對不同形狀和截面尺寸的表面微織構(gòu)陶瓷刀具進行有限元分析和切削實驗,研究陶瓷刀具表面微織構(gòu)對刀具切削性能的影響,主要工作內(nèi)容如下：(1)運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)尺寸在設計和實驗過程中的一致性。(2)運用ABAQUS有限元軟件進行表面微織構(gòu)陶瓷刀具切削45#淬火鋼的正交切削過程仿真,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),主要針對切削過程中的切削力、切削溫度和切削應力的大小和分布進行分析。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、切削溫度和切削應力的大小和分布均不同；微溝槽寬度為25μm時刀屑之間不存在“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,切削應力越集中,當深度小于20μm,寬度小于35μm,間距小于75μm時,陶瓷刀具的總體切削性能得到改善,刀具強度較高。(3)運用壓電式測力儀和紅外測溫法檢測陶瓷刀具切削過程中的切削力和切削溫度,采用單因素實驗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,實驗結(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,在深度為10μm,寬度為25μm,間距為50μm時,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)通過高速干切削實驗,對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,并研究對應的切屑鋸齒化程度,分析不同表面微織構(gòu)對陶瓷刀具切削性能的影響,實驗結(jié)果表明：表面微織構(gòu)的形狀和截面尺寸對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,陶瓷刀具的總體磨損量較小。(5)通過SEM和EDX對陶瓷刀具前、后刀面的磨損形貌和切屑形貌進行分析,結(jié)合陶瓷材料本身特點,分析不同表面微織構(gòu)對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。
【關鍵詞】：激光加工 陶瓷刀具 表面微織構(gòu) 有限元 磨損機理
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG711
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 符號說明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)在刀具中的應用19-22
• 1.3 有限元法在研究金屬切削過程中的應用22-24
• 1.4 課題來源及主要研究內(nèi)容24
• 1.4.1 課題來源24
• 1.4.2 主要研究內(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、切削實驗設計和仿真介紹25-39
• 2.1 表面微織構(gòu)陶瓷刀具的制備25-32
• 2.1.1 實驗材料25-26
• 2.1.2 激光加工技術(shù)及激光設備26-28
• 2.1.3 表面微織構(gòu)的設計28-29
• 2.1.4 表面微織構(gòu)三維形貌的測量和分析29-32
• 2.2 切削實驗設計32-37
• 2.2.1 工件材料32-33
• 2.2.2 切削實驗設備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 金屬彈塑性成形的有限元理論基礎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)對切削力的影響48-50
• 3.4 表面微織構(gòu)對切削溫度的影響50-53
• 3.5 表面微織構(gòu)對切削應力的影響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 實驗條件和實驗方法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理分析71-100
• 5.1 實驗方案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103-108
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文108-110
• 致謝110

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 艾興,鄧建新,趙軍,黃傳真,劉戰(zhàn)強;陶瓷刀具的發(fā)展及其應用[J];機械工人.冷加工;2000年09期

2 王寶友,崔麗華,黃傳真,艾興;陶瓷刀具的發(fā)展與應用[J];工具技術(shù);2001年01期

3 王永國,李兆前,鄧建新,趙軍;陶瓷刀具低速切削時的有限元分析[J];工具技術(shù);2001年06期

4 王寶友,崔麗華,黃傳真,艾興;陶瓷刀具使用中應注意的幾個問題[J];機械工藝師;2001年06期

5 ;金屬陶瓷刀具研究有重大創(chuàng)新[J];軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品;2001年02期

6 苗赫濯,齊龍浩,司文捷,仇啟源;新型陶瓷刀具在超硬材料加工中的應用[J];機械工程師;2001年01期

7 張彥博;陶瓷刀具的發(fā)展與使用[J];攀枝花大學學報;2001年04期

8 王寶友,崔麗華,黃傳真,艾興;兩類陶瓷刀具的現(xiàn)狀、性能與應用[J];陶瓷學報;2001年01期

9 姜春光,翟書研;陶瓷刀具在生產(chǎn)中的應用介紹[J];一重技術(shù);2002年01期

10 劉祖德;應用陶瓷刀具以車代磨[J];機械工人.冷加工;2002年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳國楨;謝華永;盧振偉;;陶瓷刀具在軸承加工中的應用[A];2009全國機電企業(yè)工藝年會<廈工杯>工藝征文論文集[C];2009年

2 葉毅;葉偉昌;;陶瓷刀具概述[A];中國數(shù)控機床展覽會論文集[C];2004年

3 許崇海;艾興;黃傳真;;陶瓷刀具切削加工中的裂紋現(xiàn)象[A];面向21世紀的生產(chǎn)工程——2001年“面向21世紀的生產(chǎn)工程”學術(shù)會議暨企業(yè)生產(chǎn)工程與產(chǎn)品創(chuàng)新專題研討會論文集[C];2001年

4 彭志堅;李文治;苗赫濯;石峰;;MEVVA源離子注入陶瓷刀具表面改性研究[A];2004全國荷電粒子源、粒子束學術(shù)會議論文集[C];2004年

5 ;納米氮化鈦陶瓷刀具研制成功[A];慶祝中國硅酸鹽學會成立六十周年專輯[C];2005年

6 李永洪;徐煒;王曉華;張波;潘敏元;;陶瓷刀具材料增強增韌機制的TEM研究[A];第七次全國電子顯微學會議論文摘要集[C];1993年

7 苗赫濯;彭志堅;吳冰;楊思澤;劉赤子;齊龍浩;;高能量密度脈沖等離子槍在陶瓷刀具上沉積高硬耐磨涂層研究[A];中國硅酸鹽學會2003年學術(shù)年會論文摘要集[C];2003年

8 石增敏;鄭勇;游敏;豐平;劉文俊;;氮化處理金屬陶瓷刀具的磨損形態(tài)和機理[A];第六屆中國功能材料及其應用學術(shù)會議論文集（10）[C];2007年

9 韓成良;趙娣芳;丁明;;TiN納米顆粒增強(Ti,W,Mo)C@TiC-Ni金屬陶瓷刀具的制備[A];安徽省機械工程學會成立50周年論文集[C];2014年

10 許崇海;張榮波;馮曰美;肖光春;;Al_2O_3-Ti(C，，N)-SiC新型陶瓷刀具材料加工工具鋼和鑄鐵時的磨損特性[A];《硅酸鹽學報》創(chuàng)刊50周年暨中國硅酸鹽學會2007年學術(shù)年會論文摘要集[C];2007年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 本報記者 孫圓;陶瓷刀具：外柔內(nèi)剛露鋒芒[N];中國質(zhì)量報;2013年

2 陳冀渝;新型陶瓷刀具的研發(fā)新進展[N];廣東建設報;2007年

3 何達;新型納米材料金屬陶瓷刀具[N];中國有色金屬報;2001年

4 劉志國;新型特種陶瓷刀具材料發(fā)展展望[N];廣東建設報;2007年

5 阮霞;納米材料制成金屬陶瓷刀具[N];中華建筑報;2004年

6 陶達;合工大用納米材料制成金屬陶瓷刀具[N];中國有色金屬報;2004年

7 通訊員 霍效忠 王曉芒 記者 王春;金屬陶瓷刀具研究有重大創(chuàng)新[N];科技日報;2000年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 趙國龍;原位生長TiB_2棒晶增韌陶瓷刀具及其磨損可靠性評價研究[D];山東大學;2015年

2 陳照強;核—殼包覆自潤滑陶瓷刀具研制及其切削性能研究[D];山東大學;2016年

3 李彬;原位反應自潤滑陶瓷刀具的設計開發(fā)及其減摩機理研究[D];山東大學;2010年

4 方斌;燒結(jié)過程中陶瓷刀具材料微觀組織結(jié)構(gòu)演變模擬研究[D];山東大學;2007年

5 王珉;基于元胞自動機模型的陶瓷刀具材料及其切削性能研究[D];山東大學;2012年

6 曹同坤;自潤滑陶瓷刀具的設計開發(fā)及其自潤滑機理研究[D];山東大學;2005年

7 周婷婷;陶瓷刀具材料納觀界面行為和微觀斷裂行為模擬研究[D];山東大學;2012年

8 崇學文;碳熱還原合成晶須增韌陶瓷刀具研究[D];山東大學;2011年

9 殷增斌;高速切削用陶瓷刀具多尺度設計理論與切削可靠性研究[D];山東大學;2014年

10 彭志堅;載能離子陶瓷刀具表面改性研究[D];清華大學;2004年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 祝賀;陶瓷刀具與不銹鋼的擴散特性研究[D];湘潭大學;2011年

2 孫士帥;微波燒結(jié)氧化鋁基陶瓷刀具的研究[D];南京理工大學;2015年

3 王利梅;TiB_2復合TiC基金屬陶瓷刀具的研制及其切削性能研究[D];山東大學;2015年

4 劉雪飛;SiC晶須與納米顆粒協(xié)同增韌Al_2O_3基陶瓷刀具及其切削性能研究[D];山東大學;2015年

5 李福盟;Al_2O_3-TiN-CaF_2納米復合自潤滑陶瓷刀具材料的制備及其性能研究[D];齊魯工業(yè)大學;2015年

6 黃海霞;納米CaF_2改性自潤滑陶瓷刀具材料的制備及性能研究[D];齊魯工業(yè)大學;2015年

7 劉曦陽;Al_2O_3/SiC陶瓷刀具材料微觀組織演變的模擬[D];河北工業(yè)大學;2015年

8 王金龍;層狀Al_2O_3/WC陶瓷刀具材料素坯制備機理及燒結(jié)工藝的研究[D];太原理工大學;2016年

9 高棱;Si_3N_4陶瓷刀具切削性能的有限元研究以及切削參數(shù)的遺傳算法優(yōu)化[D];廣東工業(yè)大學;2016年

10 曾俊杰;PVD涂層陶瓷刀具切削灰鑄鐵的性能研究[D];廣東工業(yè)大學;2016年

本文編號：1000852