發(fā)布時間：2020-06-29 20:59

【摘要】：本文基于刀具表面微織構(gòu)在傳統(tǒng)加工過程中存在的微織構(gòu)尺寸無法精確調(diào)控、加工燒蝕、加工精度低、加工效率低等問題,將等離子體刻蝕技術(shù)應(yīng)用到刀具表面微織構(gòu)的制備領(lǐng)域,提出了一種新型的刀具表面微織構(gòu)加工思路和方法。通過微織構(gòu)刀具的設(shè)計理論及等離子體刻蝕加工微織構(gòu)的工藝技術(shù)研究,研制開發(fā)出面向綠色切削的等離子體織構(gòu)化刀具制備方法,并通過干切削45號鋼試驗(yàn),系統(tǒng)地研究了等離子體織構(gòu)化刀具的切削特性。根據(jù)微織構(gòu)刀具的切削性能要求,結(jié)合正交試驗(yàn)設(shè)計方法與有限元切削仿真技術(shù),研究織構(gòu)上寬度、織構(gòu)間距、織構(gòu)深度、織構(gòu)刃邊距以及織構(gòu)刃邊角這五個織構(gòu)參數(shù)對微織構(gòu)刀具切削性能的影響。綜合考慮切削仿真正交試驗(yàn)得出的因素效果趨勢圖,分析得出理論最佳織構(gòu)參數(shù),并發(fā)現(xiàn)五個織構(gòu)參數(shù)中織構(gòu)刃邊角為影響微織構(gòu)刀具切削性能的主要因素。在此基礎(chǔ)上,對主要因素織構(gòu)內(nèi)刃邊角進(jìn)行二次優(yōu)化,得出實(shí)際最佳織構(gòu)參數(shù)為:織構(gòu)上寬度50μm、織構(gòu)間距90μm、織構(gòu)深度8μm、織構(gòu)刃邊距90μm以及織構(gòu)刃邊角80°。通過對等離子體織構(gòu)化刀具的制備工藝方案進(jìn)行設(shè)計研究,分析制備過程中刀具前處理工藝、光刻工藝、薄膜工藝、刻蝕工藝的工藝參數(shù)對微織構(gòu)成形產(chǎn)生的影響,并對等離子體刻蝕加工微織構(gòu)的刻蝕工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,得出最佳刻蝕加工工藝參數(shù):SF6/O2/Ar氣體流量比20/60/10sccm、上電極功率800W、下電極功率250W、氣體壓強(qiáng)3Pa、基片溫度60℃,最終成功制備出了等離子體織構(gòu)化刀具。將傳統(tǒng)無織構(gòu)刀具Tool NT與設(shè)計制備出的等離子體織構(gòu)化刀具Tool TT-P與Tool TT-Ⅰ進(jìn)行干切削45號鋼對比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:等離子體織構(gòu)化刀具不僅能降低切削過程中的切削力及切削溫度,還能有效地減少三向切削力的振動幅度,使干切削過程變得更加穩(wěn)定;三種刀具中,Tool TT-Ⅰ展現(xiàn)出最優(yōu)良的切削性能,且在高速切削環(huán)境下降低切削力的效果更加突出;然而,在低速環(huán)境下,兩種等離子體織構(gòu)化刀具的微織構(gòu)結(jié)構(gòu)都遭到破壞,失去了微織構(gòu)的減摩效果。
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG71
【圖文】：

德國學(xué)者Ｋｉｉ＿ｅｌ邋Ｊ［２３］等人將激光加工技術(shù)應(yīng)用到刀具表面微織構(gòu)加工中，逡逑該研宄者加工出凹孔陣列微織構(gòu)、垂直于主切削刃的條紋狀微織構(gòu)以及平行于主逡逑切削刃的條紋狀微織構(gòu)，如圖１．１所示。通過干切削１０４５鋼試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表逡逑明由于刀具表面上存在微織構(gòu)，因此刀具的抗粘結(jié)能力得到提高，且三款微織構(gòu)逡逑刀具中，凹孔陣列微織構(gòu)刀具的切削性能最好。逡逑（ａ）凹孔陣列邐（ｂ）垂直于主切削刃邐（ｃ）平行于主切削刃逡逑圖１．１激光加工技術(shù)加工的三種微織構(gòu)逡逑（ａ）無織構(gòu)邐（ｂ）微米級條紋狀微織構(gòu)（ｃ）納米級條紋狀微織構(gòu)逡逑圖１．２無織構(gòu)刀具與飛秒激光加工技術(shù)加工的微米級、納米級微織構(gòu)刀具逡逑日本學(xué)者Ｋａｗａｓｅｇｉ邋＃２６］等人采用飛秒激光加工技術(shù)在硬質(zhì)合金刀片表面加逡逑工出垂直于切屑流動方向的微米級條紋狀微織構(gòu)以及納米級條紋狀微織構(gòu)，如圖逡逑１．２所示。該研究者在微潤滑（ＭＱＬ）條件下進(jìn)行車削Ａ５０５２鋁合金試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)逡逑果表明，兩種微織構(gòu)刀具在車削過程中產(chǎn)生的切削力都比傳統(tǒng)無織構(gòu)刀具要低，逡逑且在降低進(jìn)給力和背吃刀力的效果上更顯著，而在降低主切削力的效果上則相對逡逑５逡逑

（ａ）車削４５號鋼邐（ｂ）車削６０６１鋁合金逡逑圖１．５微織構(gòu)刀具車削不同材料的切削力變化情況逡逑加拿大學(xué)者Ｋｏｓｈｙ邋Ｐ［２９］等人采用微細(xì)電火花技術(shù)加工出重疊式連續(xù)紋理溝槽逡逑微織構(gòu)及條紋狀線性溝槽微織構(gòu)。該研宄者采用這兩種微織構(gòu)刀具分別加工了逡逑１０４５鋼和６０６１鋁合金，切削力變化情況如圖１．５所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，盡管加逡逑工材料不同，但微織構(gòu)刀具都有效地降低了切削過程中的主切削力及進(jìn)給力，改逡逑善了刀－屑接觸區(qū)劇烈的摩擦情況。不僅如此，該研究者還指出微織構(gòu)到主切削逡逑刃間的距離關(guān)系到微織構(gòu)降低切削力效果的強(qiáng)弱，且該距離需要根據(jù)車削過程中逡逑的進(jìn)給量進(jìn)行調(diào)整。逡逑（ａ）凹孔陣列微織構(gòu)（ｂ）添加了邋ＭｏＳ，的凹孔陣列逡逑圖１．６微細(xì)電火花加工技術(shù)加工出的刀具表面微織構(gòu)形貌逡逑國內(nèi)學(xué)者宋文龍［３８］等人采用微細(xì)電火花加工技術(shù)制備出凹孔陣列微織構(gòu)刀逡逑具，并將固體潤滑劑Ｍ0Ｓ２填充到微織構(gòu)中，微織構(gòu)形貌如圖１．６所示。刀具基逡逑體材料為ＹＴ１４硬質(zhì)合金，其中凹孔的直徑為￥０．１５±０．０２ｍｍ，深度為０．３０ｍｍ。逡逑在干切削４５號鋼的車削試驗(yàn)中

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2734350