鈦合金由于其自身優(yōu)良的力學(xué)性能在航天航空等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,但在加工過程中產(chǎn)生的高溫、高壓以及刀具表面出現(xiàn)的大量粘結(jié)現(xiàn)象,導(dǎo)致刀具磨損嚴(yán)重,大幅縮短刀具壽命。為了改善刀具與切屑間的摩擦狀態(tài),減緩摩擦界面間的劇烈程度,延長刀具的服役壽命,本文在硬質(zhì)合金刀具表面加工出三種類型的溝槽織構(gòu),并探究了微織構(gòu)刀具的減摩機(jī)理及切削鈦合金的性能。主要研究內(nèi)容如下:（1）硬質(zhì)合金表面激光織構(gòu)的制備。首先選擇不同的激光參數(shù),重點通過設(shè)置激光功率、掃描速度、掃描次數(shù)等,研究上述參數(shù)對織構(gòu)尺寸及形貌的影響,并找出最優(yōu)參數(shù)。選擇使用激光功率為40 W、掃描速度為100 mm/s、掃描次數(shù)為200次的激光加工參數(shù),并在硬質(zhì)合金刀具的前刀面加工出直線、正弦和菱形溝槽織構(gòu)。（2）硬質(zhì)合金表面微織構(gòu)在干摩擦下的減摩機(jī)理分析。通過有限元軟件ABAQUS建立微織構(gòu)硬質(zhì)合金試樣和鈦合金試樣在干摩擦下的三維模型,對摩擦過程中硬質(zhì)合金試樣和鈦合金試樣的應(yīng)力與溫度變化進(jìn)行仿真分析。為進(jìn)一步研究并對比硬質(zhì)合金表面微織構(gòu)存在的重要意義和功能,對無織構(gòu)硬質(zhì)合金試樣以及三種類型的織構(gòu)硬質(zhì)合金試樣進(jìn)行不同摩擦速度、不同載荷下的摩擦磨損實驗,重點... 

【文章來源】：青島理工大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：109 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鈦合金的應(yīng)用：(a)航天飛行器;(b)燃?xì)廨啓C(jī);(c)核電站;(d)潛艇;航空發(fā)動機(jī)汽車

青島理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文3的一種手段。在硬質(zhì)合金刀具表面加工出一定特征的微織構(gòu)可明顯改善刀具-工件間的摩擦特性，減緩刀具磨損，延長刀具壽命�，F(xiàn)有微織構(gòu)刀具的研究，主要集中在以下幾方面：（1）直線溝槽織構(gòu)、圓形凹坑織構(gòu)的性能研究；（2）脂潤滑、油潤滑下織構(gòu)的性能研究；（3）切削加工工件選擇為鋁合金、鋼的研究；（4）通過實驗探究織構(gòu)試樣性能。本文的創(chuàng)新點在于在刀具表面設(shè)計加工出正弦織構(gòu)和菱形織構(gòu)，通過數(shù)值模擬與實驗研究相結(jié)合的方法，探究刀具表面微織構(gòu)在刀具-切屑接觸區(qū)的抗磨減摩機(jī)制及對刀具切削性能的影響作用機(jī)理。1.3表面微織構(gòu)紋理加工技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀微織構(gòu)加工技術(shù)指的是在微米尺度下，通過物理或化學(xué)方法在摩擦副的表面加工出凹坑、溝槽或凸起結(jié)構(gòu)以改變現(xiàn)有表面形貌的技術(shù)。根據(jù)仿生學(xué)的研究，在荷葉表面存在復(fù)雜的介于微米-納米尺度的三維表面織構(gòu)，使水滴和沾染物與荷葉表面的實際接觸面積很小，水在荷葉上形成水滴，實現(xiàn)對污染物的潤濕和黏附[14]。此外，通過對蟑螂、鯊魚、蛇、蚯蚓及壁虎表面進(jìn)行觀測（如圖1-2），發(fā)現(xiàn)它們表面均呈現(xiàn)出凹凸不平的非規(guī)則的形貌。從仿生學(xué)原理可知，材料表面并非越光滑摩擦阻力越小，而是當(dāng)材料表面具有一定紋理結(jié)構(gòu)時具備很好的減摩潤滑性能，大自然的各類動植物為科學(xué)研究提供了一個很好的借鑒。（a）（b）（c）（d）（e）（f）圖1-2生物表面微觀形貌:(a)荷葉;(b)蛇;(c)蟑螂;(d)蚯蚓;(e)鯊魚;(f)壁虎Fig.1-2Micromorphologyofbiologicalsurface:(a)lotusleave;(b)snake;(c)cockroach;(d)earthworm;(e)shark;(f)gecko

析當(dāng)前研究中所加工出微織構(gòu)的類型主要有凸起、凹坑和溝槽三種。其中，凸起織構(gòu)中以圓柱凸起織構(gòu)、六邊形凸起織構(gòu)為主；凹坑織構(gòu)中以圓形凹坑織構(gòu)、半圓形凹坑織構(gòu)為主；溝槽織構(gòu)中以直線溝槽織構(gòu)、橢圓形溝槽織構(gòu)、三角形溝槽織構(gòu)、六邊形溝槽織構(gòu)為主。這幾種織構(gòu)目前不少學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了一些研究。穆謙[15]在聚二甲基硅氧烷表面利用光刻工藝加工出六邊形微凸起織構(gòu)（如圖1-3(a)），發(fā)現(xiàn)該類型的織構(gòu)在干摩擦下表現(xiàn)出良好的減摩效果，在油潤滑條件下會阻礙潤滑膜的形成，增大摩擦系數(shù)。賈洪鐸[16]設(shè)計加工出圓柱形（如圖1-3(b)）和密封六邊形（如圖1-3(c)）微凸起結(jié)構(gòu)，并分析了微凸起織構(gòu)在不同潤滑條件下對聚二甲基硅氧烷材料的表面摩擦學(xué)影響，發(fā)現(xiàn)凸起織構(gòu)試樣在干燥條件下比在潤滑條件下表現(xiàn)出了更大的靜摩擦力。鄭龍[17]根據(jù)東方沙蚺體表鱗片形貌，利用機(jī)械加工方法在柱塞材料45鋼表面設(shè)計加工出六邊形織構(gòu)，研究發(fā)現(xiàn)織構(gòu)試樣表現(xiàn)出了較小的摩擦系數(shù)，提高了材料的摩擦潤滑性能。(a)(b)(c)圖1-3不同類型凸起織構(gòu)Fig.1-3Differentkindsofconvextextures閆萌萌[18]在軸承鋼表面加工出面積占有率為5%、10%、15%的半圓型凹坑織構(gòu)（如圖1-4(a)）進(jìn)行摩擦實驗，研究發(fā)現(xiàn)面積占有率為15%、間距為162μm的半圓凹坑織構(gòu)表現(xiàn)出了最小的摩擦系數(shù)。Niketh[19]在銑刀表面加工出系列圓形凹坑織構(gòu)（如圖1-4(b)），發(fā)現(xiàn)銑刀表面微凹坑織構(gòu)能夠減小刀具-切屑接觸長度，并形成微孔潤滑效應(yīng)，提高刀具的銑削性能。劉緒超[11]優(yōu)化了激光加工工藝，借助超聲振動發(fā)生器及預(yù)熱處理的方法，在硬質(zhì)合金材料表面利用激光技術(shù)加工出階梯狀圓形凹坑織構(gòu)，發(fā)現(xiàn)該種激光加工工藝能減小織構(gòu)內(nèi)部微裂紋的產(chǎn)生。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]刀具表面不同角度正弦型溝槽織構(gòu)的數(shù)值模擬與實驗研究[J]. 張娜,楊發(fā)展,姜芙林.  表面技術(shù). 2019(08)
[2]表面微織構(gòu)硬質(zhì)合金對鈦合金的三維摩擦仿真分析[J]. 張娜,楊發(fā)展,劉緒超,劉國華,孫樹峰.  工具技術(shù). 2019(03)
[3]脈沖光纖激光制備聚晶金剛石疏液表面的研究[J]. 崔煒,郝秀清,陳馨雯,肖思濃,李亮.  中國機(jī)械工程. 2019(01)
[4]GCr15軸承鋼表面的激光凹/凸微織構(gòu)工藝[J]. 華希俊,張加力,解玄,平國峰,張玲慧,尹必峰.  中國激光. 2019(03)
[5]刀具表面織構(gòu)對刀-屑界面摩擦學(xué)特性的影響[J]. 逄明華,聶永芳,申福猴,馬利杰.  表面技術(shù). 2018(11)
[6]表面織構(gòu)激光加工技術(shù)研究現(xiàn)狀分析[J]. 張娜,楊發(fā)展,劉緒超,劉國華,孫樹峰.  工具技術(shù). 2018(11)
[7]表面織構(gòu)鈦合金的干摩擦和全氟聚醚油潤滑下的摩擦學(xué)性能研究[J]. 孫建芳,李傲松,蘇峰華,李助軍.  摩擦學(xué)學(xué)報. 2018(06)
[8]激光織構(gòu)工藝對銅表面紅外激光吸收率的影響[J]. 趙瑩,馮愛新,楊海華,程好.  表面技術(shù). 2018(09)
[9]微織構(gòu)刀具研究現(xiàn)狀[J]. 馮新敏,裴澤,胡景姝,計亞坤.  制造技術(shù)與機(jī)床. 2018(07)
[10]三角溝槽形織構(gòu)化硬質(zhì)合金工作表面動壓潤滑及減摩特性[J]. 鹿重陽,楊學(xué)鋒,王守仁,王硯軍,吳元博,陳海龍.  摩擦學(xué)學(xué)報. 2018(05)

博士論文
[1]鈦合金加工用深亞毫米尺度表面織構(gòu)刀具結(jié)構(gòu)與參數(shù)優(yōu)化研究[D]. 李寧.華中科技大學(xué) 2018
[2]抽油泵柱塞仿生六邊形織構(gòu)表面摩擦和潤滑性能研究[D]. 鄭龍.吉林大學(xué) 2018
[3]多尺度表面織構(gòu)陶瓷刀具的制備及其切削性能研究[D]. 邢佑強(qiáng).山東大學(xué) 2016
[4]表面織構(gòu)刀具切削鈦合金的基礎(chǔ)研究[D]. 蘇永生.南京航空航天大學(xué) 2015
[5]微織構(gòu)自潤滑與振蕩熱管自冷卻雙重效用的干切削刀具的研究[D]. 吳澤.山東大學(xué) 2013
[6]表面織構(gòu)電解加工技術(shù)的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用[D]. 錢雙慶.南京航空航天大學(xué) 2011

碩士論文
[1]典型鈦合金相變過程中膨脹曲線異�，F(xiàn)象研究[D]. 蔡馨.貴州大學(xué) 2019
[2]表面階梯狀微織構(gòu)刀具設(shè)計制造及其切削性能研究[D]. 劉緒超.青島理工大學(xué) 2018
[3]親疏復(fù)合織構(gòu)化PCD刀具表面的減摩性能研究[D]. 崔煒.南京航空航天大學(xué) 2018
[4]沖擊滑動條件下激光織構(gòu)化9Cr18表面的摩擦學(xué)行為研究[D]. 高雄開.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[5]表面微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀具干切削性能研究[D]. 蘇闖南.湖南科技大學(xué) 2017
[6]透過工業(yè)4.0解析“中國制造2025”[D]. 侯晉珊.北京工業(yè)大學(xué) 2017
[7]膠體掩膜電解加工表面微織構(gòu)實驗研究[D]. 王冠.河南理工大學(xué) 2017
[8]Ti6Al4V高速切削過程有限元模擬及切削參數(shù)優(yōu)化[D]. 張建飛.昆明理工大學(xué) 2017
[9]微/納織構(gòu)化刀具表面的潤濕性對減摩性能影響的研究[D]. 宋曉路.南京航空航天大學(xué) 2017
[10]微織構(gòu)刀具的設(shè)計與切削性能試驗研究[D]. 陳碧沖.北京理工大學(xué) 2015



本文編號：3448981