本文關(guān)鍵詞：氧化鋁基自潤滑陶瓷刀具切削過程的有限元模擬與實驗研究

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【摘要】：自潤滑陶瓷刀具材料是指在刀具材料中添加潤滑相,使刀具自身具有減摩、抗磨效果,這樣一來就能夠提高刀具的使用性能以及加工精度,從而在很大程度上改善當前在工件加工過程中所出現(xiàn)的誤差大、刀具壽命短以及精度不夠等問題,降低了因多次更換刀具而產(chǎn)生的環(huán)境污染和資源濫用程度,從根本上推進了工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展進程。本文列舉了5種有限元軟件,并進行了簡單的介紹。最終選擇使用DEFORM軟件來對Al_2O_3/TiC/CaF_2自潤滑陶瓷刀具材料進行有限元分析,核心研究該種材料在制成刀具之后所表現(xiàn)出來的工件切削性能,使最終的研究結(jié)果更具科學性和嚴謹性。同時,還對該種刀具材料的本構(gòu)方程進行介紹和深入探究,同時還介紹了其熱傳導(dǎo)控制方程;在此基礎(chǔ)之上還研究了在該類型刀具加工下的屑刀-接觸摩擦的具體種類,并且介紹了利用有限元網(wǎng)格劃分的方法來對復(fù)雜數(shù)據(jù)進行模型化的科學簡化手段。除此之外,還對該材料的物理性質(zhì)進行了較為深入的研究,對其中的核心參數(shù)進行了分析和計算,同時建立正交切削加工模型。本文模擬了自潤滑陶瓷刀具切削加工45#的切削過程,分析了切削過程中的切削溫度和切削力值的分布情況,認為固體潤滑劑CaF_2在切削溫度在接近504℃時,由脆性轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄?此時該刀具材料就會在切削加工的過程中起到一定的潤滑、減少摩擦的作用;同時,還詳細介紹和研究了之所以產(chǎn)生上述作用以及影響的原因。從切削加工影響因素的角度來對上述刀具材料進行分析和探究,分別研究切削速度、背吃刀量以及刀具前角對Al_2O_3/TiC/CaF_2自潤滑陶瓷刀具切削過程的影響:表明在切削速度越大,切削刃附近最高溫度越高,而切削力呈波動變化;背吃刀量分別為0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm時,背吃刀量越大,切削刃附近最高溫度越高,但不與加工材料切除量成正比地增大;認為γ=-8°的切削力與γ=-5°的切削力比較接近,刀具前角越小,切削溫度越低。在本文的最后,對Al_2O_3/TiC/CaF_2自潤滑陶瓷刀具進行了干切削試驗。持續(xù)切削45號鋼,刀具的磨損量與切削速度成正比增加,較低速度時以磨粒磨損為主,較高速度時是磨粒磨損和粘結(jié)磨損共同的磨損機制。前刀面的刀屑接觸區(qū)出現(xiàn)了固體潤滑劑氟化鈣的聚集和拖敷,表現(xiàn)出自潤滑效果。隨著切削速度和背吃刀量的增加,切削溫度與切削力也隨著升高,二者的變化趨勢與模擬結(jié)果一致。
【關(guān)鍵詞】：有限元方法 自潤滑陶瓷刀具 切削模擬 切削溫度 切削力
【學位授予單位】：齊魯工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG711
【目錄】：

• 摘要7-8
• ABSTRACT8-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 自潤滑陶瓷刀具材料設(shè)計的研究進展10-11
• 1.2 有限元方法在切削模擬中的應(yīng)用11-16
• 1.2.1 有限元軟件的介紹及應(yīng)用11-14
• 1.2.2 有限元法在刀具研究中的主要應(yīng)用14-16
• 1.3 本課題研究的目的及意義16-18
• 1.3.1 研究目的及意義16
• 1.3.2 主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 切削過程的有限元模擬基礎(chǔ)18-27
• 2.1 剛粘塑性有限元法的基本原理18-22
• 2.1.1 剛粘塑性材料流動的基本方程18-19
• 2.1.2 虛功原理19-20
• 2.1.3 變分原理20-21
• 2.1.4 刀屑接觸摩擦類型21-22
• 2.1.5 網(wǎng)格自動劃分22
• 2.1.6 有限元模擬簡化方法22
• 2.2 自潤滑陶瓷刀具材料模型參數(shù)的確定22-26
• 2.2.1 材料體系的確定22-23
• 2.2.2 物性參數(shù)模型23-25
• 2.2.3 物性參數(shù)的確定25-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第3章 切削過程的有限元模擬及特性分析27-42
• 3.1 切削過程有限元模擬27-34
• 3.1.1 切削模型的分類27-29
• 3.1.2 切削溫度分析29
• 3.1.3 切削力分析29-30
• 3.1.4 刀具材料的加工參數(shù)30-33
• 3.1.5 工件材料物理性能參數(shù)33-34
• 3.2 自潤滑陶瓷刀具的切削溫度和切削力的分析34-35
• 3.3 背吃刀量對自潤滑陶瓷刀具材料切削性能的影響35-37
• 3.4 切削速度對自潤滑陶瓷刀具材料切削性能的影響37-39
• 3.5 刀具前角對自潤滑陶瓷刀具材料切削性能的影響39-41
• 3.6 本章小結(jié)41-42
• 第4章 自潤滑陶瓷刀具的制備及其切削性能42-51
• 4.1 自潤滑陶瓷刀具材料的原料及制備工藝42-43
• 4.2 自潤滑陶瓷刀具材料的力學性能43-44
• 4.2.1 力學性能測試方法43-44
• 4.2.2 力學性能分析44
• 4.3 自潤滑陶瓷刀具材料的微觀結(jié)構(gòu)44-46
• 4.3.1 X射線衍射分析44-45
• 4.3.2 掃描電鏡分析45-46
• 4.4 自潤滑陶瓷刀具的切削性能46-49
• 4.4.1 切削試驗條件46
• 4.4.2 切削性能分析46-49
• 4.5 本章小結(jié)49-51
• 第5章 結(jié)論與展望51-53
• 參考文獻53-57
• 致謝57

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