本文關(guān)鍵詞：304、20Cr鋼的摩擦特性及涂層刀具干切削性能研究

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【摘要】：干式切削作為一種綠色制造技術(shù)近年來被廣泛應(yīng)用于各類機(jī)械加工中,隨著表面工程技術(shù)的高速發(fā)展,以TiN涂層為代表的涂層刀具加速了干式切削加工的發(fā)展。由于涂層刀具可以不改變基體幾何尺寸及外形,且具有較高的硬度和耐磨性等優(yōu)勢(shì),采用涂層刀具進(jìn)行切削加工越來越受到重視。針對(duì)目前一些難加工材料,采用涂層刀具進(jìn)行干切削試驗(yàn)研究成為切削加工領(lǐng)域的熱點(diǎn)。本文主要采用TiN涂層刀具對(duì)304不銹鋼和20Cr鋼進(jìn)行干切削試驗(yàn),內(nèi)容包括：(1)通過加工獲得304不銹鋼和20Cr鋼試件,以氮化硅陶瓷球作為摩擦配副,通過往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)研究法向載荷對(duì)各自材料摩擦系數(shù)、磨損量的影響,并分析其摩擦機(jī)理；(2)采用未涂層刀具與TiN涂層刀具加工304不銹鋼時(shí)對(duì)切削力和切削溫度的研究,主要通過單因素試驗(yàn)法研究切削用量對(duì)各自目標(biāo)參數(shù)的影響,通過正交試驗(yàn)法研究切削力和切削溫度的最優(yōu)切削參數(shù),并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證；(3)采用TiN涂層刀具對(duì)20Cr鋼進(jìn)行干切削試驗(yàn)研究,主要包括單因素試驗(yàn)法研究改變切削參數(shù)對(duì)切削力和切削溫度的影響,基于響應(yīng)曲面法獲得切削力和切削溫度的預(yù)測(cè)模型,并對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證；(4)結(jié)合有限元軟件對(duì)切削加工進(jìn)行仿真,主要對(duì)切屑形成過程、切屑溫度分布和切削力動(dòng)態(tài)跟蹤等進(jìn)行研究,分析各自變化機(jī)理及規(guī)律,并對(duì)切削溫度進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。綜上研究可知：(1)通過往復(fù)滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)可知,304不銹鋼與20Cr鋼的摩擦系數(shù)和磨損量均隨載荷增大而增大,同載荷下的摩擦系數(shù)均是304不銹鋼大于20Cr鋼。(2)針對(duì)304不銹鋼材料加工,采用TiN涂層刀具比未涂層刀具的切削力和切削溫度都�。浑S著切削速度的增大,三向力呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),切向力和徑向力隨進(jìn)給量的增加而增大,三向力對(duì)背吃刀量的變化特別明顯,近似成倍增加；切削溫度總體隨切削速度和進(jìn)給量的增大而升高,改變背吃刀量對(duì)切削溫度的影響不明顯；采用正交試驗(yàn),用TiN涂層刀具對(duì)不銹鋼進(jìn)行試驗(yàn),獲得切削力和切削溫度的最優(yōu)組合參數(shù)分別為A2B1C1、A1B1C3。(3)采用涂層刀具對(duì)20Cr鋼進(jìn)行切削試驗(yàn),切向力隨切削速度的增大而減小,三向力隨進(jìn)給量和背吃刀量的增大而增大,但背吃刀量的影響程度更大；切削溫度隨切削用量的變化較為明顯,切削溫度總體隨切削用量的增大而升高；基于響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)獲得切削力和切削溫度的預(yù)測(cè)模型,誤差分別為2.96%、5.06%。(4)通過DEFORM-3D軟件仿真涂層刀具車削加工304不銹鋼,切屑的變形主要來自刀尖剪切和擠壓,第Ⅱ變形區(qū)的溫度最高,切削溫度的仿真數(shù)值與試驗(yàn)值誤差在4.5%～8.14%之間,具有較好的一致性。
【關(guān)鍵詞】：不銹鋼 20Cr鋼 摩擦 切削力 切削溫度
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG506
【目錄】：

• 摘要7-8
• ABSTRACT8-10
• 第1章 文獻(xiàn)綜述10-16
• 1.1 金屬干式切削概述10
• 1.2 金屬摩擦學(xué)概述10-11
• 1.3 不銹鋼的特點(diǎn)及切削研究現(xiàn)狀11-13
• 1.4 PVD-TiN涂層刀具切削研究現(xiàn)狀13-14
• 1.5 金屬切削加工有限元仿真研究現(xiàn)狀14
• 1.6 有待解決的問題14-16
• 第2章 緒論16-18
• 2.1 研究背景及意義16
• 2.2 課題來源和主要研究?jī)?nèi)容16-18
• 2.2.1 課題來源16
• 2.2.2 主要研究?jī)?nèi)容16-18
• 第3章 試驗(yàn)設(shè)備與材料18-22
• 3.1 試驗(yàn)設(shè)備18-21
• 3.1.1 試驗(yàn)機(jī)床18
• 3.1.2 數(shù)顯雙洛氏硬度計(jì)18-19
• 3.1.3 SFT-2M銷盤式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)19
• 3.1.4 PVD-TiN涂層沉積設(shè)備19-20
• 3.1.5 切削力檢測(cè)設(shè)備20
• 3.1.6 切削溫度檢測(cè)設(shè)備20-21
• 3.2 試驗(yàn)材料21-22
• 第4章 304不銹鋼與20Cr鋼的摩擦特性研究22-28
• 4.1 材料硬度22-23
• 4.1.1 硬度定義與測(cè)量方法22-23
• 4.1.2 硬度測(cè)量試驗(yàn)23
• 4.2 摩擦系數(shù)23-25
• 4.2.1 不同法向載荷對(duì)304不銹鋼摩擦系數(shù)的影響23-24
• 4.2.2 不同法向載荷對(duì)20Cr鋼摩擦系數(shù)的影響24-25
• 4.3 磨損量25-26
• 4.4 本章小結(jié)26-28
• 第5章 304不銹鋼切削力試驗(yàn)研究28-36
• 5.1 TiN涂層與未涂層刀具對(duì)不銹鋼切削力的單因素試驗(yàn)28-32
• 5.1.1 切削速度對(duì)切削力的影響28-30
• 5.1.2 進(jìn)給量對(duì)切削力的影響30-31
• 5.1.3 背吃刀量對(duì)切削力的影響31-32
• 5.2 TiN涂層對(duì)不銹鋼切削力的正交試驗(yàn)32-34
• 5.2.1 正交試驗(yàn)安排及結(jié)果分析32-34
• 5.2.2 優(yōu)化參數(shù)的試驗(yàn)驗(yàn)證34
• 5.3 本章小結(jié)34-36
• 第6章 304不銹鋼切削溫度試驗(yàn)研究36-44
• 6.1 TiN涂層與未涂層刀具對(duì)不銹鋼切削溫度的單因素試驗(yàn)36-39
• 6.1.1 切削速度對(duì)切削溫度的影響37
• 6.1.2 進(jìn)給量對(duì)切削溫度的影響37-38
• 6.1.3 背吃刀量對(duì)切削溫度的影響38-39
• 6.2 TiN涂層對(duì)不銹鋼切削溫度的正交試驗(yàn)39-41
• 6.2.1 正交試驗(yàn)準(zhǔn)備39
• 6.2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析39-41
• 6.2.3 優(yōu)化參數(shù)的試驗(yàn)驗(yàn)證41
• 6.3 本章小結(jié)41-44
• 第7章 20Cr鋼干切削試驗(yàn)研究44-56
• 7.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備與方法44
• 7.2 切削用量對(duì)涂層刀具切削力的影響44-50
• 7.2.1 切削速度對(duì)涂層刀具切削力的影響44-45
• 7.2.2 進(jìn)給量對(duì)涂層刀具切削力的影響45-46
• 7.2.3 背吃刀量對(duì)涂層刀具切削力的影響46-47
• 7.2.4 基于響應(yīng)曲面法建立切削用量對(duì)涂層刀具切削力的預(yù)測(cè)模型47-50
• 7.3 切削用量對(duì)涂層刀具切削溫度的影響50-54
• 7.3.1 切削速度對(duì)涂層刀具切削溫度的影響50
• 7.3.2 進(jìn)給量對(duì)涂層刀具切削溫度的影響50-51
• 7.3.3 背吃刀量對(duì)涂層刀具切削溫度的影響51-52
• 7.3.4 基于響應(yīng)曲面法建立切削用量對(duì)涂層刀具切削溫度的預(yù)測(cè)模型52-54
• 7.4 本章小結(jié)54-56
• 第8章 切削加工的有限元分析及試驗(yàn)驗(yàn)證56-64
• 8.1 DEFORM-3D軟件介紹56
• 8.2 切削加工過程的有限元模型建立56-59
• 8.2.1 刀具模型參數(shù)57
• 8.2.2 工件材料屬性定義57-58
• 8.2.3 切削動(dòng)態(tài)方案及邊界設(shè)置58
• 8.2.4 切屑分離準(zhǔn)則及刀-屑摩擦設(shè)置58-59
• 8.2.5 刀具磨損模型59
• 8.3 有限元仿真結(jié)果分析及試驗(yàn)驗(yàn)證59-63
• 8.3.1 切屑溫度的動(dòng)態(tài)研究59-61
• 8.3.2 切削力的動(dòng)態(tài)研究61-62
• 8.3.3 切削溫度的試驗(yàn)驗(yàn)證62-63
• 8.4 本章小結(jié)63-64
• 第9章 結(jié)論與展望64-66
• 9.1 結(jié)論64-65
• 9.2 展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 致謝70-72
• 發(fā)表論文及參加課題72

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本文編號(hào)：634660