高速銑削加工技術(shù)在航空航天制造業(yè)和模具產(chǎn)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用,銑削形貌表面狀態(tài)會對工件的服役性能以及使用壽命造成重要影響。依據(jù)自然界某些生物體表具備減磨、抗阻和潤滑等特性,參照生物體表的形貌參數(shù),借助各種機(jī)械加工手段制備的功能表面在實際工程中得到了廣泛的應(yīng)用。本文對自然界存在的仿生非光滑體表進(jìn)行了顯微觀測,重點研究不同排列方式的仿生非光滑單元體對工件磨損性能的影響,借助有限元分析技術(shù)獲得最優(yōu)耐磨形貌,通過等效連續(xù)沖壓仿真對模具磨損的全過程變化規(guī)律進(jìn)行了描述,所得結(jié)論對耐磨模具設(shè)計和實際工程應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義,主要工作如下:首先,基于仿生學(xué)對不同生物非光滑耐磨體表的案例進(jìn)行研究與分析,綜合凹坑形貌具備優(yōu)良的耐磨性能與銑削形貌之間的關(guān)系,確定以蜣螂為研究對象;采用超景顯微觀測手段對蜣螂的體表形貌進(jìn)行了探究,在銑削形貌成形機(jī)理的分析基礎(chǔ)之上,將仿生非光滑單元體與銑削形貌進(jìn)行有效的結(jié)合,提出了典型的仿生形貌。其次,依據(jù)蜣螂微觀單元尺寸優(yōu)選了不同銑削參數(shù)范圍域并建立仿真模型,借助有限元分析手段,以磨損深度、溫度、應(yīng)變和應(yīng)力為指標(biāo),對不同紋理角度形貌的耐磨性能進(jìn)行研究,得出最佳耐磨紋理角度和最優(yōu)形... 

【文章來源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

銑削形貌

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-2-忽略了沖壓過程中形貌變化對磨損性能的影響，難以反映真實連續(xù)沖壓過程中模具表面產(chǎn)生的累計磨損大小，因此為了探究模具磨損的全過程，對模具形貌磨損不同階段進(jìn)行連續(xù)沖壓模擬仿真是有必要的。仿生非光滑表面具有一定的減磨作用，基于仿生學(xué)利用自然界中某些生物體表的非光滑形態(tài)具有耐磨、減阻、抗粘附、潤滑等特性，通過對典型耐磨生物非光滑體表的觀測，分析仿生非光滑單元尺寸與耐磨性能的內(nèi)在關(guān)系，實現(xiàn)基于服役性能的加工與優(yōu)化，為耐磨模具的設(shè)計和生產(chǎn)提供新的設(shè)計思路。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1仿生非光滑理論研究現(xiàn)狀Wu對高壓海水軸向柱塞泵關(guān)鍵部件圓柱端口板進(jìn)行了研究，圓柱端口板的材料為玻璃纖維-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料（GF/EPR），在圓柱端口板的上表面制備出了半球形凹坑、圓錐形凹坑、錐形圓柱組合凹坑、圓柱形凹坑和通口，通過摩擦磨損實驗得出了磨損質(zhì)量和摩擦系數(shù)的變化規(guī)律，結(jié)果表明圓形凹坑的磨損量和摩擦系數(shù)均為最小[2]，如圖1-2所示為泵體表面形貌。圖1-2泵體表面形貌Fig.1-2SurfacemorphologyofpumpbodyLiu將仿生非光滑技術(shù)應(yīng)用在液力變矩器中，提出了一種綠色減阻的創(chuàng)新方法，通過研究發(fā)現(xiàn)泵輪殼體的上的凹槽相對于外部區(qū)域存在明顯的旋轉(zhuǎn)流動，形成“渦流緩沖效應(yīng)”，減弱了速度梯度的變化，改變了流體與表面之間的接觸狀態(tài)，同時凹槽和壁中流體的相對轉(zhuǎn)速變小，進(jìn)而使得凹槽表面的摩擦阻力下降[3]。土壤穴居動物的非光滑體表有助于降低自身與土壤接觸的阻力，BenardChirende將這種仿生非光滑表面的概念應(yīng)用于圓盤犁，以找出不同仿生單元對

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-8-同仿生形貌對磨損影響的內(nèi)在原因，得到了不同磨損階段沖壓次數(shù)與磨損深度的映射關(guān)系模型，其目的是為制備高耐磨模具加工參數(shù)的選取提供理論支持。研究思路如圖1-3所示，具體工作如下：（1）對不同生物非光滑耐磨體表案例進(jìn)行了總結(jié)，借助形貌檢測手段確定了蜣螂體表單元形貌的三維尺寸，基于仿生非光滑理論，提出了亂序排列形貌、四邊形凹坑形貌和六邊形凹坑形貌，通過定義紋理角度對不同形貌進(jìn)行了區(qū)分。（2）對三種典型紋理角度進(jìn)行建模，以磨損深度、溫度、應(yīng)力應(yīng)變?yōu)橹笜?biāo)，通過平面磨損仿真對三種形貌的耐磨性能進(jìn)行了研究，得出了最佳耐磨紋理角度。結(jié)合蜣螂體表參數(shù)，借助平面磨損仿真得出了最優(yōu)耐磨表面和相應(yīng)的銑削參數(shù)。（3）參照實際工況對沖壓力、沖壓間隙和沖壓行程進(jìn)行合理計算，確定模具和板料設(shè)計關(guān)鍵尺寸，利用銑削實驗對模具關(guān)鍵部位進(jìn)行加工，采用U形彎曲成形實驗對模具磨損的關(guān)鍵部位進(jìn)行分析，借助超景深對模具磨損部位進(jìn)行觀測，利用掃描電鏡對模具服役前后微觀形貌進(jìn)行分析。（4）借助單次沖壓連續(xù)仿真對磨損區(qū)域的載荷和最大磨損深度進(jìn)行了分析，通過對模具的受力分析以及對沖壓模型進(jìn)行簡化，探討了形貌不同磨損高度下沖壓模具與磨損深度的變化規(guī)律，最后建立了不同磨損高度下沖壓次數(shù)與磨損深度的映射關(guān)系模型。圖1-3研究路線Fig.1-3Technicalrouteofresearch

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]凹坑形仿生非光滑軋輥耐磨性研究[D]. 楊卓娟.吉林大學(xué) 2006

碩士論文
[1]耐磨仿生表面高速銑削加工方法研究及其性能分析[D]. 樸明健.哈爾濱理工大學(xué) 2019
[2]基于服役性能的高速銑削淬硬鋼表面質(zhì)量研究[D]. 劉洪麗.哈爾濱理工大學(xué) 2016
[3]具備多種生物特征的液力變矩器減阻增效研究[D]. 劉長鎖.吉林大學(xué) 2015
[4]蝗蟲后足的結(jié)構(gòu)形態(tài)仿生信息采集及生物力學(xué)測試[D]. 高吭.吉林大學(xué) 2006



本文編號：3271371