本文關(guān)鍵詞：黑色金屬金剛石切削刀具磨損及其抑制的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：黑色金屬因其具有良好的機械力學性能,在工業(yè)和國民經(jīng)濟領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。然而在實際生產(chǎn)中,有很多形狀復(fù)雜、加工精度要求極高的黑色金屬制成的零件,加工方式仍采用傳統(tǒng)的磨削、研磨及拋光工藝,其加工周期長、成本高且加工精度也難以保證,迫切需要采用高效超精密微量切削方式實現(xiàn)以車代磨,以提高加工效率和加工精度。天然單晶金剛石是世界上公認的最理想的超精密切削用刀具材料,但在常規(guī)條件下因其磨損速率過快而不能用于黑色金屬切削。因此,進行黑色金屬金剛石切削刀具磨損及其抑制的研究,對擴大金剛石超精密切削技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的意義。金剛石刀具磨損機理的研究是實現(xiàn)黑色金屬超精密切削加工的基礎(chǔ)。當前普遍接受的刀具熱化學磨損機理僅考慮了溫度的作用,忽略了實際加工過程中機械力作用下的摩擦磨損行為對刀具磨損的影響。因此,本文基于摩擦化學理論,綜合考慮力和熱對刀具磨損過程的影響,分析了黑色金屬金剛石切削過程中刀具磨損的主要影響因素;通過黑色金屬金剛石界面熱腐蝕實驗,獲得了界面摩擦化學反應(yīng)類型及條件;以此為基礎(chǔ),進行了黑色金屬金剛石界面摩擦磨損實驗,系統(tǒng)地研究了機械力、摩擦速度、工件材料組份及摩擦界面溫度對刀具磨損影響的主次關(guān)系及規(guī)律,為探索抑制刀具磨損的技術(shù)措施提供了理論基礎(chǔ)。為了進一步研究黑色金屬金剛石界面的摩擦磨損行為,對界面摩擦過程進行了仿真建模與分析,獲得了正壓力和摩擦速度對摩擦接觸區(qū)溫度場分布及應(yīng)力狀態(tài)的影響規(guī)律;基于界面摩擦磨損實驗結(jié)果,建立了金剛石刀具磨擦化學磨損的數(shù)學預(yù)測模型;在此基礎(chǔ)上,進行了典型黑色金屬材料的單晶金剛石切削實驗,對黑色金屬金剛石界面熱腐蝕實驗和摩擦磨損實驗結(jié)果以及所建立的金剛石刀具磨擦化學磨損的數(shù)學預(yù)測模型的正確性進行了驗證。在以上研究基礎(chǔ)上,本文分別對金剛石的石墨化磨損過程、擴散磨損過程以及氧化磨損過程進行了研究。采用分子動力學仿真技術(shù),分析了過渡金屬Fe元素對金剛石晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生石墨化轉(zhuǎn)變的催化作用機理;建立了單晶金剛石中碳原子向Fe晶格中擴散的數(shù)學預(yù)測模型,并對金剛石刀具切削黑色金屬時的擴散過程進行了數(shù)值模擬和相關(guān)實驗驗證;基于化學反應(yīng)的熱力學理論,對金剛石刀具氧化磨損過程進行了熱力學分析并進行了相關(guān)實驗驗證,為闡明金剛石刀具的氧化磨損機理提供了理論依據(jù)。結(jié)合機械力和溫度對刀具磨損影響的分析,本文進行了基于超聲振動效應(yīng)的刀具磨損抑制的仿真及實驗研究,分析了超聲振動切削降低刀具磨損的作用機理。在此基礎(chǔ)上,進行了單晶金剛石刀具超聲振動切削典型模具鋼的實驗,獲得了工藝參數(shù)對刀具磨損及加工表面粗糙度的影響規(guī)律。此外,進行了基于低溫微量潤滑的刀具磨損抑制的仿真及實驗研究,獲得了不同冷卻潤滑方式和不同切削液對模具鋼金剛石切削刀具磨損的影響規(guī)律,結(jié)果表明,低溫微量潤滑方式和納米流體切削液在減小金剛石刀具磨損方面具有明顯優(yōu)勢。在以上研究的基礎(chǔ)上,提出了采用超聲振動和低溫納米流體微量潤滑復(fù)合切削黑色金屬以降低金剛石刀具磨損的工藝措施,實驗結(jié)果表明,該復(fù)合切削工藝可顯著提高刀具耐用度。
【關(guān)鍵詞】：黑色金屬 金剛石刀具 磨損機理 摩擦化學 超聲振動效應(yīng) 低溫微量潤滑 納米流體
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG711;TG501
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第1章 緒論14-29
• 1.1 課題來源14
• 1.2 課題背景及研究的目的和意義14-16
• 1.3 黑色金屬金剛石切削加工技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-25
• 1.3.1 黑色金屬金剛石切削工藝的研究16-23
• 1.3.2 黑色金屬金剛石切削刀具磨損機理的研究23-25
• 1.4 摩擦化學理論的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀25-27
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容27-29
• 第2章 熱-力耦合作用下金剛石刀具磨損過程的摩擦化學分析29-59
• 2.1 引言29
• 2.2 基于摩擦化學理論的刀具磨損主要影響因素分析29-35
• 2.2.1 摩擦化學反應(yīng)的主要影響因素29-32
• 2.2.2 摩擦化學反應(yīng)的類型及反應(yīng)速率研究32-34
• 2.2.3 金剛石刀具磨損的主要影響因素34-35
• 2.3 黑色金屬金剛石界面熱腐蝕實驗研究35-47
• 2.3.1 界面熱腐蝕實驗基本原理35-38
• 2.3.2 界面熱腐蝕實驗方案設(shè)計38-39
• 2.3.3 界面熱腐蝕實驗結(jié)果及分析39-47
• 2.4 黑色金屬金剛石界面摩擦磨損實驗研究47-58
• 2.4.1 界面摩擦磨損實驗方案設(shè)計47-51
• 2.4.2 界面摩擦磨損實驗結(jié)果與分析51-58
• 2.5 本章小結(jié)58-59
• 第3章 黑色金屬金剛石摩擦化學磨損預(yù)測模型研究59-74
• 3.1 引言59
• 3.2 界面摩擦磨損的有限元仿真分析59-66
• 3.2.1 摩擦過程的有限元仿真建模59-61
• 3.2.2 摩擦過程的有限元仿真結(jié)果及分析61-66
• 3.3 刀具摩擦化學磨損預(yù)測模型的建立66-68
• 3.4 刀具摩擦化學磨損預(yù)測模型的實驗驗證68-73
• 3.4.1 切削力對刀具磨損的影響68
• 3.4.2 切削溫度對刀具磨損的影響68-69
• 3.4.3 切削速度對刀具磨損的影響69-71
• 3.4.4 工件材料組份對刀具磨損的影響71-73
• 3.5 本章小結(jié)73-74
• 第4章 黑色金屬金剛石切削刀具磨損機理研究74-97
• 4.1 引言74
• 4.2 金剛石石墨化磨損過程的分子動力學仿真研究74-83
• 4.2.1 過渡金屬對金剛石石墨化的催化作用分析74-78
• 4.2.2 單晶金剛石切削純鐵時刀具磨損過程的分子動力學建模與仿真78-83
• 4.3 金剛石擴散磨損過程的建模分析與實驗研究83-90
• 4.3.1 金剛石刀具擴散磨損模型的建立83-86
• 4.3.2 擴散過程中碳原子濃度分布的數(shù)值模擬86-87
• 4.3.3 金剛石刀具擴散磨損模型的實驗驗證87-90
• 4.4 金剛石氧化磨損過程的熱力學分析90-96
• 4.4.1 化學反應(yīng)的熱力學理論90-91
• 4.4.2 金剛石刀具氧化磨損過程的熱力學分析91-96
• 4.5 本章小結(jié)96-97
• 第5章 黑色金屬金剛石切削刀具磨損抑制研究97-136
• 5.1 引言97
• 5.2 基于超聲振動效應(yīng)的刀具磨損抑制的仿真及實驗研究97-116
• 5.2.1 超聲振動效應(yīng)對刀具磨損抑制作用的實驗研究97-103
• 5.2.2 超聲振動切削模具鋼時工藝參數(shù)對刀具磨損影響的仿真分析103-110
• 5.2.3 超聲振動切削模具鋼時工藝參數(shù)對刀具磨損影響的實驗研究110-116
• 5.3 基于低溫微量潤滑的刀具磨損抑制的仿真及實驗研究116-132
• 5.3.1 低溫微量潤滑對刀具磨損抑制作用的分析116-119
• 5.3.2 不同冷卻潤滑方式及切削液對刀具磨損影響的仿真分析119-125
• 5.3.3 不同冷卻潤滑方式及切削液對刀具磨損影響的實驗研究125-132
• 5.4 基于超聲振動與低溫納米流體微量潤滑復(fù)合作用的刀具磨損抑制研究1195.5 本章小結(jié)132-135
• 5.5 本章小結(jié)135-136
• 結(jié)論136-138
• 參考文獻138-147
• 攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其它成果147-149
• 致謝149-150
• 個人簡歷150

  本文關(guān)鍵詞：黑色金屬金剛石切削刀具磨損及其抑制的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：352084