陶瓷刀具表面微织构对刀具切削性能的影响研究

发布时间：2017-10-09 15:07

  本文关键词：陶瓷刀具表面微织构对刀具切削性能的影响研究

  更多相关文章： 激光加工 陶瓷刀具 表面微织构 有限元 磨损机理

【摘要】：摩擦学研究表明表面微织构可以有效地提高接触表面承载力,改善接触表面摩擦学特性。将该技术应用到陶瓷刀具中,能够有效解决高速切削淬火钢等难加工材料时刀具的磨损问题。因此,本文针对不同形状和截面尺寸的表面微织构陶瓷刀具进行有限元分析和切削实验,研究陶瓷刀具表面微织构对刀具切削性能的影响,主要工作内容如下：(1)运用脉冲光纤激光器在Al2O3-TiC陶瓷刀具前刀面加工不同形状和截面尺寸的表面微织构,并使用激光共聚焦显微镜进行表面微织构形貌观察,分析表面微织构形貌和结构尺寸的优良,保证表面微织构结构尺寸在设计和实验过程中的一致性。(2)运用ABAQUS有限元软件进行表面微织构陶瓷刀具切削45#淬火钢的正交切削过程仿真,表面微织构包括不同深度、宽度和间距的横向表面微织构,主要针对切削过程中的切削力、切削温度和切削应力的大小和分布进行分析。结果表明：微沟槽的深度、宽度和间距不同,陶瓷刀具的切削力、切削温度和切削应力的大小和分布均不同；微沟槽宽度为25μm时刀屑之间不存在“二次切削”,随着宽度的增大,“二次切削”现象越明显；随着深度、宽度和间距的增大,切削力和切削温度逐渐增大,切削应力越集中,当深度小于20μm,宽度小于35μm,间距小于75μm时,陶瓷刀具的总体切削性能得到改善,刀具强度较高。(3)运用压电式测力仪和红外测温法检测陶瓷刀具切削过程中的切削力和切削温度,采用单因素实验研究方法分析不同形状和不同截面尺寸的表面微织构陶瓷刀具的切削性能,并分析前刀面的平均摩擦系数的变化,实验结果表明：随着微沟槽深度、宽度和间距的增大,切削力、切削温度和平均摩擦系数整体呈现增大趋势,在深度为10μm,宽度为25μm,间距为50μm时,横向表面微织构陶瓷刀具的总体切削性能较好,切削力减小了26%,切削温度降低了16%,平均摩擦系数减小了16%。(4)通过高速干切削实验,对比不同形状和不同截面尺寸的表面微织构陶瓷刀具前、后刀面的磨损形貌和磨损量,并研究对应的切屑锯齿化程度,分析不同表面微织构对陶瓷刀具切削性能的影响,实验结果表明：表面微织构的形状和截面尺寸对陶瓷刀具的磨损性能和切屑的锯齿化程度有影响,横向表面微织构陶瓷刀具的磨损量较小,随着深度、宽度和间距的增大,前、后刀面的磨损量增大,切屑锯齿化程度增大,深度为10μm、宽度为25μm、间距为50μm时,陶瓷刀具的总体磨损量较小。(5)通过SEM和EDX对陶瓷刀具前、后刀面的磨损形貌和切屑形貌进行分析,结合陶瓷材料本身特点,分析不同表面微织构对陶瓷刀具切削性能的影响。结果表明：合理的横向表面微织构能够起到减摩降温效果,减少接触表面的粘结现象,改善了陶瓷刀具前刀面的粘结磨损,减少了刀屑和刀工接触面的硬质颗粒,进而减小了刀具的磨粒磨损,陶瓷刀具的总体切削性能得到改善。
【关键词】：激光加工 陶瓷刀具 表面微织构 有限元 磨损机理
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG711
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 符号说明8-15
• 第一章 绪论15-25
• 1.1 课题研究背景和意义15-16
• 1.2 表面微织构的研究现状及应用16-22
• 1.2.1 表面微织构的研究现状16-19
• 1.2.2 表面微织构在刀具中的应用19-22
• 1.3 有限元法在研究金属切削过程中的应用22-24
• 1.4 课题来源及主要研究内容24
• 1.4.1 课题来源24
• 1.4.2 主要研究内容24
• 1.5 本章小结24-25
• 第二章 表面微织构陶瓷刀具的制备、切削实验设计和仿真介绍25-39
• 2.1 表面微织构陶瓷刀具的制备25-32
• 2.1.1 实验材料25-26
• 2.1.2 激光加工技术及激光设备26-28
• 2.1.3 表面微织构的设计28-29
• 2.1.4 表面微织构三维形貌的测量和分析29-32
• 2.2 切削实验设计32-37
• 2.2.1 工件材料32-33
• 2.2.2 切削实验设备33-37
• 2.3 表面微织构陶瓷刀具正交切削的有限元仿真介绍37-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 表面微织构陶瓷刀具切削过程的有限元分析39-58
• 3.1 表面微织构陶瓷刀具正交切削模型的建立与分析39-47
• 3.1.1 金属弹塑性成形的有限元理论基础39-41
• 3.1.2 表面微织构陶瓷刀具几何模型的建立41
• 3.1.3 表面微织构陶瓷刀具正交切削模型的建立41-45
• 3.1.4 表面微织构陶瓷刀具正交切削模型的模拟结果分析45-47
• 3.2 表面微织构的“二次切削”现象47-48
• 3.3 表面微织构对切削力的影响48-50
• 3.4 表面微织构对切削温度的影响50-53
• 3.5 表面微织构对切削应力的影响53-56
• 3.6 本章小结56-58
• 第四章 表面微织构陶瓷刀具切削4558-71
• 4.1 实验条件和实验方法58-59
• 4.2 表面微织构陶瓷刀具切削4559-67
• 4.2.1 切削力59-62
• 4.2.2 切削温度62-65
• 4.2.3 刀屑接触面的平均摩擦系数65-67
• 4.3 表面微织构陶瓷刀具切削4567-69
• 4.3.1 切削力67-68
• 4.3.2 切削温度68-69
• 4.4 本章小结69-71
• 第五章 表面微织构陶瓷刀具的磨损形貌和磨损机理分析71-100
• 5.1 实验方案71
• 5.2 表面微织构陶瓷刀具的磨损分析71-88
• 5.2.1 表面微织构陶瓷刀具的前刀面磨损72-82
• 5.2.2 表面微织构陶瓷刀具的后刀面磨损82-88
• 5.3 表面微织构对切屑的影响88-92
• 5.3.1 表面微织构陶瓷刀具切削4588-89
• 5.3.2 表面微织构对切屑尺寸的影响89-92
• 5.4 表面微织构陶瓷刀具的磨损机理分析92-98
• 5.5 本章小结98-100
• 结论与展望100-103
• 参考文献103-108
• 攻读硕士学位期间发表的论文108-110
• 致谢110

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 艾兴,邓建新,赵军,黄传真,刘战强;陶瓷刀具的发展及其应用[J];机械工人.冷加工;2000年09期

2 王宝友,崔丽华,黄传真,艾兴;陶瓷刀具的发展与应用[J];工具技术;2001年01期

3 王永国,李兆前,邓建新,赵军;陶瓷刀具低速切削时的有限元分析[J];工具技术;2001年06期

4 王宝友,崔丽华,黄传真,艾兴;陶瓷刀具使用中应注意的几个问题[J];机械工艺师;2001年06期

5 ;金属陶瓷刀具研究有重大创新[J];军民两用技术与产品;2001年02期

6 苗赫濯,齐龙浩,司文捷,仇启源;新型陶瓷刀具在超硬材料加工中的应用[J];机械工程师;2001年01期

7 张彦博;陶瓷刀具的发展与使用[J];攀枝花大学学报;2001年04期

8 王宝友,崔丽华,黄传真,艾兴;两类陶瓷刀具的现状、性能与应用[J];陶瓷学报;2001年01期

9 姜春光,翟书研;陶瓷刀具在生产中的应用介绍[J];一重技术;2002年01期

10 刘祖德;应用陶瓷刀具以车代磨[J];机械工人.冷加工;2002年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 陈国桢;谢华永;卢振伟;;陶瓷刀具在轴承加工中的应用[A];2009全国机电企业工艺年会<厦工杯>工艺征文论文集[C];2009年

2 叶毅;叶伟昌;;陶瓷刀具概述[A];中国数控机床展览会论文集[C];2004年

3 许崇海;艾兴;黄传真;;陶瓷刀具切削加工中的裂纹现象[A];面向21世纪的生产工程——2001年“面向21世纪的生产工程”学术会议暨企业生产工程与产品创新专题研讨会论文集[C];2001年

4 彭志坚;李文治;苗赫濯;石峰;;MEVVA源离子注入陶瓷刀具表面改性研究[A];2004全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集[C];2004年

5 ;纳米氮化钛陶瓷刀具研制成功[A];庆祝中国硅酸盐学会成立六十周年专辑[C];2005年

6 李永洪;徐炜;王晓华;张波;潘敏元;;陶瓷刀具材料增强增韧机制的TEM研究[A];第七次全国电子显微学会议论文摘要集[C];1993年

7 苗赫濯;彭志坚;吴冰;杨思泽;刘赤子;齐龙浩;;高能量密度脉冲等离子枪在陶瓷刀具上沉积高硬耐磨涂层研究[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年

8 石增敏;郑勇;游敏;丰平;刘文俊;;氮化处理金属陶瓷刀具的磨损形态和机理[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集（10）[C];2007年

9 韩成良;赵娣芳;丁明;;TiN纳米颗粒增强(Ti,W,Mo)C@TiC-Ni金属陶瓷刀具的制备[A];安徽省机械工程学会成立50周年论文集[C];2014年

10 许崇海;张荣波;冯曰美;肖光春;;Al_2O_3-Ti(C，，N)-SiC新型陶瓷刀具材料加工工具钢和铸铁时的磨损特性[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前7条

1 本报记者 孙圆;陶瓷刀具：外柔内刚露锋芒[N];中国质量报;2013年

2 陈冀渝;新型陶瓷刀具的研发新进展[N];广东建设报;2007年

3 何达;新型纳米材料金属陶瓷刀具[N];中国有色金属报;2001年

4 刘志国;新型特种陶瓷刀具材料发展展望[N];广东建设报;2007年

5 阮霞;纳米材料制成金属陶瓷刀具[N];中华建筑报;2004年

6 陶达;合工大用纳米材料制成金属陶瓷刀具[N];中国有色金属报;2004年

7 通讯员 霍效忠 王晓芒 记者 王春;金属陶瓷刀具研究有重大创新[N];科技日报;2000年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 赵国龙;原位生长TiB_2棒晶增韧陶瓷刀具及其磨损可靠性评价研究[D];山东大学;2015年

2 陈照强;核—壳包覆自润滑陶瓷刀具研制及其切削性能研究[D];山东大学;2016年

3 李彬;原位反应自润滑陶瓷刀具的设计开发及其减摩机理研究[D];山东大学;2010年

4 方斌;烧结过程中陶瓷刀具材料微观组织结构演变模拟研究[D];山东大学;2007年

5 王珉;基于元胞自动机模型的陶瓷刀具材料及其切削性能研究[D];山东大学;2012年

6 曹同坤;自润滑陶瓷刀具的设计开发及其自润滑机理研究[D];山东大学;2005年

7 周婷婷;陶瓷刀具材料纳观界面行为和微观断裂行为模拟研究[D];山东大学;2012年

8 崇学文;碳热还原合成晶须增韧陶瓷刀具研究[D];山东大学;2011年

9 殷增斌;高速切削用陶瓷刀具多尺度设计理论与切削可靠性研究[D];山东大学;2014年

10 彭志坚;载能离子陶瓷刀具表面改性研究[D];清华大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 祝贺;陶瓷刀具与不锈钢的扩散特性研究[D];湘潭大学;2011年

2 孙士帅;微波烧结氧化铝基陶瓷刀具的研究[D];南京理工大学;2015年

3 王利梅;TiB_2复合TiC基金属陶瓷刀具的研制及其切削性能研究[D];山东大学;2015年

4 刘雪飞;SiC晶须与纳米颗粒协同增韧Al_2O_3基陶瓷刀具及其切削性能研究[D];山东大学;2015年

5 李福盟;Al_2O_3-TiN-CaF_2纳米复合自润滑陶瓷刀具材料的制备及其性能研究[D];齐鲁工业大学;2015年

6 黄海霞;纳米CaF_2改性自润滑陶瓷刀具材料的制备及性能研究[D];齐鲁工业大学;2015年

7 刘曦阳;Al_2O_3/SiC陶瓷刀具材料微观组织演变的模拟[D];河北工业大学;2015年

8 王金龙;层状Al_2O_3/WC陶瓷刀具材料素坯制备机理及烧结工艺的研究[D];太原理工大学;2016年

9 高棱;Si_3N_4陶瓷刀具切削性能的有限元研究以及切削参数的遗传算法优化[D];广东工业大学;2016年

10 曾俊杰;PVD涂层陶瓷刀具切削灰铸铁的性能研究[D];广东工业大学;2016年

本文编号：1000852