不同切削要素下激光微织构刀具的切削性能仿真和试验研究

发布时间：2017-10-14 05:24

  本文关键词：不同切削要素下激光微织构刀具的切削性能仿真和试验研究

  更多相关文章： 微凹槽织构刀具 毛化织构刀具 切削仿真 车削试验 切削性能

【摘要】：表面织构技术应用于摩擦副表面,成为表面工程领域研究的一个热点方向。近年来,针对切削过程中刀-屑之间复杂的摩擦状况,在刀-屑接触区域置入微织构,以优化刀-屑之间的摩擦特性,提高刀具切削性能。本文即围绕其中涉及的关键理论和技术问题开展研究。采用模拟仿真和试验研究相结合的方法,通过激光表面加工技术,在刀具前刀面刀-屑接触区域加工出微凹槽或凹凸复合的毛化织构(后文直接简称毛化织构),对比分析不同织构刀具在不同切削工况下的切削性能。本文主要研究内容如下。首先,基于金属切削理论和切削仿真分析法,针对具体的微凹槽织构和毛化织构几何形貌,运用ABAQUS仿真软件,建立金属切削二维模型。分别在精、粗两种切削工况下,对无织构刀具和两种织构刀具的切削力、刀-屑接触应力、切削温度以及切屑卷曲进行模拟仿真。仿真结果表明:与无织构刀具相比,微凹槽织构刀具和毛化织构刀具都具有分散应力集中、降低切削温度以及提高切屑卷曲等作用。但是,微凹槽织构刀具在粗加工中出现明显的二次切削现象,增大切屑表面粗糙度。毛化织构对切屑具有支撑作用,在精加工中增大了切削力,在粗加工中有效降低了切削力。其次,为获得最佳织构形貌,在课题组前期研究的基础上,对微凹槽织构和毛化织构展开了系统的工艺试验。将激光工艺参数与织构几何形貌进行优化匹配,寻找出最理想的激光加工工艺参数,并进行织构刀具的加工制备。最后,将制备好的织构刀具进行车削试验。在精、粗、干、湿四种切削条件下,分别对无织构刀具、微凹槽织构刀具和毛化织构刀具进行切削性能试验研究。结果表明:切削液对微凹槽织构刀具的切削性能影响最大。在粗加工湿切削条件下,微凹槽织构刀具具有减小刀具粘结长度、增大切屑卷曲、降低刀具表面磨损深度,以及减小切屑毛刺大小的作用,表现出最优切削性能。但同时也发现,微凹槽织构刀具在粗加工中形成的切屑表面,存在二次切削引起的切屑底部撕裂现象,造成切屑微观表面不平整。切削液对毛化织构刀具切削力的改善效果最低,但毛化织构刀具在降低刀具表面粘结长度和增大切屑卷曲方面效果显著。并且在粗加工干切削下,具有最好的切削力性能,在精加工中增大了切削力。此外,毛化织构刀具形成的切屑锯齿较大,但锯齿分布密度较小。
【关键词】：微凹槽织构刀具 毛化织构刀具 切削仿真 车削试验 切削性能
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG71;TG665
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 国内外研究进展11-18
• 1.2.1 表面织构技术在摩擦学领域的应用11-14
• 1.2.2 织构刀具发展现状14-17
• 1.2.3 金属切削仿真技术研究进展17-18
• 1.3 本课题来源18-19
• 1.4 本文主要研究内容19-21
• 第二章 金属切削的相关基础理论21-30
• 2.1 切屑形成机理研究21-25
• 2.1.1 切削变形区的划分21-23
• 2.1.2 切屑变形的衡量23-25
• 2.2 切削力理论25-26
• 2.2.1 切削力来源25
• 2.2.2 切削力计算公式25-26
• 2.3 刀具的磨损26-29
• 2.3.1 刀具磨损形式27-28
• 2.3.2 刀具磨损机理28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 微织构刀具二维切削仿真研究30-45
• 3.1 ABAQUS金属切削仿真过程30-31
• 3.2 织构刀具切削过程数值模型的建立31-34
• 3.2.1 仿真几何模型的建立31-32
• 3.2.2 仿真材料模型的建立32-33
• 3.2.3 切屑分离准则的建立33-34
• 3.2.4 刀-屑接触摩擦模型的建立34
• 3.3 仿真结果与分析34-44
• 3.3.1 精加工条件下织构刀具仿真结果与分析34-40
• 3.3.2 粗加工条件下织构刀具仿真结果与分析40-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 激光微织构工艺试验研究45-53
• 4.1 试验准备45-47
• 4.1.1 试样准备45
• 4.1.2 试验设备45-46
• 4.1.3 试验步骤46-47
• 4.2 微凹槽织构工艺试验研究及刀具制备47-50
• 4.2.1 泵浦电流对微凹槽织构参数的影响47-48
• 4.2.2 扫描速度对微凹槽织构参数的影响48-49
• 4.2.3 微凹槽刀具实际加工尺寸49-50
• 4.3 毛化织构工艺试验研究及刀具制备50-52
• 4.3.1 脉冲宽度对毛化织构几何参数的影响50
• 4.3.2 输出功率对毛化织构几何参数的影响50-51
• 4.3.3 毛化织构刀具实际加工尺寸51-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 切削试验研究53-66
• 5.1 试验准备53-54
• 5.1.1 刀具和工件材料的选择53-54
• 5.1.2 试验设备54
• 5.1.3 试验条件和方法54
• 5.2 试验结果分析54-65
• 5.2.1 切削力分析54-59
• 5.2.2 刀具磨损分析59-61
• 5.2.3 切屑形态分析61-64
• 5.2.4 仿真与试验相互验证分析64-65
• 5.3 本章小结65-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士期间发表论文75

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本文编号：1029241