表面阶梯状微织构刀具设计制造及其切削性能研究

发布时间：2020-06-09 16:01

【摘要】：近年来,刀具表面微织构技术的发展与快速应用,在提升刀具切削性能、延长刀具使用寿命、提高刀具耐用度方面提供了重要的技术支撑。型号6061铝合金作为一种重要的航空航天和轨道交通应用材料,一直是金属切削的热点课题之一。本文以表面微织构刀具的研究成果为指导,在切削液润滑条件下对6061型铝合金进行切削实验,探索表面阶梯状微织构的存在对刀具切削性能和抗磨损性能的影响。激光加工阶梯状微织构工艺参数的确定以及工艺方法优化。以激光加工微织构的基本原理为依托,探究激光加工刀具微织构的工艺参数和方法,优化激光加工工艺,改善微织构表面形貌,以达到减少微裂纹条数和尺寸,降低不必要凹坑数目。以频率:20Hz,脉冲数:20个,功率:90W,光斑直径:50μm的激光加工参数,硬质合金片300℃预热处理,空冷至室温,辅助于四挡超声振动手段在刀具表面加工微坑织构。硬质合金刀具(W-Co,YG8)主要磨损区域的确定以及微织构的加工。以传统无织构刀具切削铝合金,通过显微镜下观察各刀面磨损情况,在现有的加工条件下,以优化后的激光加工工艺参数和方法,在刀具前刀面、主后刀面以及副后刀面等刀具主要磨损区域加工面积占有率c=15%,织构与切削刃尺寸间距l=150μm,直径d=65μm、深度h=15μm和直径d=30μm、深度h=7μm组合的阶梯状微凹坑织构。阶梯状微织构硬质合金刀具(W-Co,YG8)切削实验探究。选取制备后的多尺寸阶梯状微织构刀具和传统无织构刀具,进行干/湿两种切削实验,对比阶梯状微织构刀具和传统无织构刀具切削力F降低幅度达到11.2%,工件表面粗糙度Ra的算术平均偏差提升35.2%,锯齿状切屑控制良好,齿高降幅52.5%,剪切角降幅31.6%,锯齿角降幅9.5%的实验数据,比较优化微织构尺寸。阶梯状微织构硬质合金盘(W-Co,YG8)摩擦磨损实验探究。选取制备后的多尺寸阶梯状微织构硬质合金盘和传统无织构的硬质合金盘,进行干/湿两种摩擦磨损实验,对比阶梯状微织构刀具和传统无织构刀具摩擦系数μ降低43.1%,铝合金销磨损面积s降低40.2%的实验数据,比较优化微织构尺寸,验证切削实验中的推理。阶梯状微织构刀具(W-Co,YG8)强度与刀-屑之间摩擦应力仿真实验。以Workbench为平台,进行阶梯状微织构刀具静力学仿真实验,比较阶梯状微织构刀具与传统无织构刀具之间的应力、应变和变形状况,得到刀具表面阶梯状微织构的存在,对于刀具强度的影响可以忽略的结论。同时,进行接触问题的仿真实验,模拟刀—屑之间接触,对比阶梯状微织构刀具与传统无织构刀具之间的摩擦应力变化,刀—屑之间最大摩擦应力下降达到21.8%。以实验和仿真为基础,综合考虑实验得出的数据和结果,选取最终的微织构尺寸数值,优化刀具切削性能,改善刀—屑接触面积,提高刀具的使用寿命。本文完善刀具表面微织构的实践和实验研究,对铝合金材料的加工提供新的研究方向,为改善YG8硬质合金刀具切削性能提供新线索,在实际的实验和探究中具有重要的参考意义。
【图文】：

汽车车身,铝合金,实际应用,织构

（a）汽车车身（b）航空发动机（c）机车动车组图 1-1 铝合金实际应用Fig.1-1 Practical application of aluminum alloy题研究意义提高刀具切削性能和使用寿命，根据研究方法的不同，目前学的选择和优化、刀具结构的设计和改善、切削液成分的改良和涂层和微织构技术的设计等四个方面进行研究。其中刀具微织受到越来越多学者的青睐和关注。不同表面微织构类型和尺寸置和面积占有率以及多种（两种及两种以上）不同微织构类辅助微织构刀具切削等都是当前研究的热点和主要方向。题研究的主要意义在于阐明 6061 型号铝合金切削加工过程中摩擦磨损机理，系统全面的揭示刀具在切削加工中刀具主要磨

形貌,摩擦学,形貌

理论及其在刀具表面中的应用构理论在摩擦学研究领域，出现了一种新的减摩抗磨理论，即的是在平整光滑的材料表面，利用特定的加工方法得滑表面形貌[6-7]。在当前发展形势下，机械部件如：、发动机汽缸、导轨等构件中，，表面织构化的应用得到实际使用中，对于其改善表面润滑状态和减摩抗磨效当前，在刀具表面织构化的应用方面，学者进行了不构在刀具中的使用还处于初始阶段，研究实验数据和中相关应用，为刀具表面微织构的发展提供了依据和论是表面微织构的存在具有改善刀具切削性能的功效动物体表样貌图。
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG71

【参考文献】