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面向绿色切削的等离子体织构化刀具设计制备及其切削性能研究

发布时间:2020-06-29 20:59
【摘要】:本文基于刀具表面微织构在传统加工过程中存在的微织构尺寸无法精确调控、加工烧蚀、加工精度低、加工效率低等问题,将等离子体刻蚀技术应用到刀具表面微织构的制备领域,提出了一种新型的刀具表面微织构加工思路和方法。通过微织构刀具的设计理论及等离子体刻蚀加工微织构的工艺技术研究,研制开发出面向绿色切削的等离子体织构化刀具制备方法,并通过干切削45号钢试验,系统地研究了等离子体织构化刀具的切削特性。根据微织构刀具的切削性能要求,结合正交试验设计方法与有限元切削仿真技术,研究织构上宽度、织构间距、织构深度、织构刃边距以及织构刃边角这五个织构参数对微织构刀具切削性能的影响。综合考虑切削仿真正交试验得出的因素效果趋势图,分析得出理论最佳织构参数,并发现五个织构参数中织构刃边角为影响微织构刀具切削性能的主要因素。在此基础上,对主要因素织构内刃边角进行二次优化,得出实际最佳织构参数为:织构上宽度50μm、织构间距90μm、织构深度8μm、织构刃边距90μm以及织构刃边角80°。通过对等离子体织构化刀具的制备工艺方案进行设计研究,分析制备过程中刀具前处理工艺、光刻工艺、薄膜工艺、刻蚀工艺的工艺参数对微织构成形产生的影响,并对等离子体刻蚀加工微织构的刻蚀工艺参数进行优化,得出最佳刻蚀加工工艺参数:SF6/O2/Ar气体流量比20/60/10sccm、上电极功率800W、下电极功率250W、气体压强3Pa、基片温度60℃,最终成功制备出了等离子体织构化刀具。将传统无织构刀具Tool NT与设计制备出的等离子体织构化刀具Tool TT-P与Tool TT-Ⅰ进行干切削45号钢对比试验。试验结果表明:等离子体织构化刀具不仅能降低切削过程中的切削力及切削温度,还能有效地减少三向切削力的振动幅度,使干切削过程变得更加稳定;三种刀具中,Tool TT-Ⅰ展现出最优良的切削性能,且在高速切削环境下降低切削力的效果更加突出;然而,在低速环境下,两种等离子体织构化刀具的微织构结构都遭到破坏,失去了微织构的减摩效果。
【学位授予单位】:厦门大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG71
【图文】:

织构,激光加工技术,加工的,刀具


德国学者Kii_el邋J[23]等人将激光加工技术应用到刀具表面微织构加工中,逡逑该研宄者加工出凹孔阵列微织构、垂直于主切削刃的条纹状微织构以及平行于主逡逑切削刃的条纹状微织构,如图1.1所示。通过干切削1045钢试验,试验结果表逡逑明由于刀具表面上存在微织构,因此刀具的抗粘结能力得到提高,且三款微织构逡逑刀具中,凹孔阵列微织构刀具的切削性能最好。逡逑(a)凹孔阵列逦(b)垂直于主切削刃逦(c)平行于主切削刃逡逑图1.1激光加工技术加工的三种微织构逡逑(a)无织构逦(b)微米级条纹状微织构(c)纳米级条纹状微织构逡逑图1.2无织构刀具与飞秒激光加工技术加工的微米级、纳米级微织构刀具逡逑日本学者Kawasegi邋#26]等人采用飞秒激光加工技术在硬质合金刀片表面加逡逑工出垂直于切屑流动方向的微米级条纹状微织构以及纳米级条纹状微织构,如图逡逑1.2所示。该研究者在微润滑(MQL)条件下进行车削A5052铝合金试验,试验结逡逑果表明,两种微织构刀具在车削过程中产生的切削力都比传统无织构刀具要低,逡逑且在降低进给力和背吃刀力的效果上更显著,而在降低主切削力的效果上则相对逡逑5逡逑

形貌,织构,微细电火花加工,刀具


(a)车削45号钢逦(b)车削6061铝合金逡逑图1.5微织构刀具车削不同材料的切削力变化情况逡逑加拿大学者Koshy邋P[29]等人采用微细电火花技术加工出重叠式连续纹理沟槽逡逑微织构及条纹状线性沟槽微织构。该研宄者采用这两种微织构刀具分别加工了逡逑1045钢和6061铝合金,切削力变化情况如图1.5所示。试验结果表明,尽管加逡逑工材料不同,但微织构刀具都有效地降低了切削过程中的主切削力及进给力,改逡逑善了刀-屑接触区剧烈的摩擦情况。不仅如此,该研究者还指出微织构到主切削逡逑刃间的距离关系到微织构降低切削力效果的强弱,且该距离需要根据车削过程中逡逑的进给量进行调整。逡逑(a)凹孔阵列微织构(b)添加了邋MoS,的凹孔阵列逡逑图1.6微细电火花加工技术加工出的刀具表面微织构形貌逡逑国内学者宋文龙[38]等人采用微细电火花加工技术制备出凹孔阵列微织构刀逡逑具,并将固体润滑剂M0S2填充到微织构中,微织构形貌如图1.6所示。刀具基逡逑体材料为YT14硬质合金,其中凹孔的直径为¥0.15±0.02mm,深度为0.30mm。逡逑在干切削45号钢的车削试验中

【参考文献】

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本文编号:2734350

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