纳米流体与表面微织构耦合作用下硬质合金刀具的切削性能研究
发布时间：2021-07-19 19:50
切削加工在机械制造行业中发挥着举足轻重的作用,被广泛应用于航空航天、汽车以及模具制造等领域,不断促进机械制造业的发展。但在加工钛合金此类难加工材料时,刀具快速磨损失效仍是切削加工中亟待解决的问题。近些年,随着表面微织构技术的不断发展,在刀具表面置入合理的表面微织构已被证实具有改善刀具切削性能的作用。此外,研究学者发现,添加了纳米颗粒的润滑液能够进一步提高润滑液的润滑性能,该种方法为润滑领域的推广提供新的思路。因此,结合表面微织构技术和纳米流体润滑技术,最大化发挥刀具的切削性能,得到研究学者越来越多的关注。本文基于以上两个领域的研究热点,把改善刀具的切削性能作为目标,提出在刀具前刀面上制备出沟槽型表面微织构,并结合纳米流体润滑技术,研究探索纳米流体与表面微织构耦合作用下对刀具切削性能的影响规律。主要研究工作如下:首先,运用“两步法”,通过将纳米Fe304颗粒添加到水基切削液基础液（CC）中,通过油酸（OA）修饰,并添加丙三醇加速分散,同时采用磁力搅拌以及超声振动处理。最终,制备出了质量分数为0.5%的Fe3O4纳米流体（NC）。利用沉淀法对纳米流体的稳定性进行了评估,结果表明,制备出的F...
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１纳米流体的微观图％??１．２．１纳米流体的制备研宄现状??纳米流体因其优异的润滑性能，近些年在传热学、光电以及摩擦学等领域得到广??
纳米流体与表面微织构耦合作用下硬质合金刀具的切削性能研究?第一章??初性以及强度均大于一般的润滑膜，该层润滑膜的存在能够有效减小摩擦并减轻摩擦??副的磨损。图１．２?（ｃ）为纳米流体的“挤压修复效应”，主要体现在纳米流体中的纳??米粒子通过物理化学反应吸附并沉积在摩擦副间，通过摩擦副间的挤压变形来填充摩??擦副间运动所产生的损伤、划痕、微坑等，达到对摩擦副表面的修复效果。图１．２（ｄ）??为纳米流体的“抛光效应”，主要体现在一些金属或金属氧化物颗粒的纳米粒子具有??高的硬度，能够把一些摩擦过程中产生的碎屑杂质从摩擦区域清除，从而可以达到使??摩擦副表面光滑的效果。??（ａ）滚珠效成?（ｂ）保护膜效成??（ｃ）挤压修复效应?（ｄ）抛光效成??图１．２纳米流体的润滑作用机理??１．３微织构刀具的研究现状??表面织构刀具是通过？定的加工方法在刀具的前刀面或后刀面上制备出？定形??状、尺寸、规则的织构形貌。已有研究表明：在刀具表面加工织构能够降低刀－屑接触??长度、延长刀具使用寿命以及有效提高刀具的切削性能。表面微织构的加工方法主要??有电火花加工、光刻技术和激光加工技术等。??近些年，国内外研宄学者对微织构刀具进行了大量的理论与试验研究。最初为日??本和美国等学者研究微织构刀具，研究发现：微织构会提高刀具的切削性能。此后织??构刀具作为一种热点技术被全球学者探索研宂。??１．３．１织构刀具的仿真研宄现状??切削仿真可以利用数学模型预先对切削加工状况进行模拟分析，运用切削仿真技??７??
提出在ＨＳＳ刀具前刀面上制备出??凸点型、凹坑型两种织构刀具进行车削钛合金试验研宄，结果表明：相比于无织构刀??具，凸点型织构刀具表现出最好的切削性能，具体体现在能够减低切削力、减缓后刀??面磨损、降低切削温度以及减小己加工工件表面粗糙度。原因在于，凸点型织构能够??有效减少切屑的卷曲半径，同时凸点型织构独特的结构还能够起到良好的散热作用。??Ｖａｓｕｍａｔｈｙ等Ｍ利用激光加工技术在硬质合金车刀前刀面上制备出两种类型的??织构刀具，分别是平行于和垂直于切屑流动方向的沟槽型织构刀具，如图１．３所示，??通过进行车削Ａ１Ｓ１３１６不锈钢试验来研究织构刀具的切削性能。研究结果发现：与无??织构刀具相比，织构刀具能够有效降低切削力、减少工件材料粘结现象。原因在于织??构的方向会不同程度的影响到刀－屑接触面积，因此会不同程度的改变刀－屑接触区域??的摩擦状况。??ｍｍ???Ｉ?，卜，ｉ‘?丨．ｉ?ｉｆ．ａ???图１．３织构刀具的光学显微形貌图［４Ｇ】??Ｅｍｏｍｏｔ和Ｓｕｇｉｈａｒａ制备出了一种带有分段结构的金刚石（ＤＬＣ）涂Ｍ刀具，如图??１．４?（ａ）所示。在切削加工Ａ５０５２铝合金实验时发现，该种织构刀具在润滑状态卩能??有效改善刀－屑接触区域的粘结现象，平行于主切削刃的织构刀具比垂直切削刃??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米颗粒聚集形态对纳米流体导热系数的影响[J]. 张智奇,钱胜,王瑞金,朱泽飞. 物理学报. 2019(05)
[2]初始表面粗糙度对沟槽织构摩擦性能的影响[J]. 纪敬虎,周加鹏,王沫阳,王伟,符永宏. 表面技术. 2019(02)
[3]表面微织构对45#钢摩擦副表面摩擦学性能影响的实验研究[J]. 王丽丽,郭少辉,魏聿梁,袁国腾. 表面技术. 2018(12)
[4]模具钢表面激光毛化织构摩擦磨损性能试验研究[J]. 符永宏,潘彩云,符昊,周颖鸿,胡光耀. 润滑与密封. 2018(12)
[5]片状纳米MoS2的制备及其在油润滑中的减摩抗磨性能研究[J]. 梅堂杰,郭俊德,李月,刘奇,董光能. 表面技术. 2018(08)
[6]油基CuO纳米流体的制备及热稳定性实验研究[J]. 李信,杨谋存,朱跃钊. 硅酸盐通报. 2018(07)
[7]三角沟槽形织构化硬质合金工作表面动压润滑及减摩特性[J]. 鹿重阳,杨学锋,王守仁,王砚军,吴元博,陈海龙. 摩擦学学报. 2018(05)
[8]沟槽型表面微织构麻花钻的钻削性能仿真[J]. 邓大松,郭旭红,张克栋. 工具技术. 2018(06)
[9]磷酸酯阴离子插层水滑石作为纳米润滑添加剂的研究[J]. 巴召文,韩云燕,乔旦,冯大鹏,黄国威. 摩擦学学报. 2018(04)
[10]织构分布对刀具切削性能影响的有限元分析[J]. 王晓明,曹同坤,孙何,赵涛. 表面技术. 2017(09)
博士论文
[1]TiO2纳米流体热传输及摩擦学行为研究[D]. 孔令辉.北京科技大学 2018
硕士论文
[1]石墨烯和WS2/石墨烯纳米共混物作为润滑油添加剂的摩擦磨损行为研究[D]. 郑丹.西南交通大学 2018
[2]表面微织构铣刀铣削CFRP试验研究[D]. 陈亚东.苏州大学 2018
[3]微织构内冷麻花钻高速钻削Ti6Al4V的试验研究[D]. 郭大林.苏州大学 2018
[4]硬质合金刀具表面微织构优化设计及相关机理研究[D]. 倪超.吉林大学 2018
[5]蓖麻油基纳米六方氮化硼流体润滑性能及其在切削中的应用[D]. 王永南.华南理工大学 2018
[6]低温纳米流体的润滑性能和磨削加工性能试验研究[D]. 杨杰.湘潭大学 2017
[7]表面织构激光加工及其对自润滑衬垫摩擦学性能影响研究[D]. 李冬.燕山大学 2017
[8]织构化铣刀切削Ti6Al4V的试验研究[D]. 沈翔宇.苏州大学 2017
[9]沟槽参数对表面微织构麻花钻钻削性能的影响研究[D]. 邓大松.苏州大学 2017
[10]荷电石墨烯纳米流体切削液摩擦磨损性能及刀具磨损机理分析[D]. 姚兴娟.浙江工业大学 2016
本文编号：3291317
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１纳米流体的微观图％??１．２．１纳米流体的制备研宄现状??纳米流体因其优异的润滑性能，近些年在传热学、光电以及摩擦学等领域得到广??
纳米流体与表面微织构耦合作用下硬质合金刀具的切削性能研究?第一章??初性以及强度均大于一般的润滑膜，该层润滑膜的存在能够有效减小摩擦并减轻摩擦??副的磨损。图１．２?（ｃ）为纳米流体的“挤压修复效应”，主要体现在纳米流体中的纳??米粒子通过物理化学反应吸附并沉积在摩擦副间，通过摩擦副间的挤压变形来填充摩??擦副间运动所产生的损伤、划痕、微坑等，达到对摩擦副表面的修复效果。图１．２（ｄ）??为纳米流体的“抛光效应”，主要体现在一些金属或金属氧化物颗粒的纳米粒子具有??高的硬度，能够把一些摩擦过程中产生的碎屑杂质从摩擦区域清除，从而可以达到使??摩擦副表面光滑的效果。??（ａ）滚珠效成?（ｂ）保护膜效成??（ｃ）挤压修复效应?（ｄ）抛光效成??图１．２纳米流体的润滑作用机理??１．３微织构刀具的研究现状??表面织构刀具是通过？定的加工方法在刀具的前刀面或后刀面上制备出？定形??状、尺寸、规则的织构形貌。已有研究表明：在刀具表面加工织构能够降低刀－屑接触??长度、延长刀具使用寿命以及有效提高刀具的切削性能。表面微织构的加工方法主要??有电火花加工、光刻技术和激光加工技术等。??近些年，国内外研宄学者对微织构刀具进行了大量的理论与试验研究。最初为日??本和美国等学者研究微织构刀具，研究发现：微织构会提高刀具的切削性能。此后织??构刀具作为一种热点技术被全球学者探索研宂。??１．３．１织构刀具的仿真研宄现状??切削仿真可以利用数学模型预先对切削加工状况进行模拟分析，运用切削仿真技??７??
提出在ＨＳＳ刀具前刀面上制备出??凸点型、凹坑型两种织构刀具进行车削钛合金试验研宄，结果表明：相比于无织构刀??具，凸点型织构刀具表现出最好的切削性能，具体体现在能够减低切削力、减缓后刀??面磨损、降低切削温度以及减小己加工工件表面粗糙度。原因在于，凸点型织构能够??有效减少切屑的卷曲半径，同时凸点型织构独特的结构还能够起到良好的散热作用。??Ｖａｓｕｍａｔｈｙ等Ｍ利用激光加工技术在硬质合金车刀前刀面上制备出两种类型的??织构刀具，分别是平行于和垂直于切屑流动方向的沟槽型织构刀具，如图１．３所示，??通过进行车削Ａ１Ｓ１３１６不锈钢试验来研究织构刀具的切削性能。研究结果发现：与无??织构刀具相比，织构刀具能够有效降低切削力、减少工件材料粘结现象。原因在于织??构的方向会不同程度的影响到刀－屑接触面积，因此会不同程度的改变刀－屑接触区域??的摩擦状况。??ｍｍ???Ｉ?，卜，ｉ‘?丨．ｉ?ｉｆ．ａ???图１．３织构刀具的光学显微形貌图［４Ｇ】??Ｅｍｏｍｏｔ和Ｓｕｇｉｈａｒａ制备出了一种带有分段结构的金刚石（ＤＬＣ）涂Ｍ刀具，如图??１．４?（ａ）所示。在切削加工Ａ５０５２铝合金实验时发现，该种织构刀具在润滑状态卩能??有效改善刀－屑接触区域的粘结现象，平行于主切削刃的织构刀具比垂直切削刃??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米颗粒聚集形态对纳米流体导热系数的影响[J]. 张智奇,钱胜,王瑞金,朱泽飞. 物理学报. 2019(05)
[2]初始表面粗糙度对沟槽织构摩擦性能的影响[J]. 纪敬虎,周加鹏,王沫阳,王伟,符永宏. 表面技术. 2019(02)
[3]表面微织构对45#钢摩擦副表面摩擦学性能影响的实验研究[J]. 王丽丽,郭少辉,魏聿梁,袁国腾. 表面技术. 2018(12)
[4]模具钢表面激光毛化织构摩擦磨损性能试验研究[J]. 符永宏,潘彩云,符昊,周颖鸿,胡光耀. 润滑与密封. 2018(12)
[5]片状纳米MoS2的制备及其在油润滑中的减摩抗磨性能研究[J]. 梅堂杰,郭俊德,李月,刘奇,董光能. 表面技术. 2018(08)
[6]油基CuO纳米流体的制备及热稳定性实验研究[J]. 李信,杨谋存,朱跃钊. 硅酸盐通报. 2018(07)
[7]三角沟槽形织构化硬质合金工作表面动压润滑及减摩特性[J]. 鹿重阳,杨学锋,王守仁,王砚军,吴元博,陈海龙. 摩擦学学报. 2018(05)
[8]沟槽型表面微织构麻花钻的钻削性能仿真[J]. 邓大松,郭旭红,张克栋. 工具技术. 2018(06)
[9]磷酸酯阴离子插层水滑石作为纳米润滑添加剂的研究[J]. 巴召文,韩云燕,乔旦,冯大鹏,黄国威. 摩擦学学报. 2018(04)
[10]织构分布对刀具切削性能影响的有限元分析[J]. 王晓明,曹同坤,孙何,赵涛. 表面技术. 2017(09)
博士论文
[1]TiO2纳米流体热传输及摩擦学行为研究[D]. 孔令辉.北京科技大学 2018
硕士论文
[1]石墨烯和WS2/石墨烯纳米共混物作为润滑油添加剂的摩擦磨损行为研究[D]. 郑丹.西南交通大学 2018
[2]表面微织构铣刀铣削CFRP试验研究[D]. 陈亚东.苏州大学 2018
[3]微织构内冷麻花钻高速钻削Ti6Al4V的试验研究[D]. 郭大林.苏州大学 2018
[4]硬质合金刀具表面微织构优化设计及相关机理研究[D]. 倪超.吉林大学 2018
[5]蓖麻油基纳米六方氮化硼流体润滑性能及其在切削中的应用[D]. 王永南.华南理工大学 2018
[6]低温纳米流体的润滑性能和磨削加工性能试验研究[D]. 杨杰.湘潭大学 2017
[7]表面织构激光加工及其对自润滑衬垫摩擦学性能影响研究[D]. 李冬.燕山大学 2017
[8]织构化铣刀切削Ti6Al4V的试验研究[D]. 沈翔宇.苏州大学 2017
[9]沟槽参数对表面微织构麻花钻钻削性能的影响研究[D]. 邓大松.苏州大学 2017
[10]荷电石墨烯纳米流体切削液摩擦磨损性能及刀具磨损机理分析[D]. 姚兴娟.浙江工业大学 2016
本文编号：3291317
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