基于热应力分析超硬刀具焊接质量控制基础研究

发布时间：2017-05-12 00:09

  本文关键词：基于热应力分析超硬刀具焊接质量控制基础研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超硬材料具有硬度高、耐磨和耐冲击性等优异的性能,在数控刀具中广泛使用,与传统的数控刀具相比具有更长的使用寿命和更高的表面加工质量。随着超硬材料的不断发展和应用范围的不断扩大,超硬刀具已经成为高速加工、精密和超精密加工最为重要的切削工具。焊接式超硬刀具的焊接质量关系到整个生产周期及成本,目前其焊接工艺、质量控制和质量评价缺乏科学有效的评价体系和评价标准。本文基于超硬刀具焊接工艺试验和利用有限元分析软件,对超硬刀具焊接工艺过程进行数值模拟,系统分析了超硬刀具焊接质量影响因素及其质量评价的关键指标。本文主要成果及贡献为:1)系统分析超硬刀具焊接质量评价指标和评定方法,提出了基于残余热应力的焊接质量控制方法和检测规范,为进一步制定超硬刀具焊接质量检测及其可靠性控制标准提供依据。2)采用非线性瞬态热分析模拟方法,揭示了超硬刀具焊接过程中的温度传递机理和温度场分布情况,以及残余热应力的形成过程和分布情况,进而在定性分析影响残余热应力因素的基础上,着重对温度、焊接结构(焊缝宽度、厚度比)等主要因素进行了定量分析。3)分析了超硬刀具的钎焊材料、焊接工艺参数和焊后处理方法对焊接质量的影响,并对焊后超硬刀具的残余热应力进行了测试研究,建立了超硬刀具残余热应力的检测体系和评价方法。4)采用全部实验方法分析了PDC和PCBN两类常用超硬刀具焊接残余热应力大小及其规律,和有限元计算结果进行对比,在分析误差及其产生原因的基础上,对超硬刀具有限元模型提出了优化方案,进一步为其他结构超硬刀具模拟研究提供了参考。本研究是国家科技重大专项课题(2013ZX04009031)重要组成部分。本文为超硬刀具产品的设计制作、工艺优化和切削使用提供了重要借鉴,丰富了超硬刀具钎焊工艺和质量控制理论体系,为全面、系统地控制超硬刀具焊接质量和切削应用提供依据。
【关键词】：超硬刀具 高频感应钎焊 残余热应力 非线性瞬态热分析 残余热应力检测 焊接质量控制
【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;TG40
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 课题研究背景及其意义11-15
• 1.1.1 课题研究背景11-13
• 1.1.2 超硬刀具简介13-14
• 1.1.3 超硬刀具制造工艺14-15
• 1.1.4 课题研究意义15
• 1.2 国内外超硬刀具研究现状15-19
• 1.2.1 超硬刀具焊接国内研究现状15-16
• 1.2.2 超硬刀具焊接国外研究现状16-17
• 1.2.3 超硬刀具焊接残余应力国内研究现状17-18
• 1.2.4 超硬刀具焊接残余应力国外研究现状18-19
• 1.3 超硬刀具焊接质量控制和存在的问题19-21
• 1.3.1 超硬刀具焊接质量控制的重要性19-20
• 1.3.2 影响超硬刀具焊接质量的主要因素20
• 1.3.3 超硬刀具焊接质量控制的主要措施20
• 1.3.4 超硬刀具焊接研究中存在的问题20-21
• 1.4 本文主要研究工作内容与目的21-22
• 1.4.1 主要研究工作内容与目的21-22
• 1.4.2 论文结构安排22
• 1.5 本章小结22-23
• 第二章 基于残余热应力超硬刀具焊接质量控制基础23-33
• 2.1 超硬刀具焊接质量评价指标及方法23-27
• 2.1.1 焊接式超硬刀具主要质量问题23-25
• 2.1.2 焊接式超硬刀具质量评价指标25-26
• 2.1.3 超硬刀具焊接质量评定方法26-27
• 2.2 超硬刀具焊接质量控制方法27-29
• 2.2.1 焊接质量控制方法27-28
• 2.2.2 超硬刀具焊接质量控制方法28-29
• 2.3 残余热应力产生机理及其控制方法29-32
• 2.3.1 残余热应力简介29-30
• 2.3.2 残余热应力对超硬刀具产生危害30
• 2.3.3 超硬刀具残余热应力控制方法30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 超硬刀具焊接过程有限元模拟33-55
• 3.1 超硬刀具焊接过程有限元分析理论33-37
• 3.1.1 温度场问题的基本方程33-34
• 3.1.2 瞬态热传导问题34-36
• 3.1.3 残余热应力计算36-37
• 3.2 超硬刀具焊接过程数值模拟37-46
• 3.2.1 建立数值模拟分析模型38
• 3.2.2 材料力学性能参数38-39
• 3.2.3 边界条件约束施加39-40
• 3.2.4 非线性瞬态热分析温度场分析40-42
• 3.2.5 超硬刀具焊接残余热应力形成过程分析42-44
• 3.2.6 热-结构顺序耦合分析应力场分析44-46
• 3.3 温度对超硬刀具焊接残余热应力影响模拟46-48
• 3.4 其他因素对超硬刀具焊接残余热应力影响模拟48-53
• 3.4.1 钎缝宽度对超硬刀具焊接残余热应力影响分析48-51
• 3.4.2 复合片厚度及比例对超硬刀具焊接残余热应力影响分析51-53
• 3.5 本章小结53-55
• 第四章 超硬刀具焊接实验及残余热应力检测研究55-91
• 4.1 超硬刀具焊接试验研究55-59
• 4.1.1 超硬刀具焊接实验设备55-56
• 4.1.2 基于全面实验法超硬刀具焊接实验方法56-59
• 4.2 超硬刀具焊接质量检测59-65
• 4.2.1 超硬刀具焊接过程温度场检测及结果分析59-64
• 4.2.2 超硬刀具焊接实验钎缝宽度检测及结果分析64-65
• 4.3 超硬刀具残余热应力检测试验研究65-87
• 4.3.1 X射线应力检测仪工作原理66-67
• 4.3.2 焊接残余热应力检测结果67-69
• 4.3.3 温度影响因素对残余热应力影响69-75
• 4.3.4 其他影响因素对残余热应力影响75-87
• 4.4 试验研究结果与模拟仿真结果对比分析87-90
• 4.4.1 试验结果与仿真结果对比87-89
• 4.4.2 误差产生原因及其分析89-90
• 4.5 本章小结90-91
• 第五章 研究结论与发展展望91-93
• 5.1 研究结论91-92
• 5.2 工作展望92-93
• 参考文献93-97
• 致谢97-98
• 攻读硕士学位期间发表的科研成果及参加的科研项目98

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨平;浅谈刀具磨损与刀具的使用寿命[J];重庆职业技术学院学报;2005年04期

2 李国富;;刀具材料的合理选择[J];科技资讯;2006年16期

3 单清亮;;论未来刀具材料的发展方向[J];黑龙江科技信息;2008年23期

4 ;刀具材料发展简史[J];超硬材料工程;2009年01期

5 ;扩、铰联合刀具[J];机床与工具;1956年18期

6 朱世和，高东;刀具配置的逐层优化方法研究[J];中国机械工程;1995年S1期

7 朱世和，，高东;实现刀具优化配置的方法研究[J];组合机床与自动化加工技术;1995年04期

8 赵秋荣;不同刀具材料的基本性能与评价[J];华北工学院学报;1995年01期

9 袁人炜,陈明;高速切削加工中刀具材料的选用[J];机械工程师;2000年02期

10 白保良;钛合金的车削刀具[J];钛工业进展;2000年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 梁道宇;李炳新;;中国刀具历史发展简论[A];九省二区第三届泛珠三角先进制造论坛论文集[C];2006年

2 李友生;邓建新;石磊;;加工钛合金刀具材料的抗氧化性能研究[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

3 张庆;;刀具材料的应用和发展[A];第十五届华东地区热处理年会暨华东地区热处理年会三十周年纪念活动论文摘要集[C];2006年

4 闫利平;;浅析刀具磨损[A];第十五届全国汽车检测技术年会论文集[C];2011年

5 刘战强;王遵彤;万熠;艾兴;;基于实例推理的刀具材料选择系统的研究[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年

6 邓建新;曹同坤;艾兴;;自润滑刀具的设计及其减摩机理研究[A];2005年中国机械工程学会年会论文集[C];2005年

7 张晓饶;梁鑫;;提高油田井下钻铣刀具效率及寿命的研究[A];2010全国机械装备先进制造技术(广州)高峰论坛论文汇编[C];2010年

8 黄传真;徐立强;王随莲;刘增文;;金属陶瓷刀具材料晶粒生长模型[A];2005年中国机械工程学会年会论文集[C];2005年

9 戚正风;任瑞铭;;国内外刀具材料发展现状[A];第九次全国热处理大会论文集（一）[C];2007年

10 韩建华;宦鸿信;刘植群;;刀具镀膜的进展与对策[A];上海市真空学会成立20周年暨第九届学术年会论文集[C];2005年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 刘峰;国产刀具要在高和专上下功夫[N];消费日报;2006年

2 本报记者 杨明;龙头企业丧失话语权 刀具行业谁主沉浮？[N];中国工业报;2005年

3 ;高效刀具：现代制造的另一个话语权[N];机电商报;2005年

4 本报记者 杨红英;面对金融危机 国产刀具行业应看到机遇[N];中国工业报;2008年

5 本报记者 贺延芳;“洋刀”抢滩,刀具大国如何锻造中国“宝刀”？[N];中国知识产权报;2012年

6 刘战强 作者系山东大学机械工程学院教授、博导;我们需要什么样的刀具人才[N];机电商报;2005年

7 林朝平;应大力推广绿色刀具[N];中国工业报;2003年

8 张丽娜;洋刀霍霍中国刀企还要磨刀几回？[N];消费日报;2006年

9 炳桢;加快刀具关键技术的开发应用[N];中国工业报;2003年

10 太原东山煤矿有限责任公司 王志荣;自润滑刀具材料研究[N];山西科技报;2006年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 刘欣;表面微织构WC-10Ni_3Al刀具切削Ti6Al4V的磨损特性研究[D];华南理工大学;2015年

2 郭宏;面向制造的刀具资源数据服务研究[D];北京理工大学;2015年

3 马利平;微细刀具脉冲磁场强化处理方法及机理研究[D];北京理工大学;2015年

4 杨海东;高性能材料刀具及其切削性能研究[D];合肥工业大学;2015年

5 苏永生;表面织构刀具切削钛合金的基础研究[D];南京航空航天大学;2015年

6 兀伟;纳米刃口刀具制备及切削机理的研究[D];天津大学;2014年

7 高宏力;切削加工过程中刀具磨损的智能监测技术研究[D];西南交通大学;2005年

8 王苏安;面向全寿命周期管理的刀具直接标识与信息追踪技术研究[D];西北工业大学;2007年

9 宋文龙;微池自润滑刀具的研究[D];山东大学;2010年

10 王立辉;全断面岩石掘进机刀具磨损状态的分析与识别[D];天津大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 江咏平;基于跨尺度的切削钛合金刀具磨损机理研究[D];天津理工大学;2015年

2 钱德成;基于MES的刀具选择优化及管理系统研究与开发[D];江南大学;2015年

3 崔洪胤;微织构刀具骨切削过程的仿真和试验研究[D];天津理工大学;2015年

4 于东民;玻璃纤维/碳纤维芳纶纸蜂窝板铣削实验研究[D];集美大学;2015年

5 王文凯;轴向车铣钛合金刀具磨损机理的研究[D];沈阳理工大学;2015年

6 黄亮;模具钢金刚石切削时冷却润滑条件对刀具磨损影响的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

7 彭鑫荣;刀具材料及切削参数对木材切削表面质量影响研究[D];南京林业大学;2015年

8 陈碧冲;微织构刀具的设计与切削性能试验研究[D];北京理工大学;2015年

9 刘丰文;刀具全生命周期信息管理技术研究[D];大连理工大学;2015年

10 李雪;陶瓷微细加工过程中的刀具磨损研究[D];大连理工大学;2015年

  本文关键词：基于热应力分析超硬刀具焊接质量控制基础研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：358357