激光微织构刀具涂层强化及其切削性能研究

发布时间：2022-12-06 01:02

　　随着我国资源开采、海洋勘探、航空航天等技术密集型产业飞速发展,各种超耐热、耐磨损、耐腐蚀合金以及碳纤维等难切削材料如雨后春笋。涂层刀具作为一种高端切削工具,行业内使用率超过50%。但因切削工况恶劣,涂层刀具存在涂/基热膨胀系数差异、涂层内部残余应力等问题,导致涂/基结合差,切削过程中涂层易发生开裂、脱落等失效现象,使涂层刀具寿命和加工质量严重降低。针对这一技术难题,本文采用激光微织构技术,在刀具基体表面置入织构,再制备表面涂层,以增强涂/基结合强度,提升涂层刀具耐磨性能。同时,发挥刀具表面织构的减摩脱粘作用,协同提升涂层刀具的切削性能。本文主要研究内容如下。（1）根据刀具涂层制备过程与涂层结合机制,阐述了基体表面置入微织构形貌可以为涂层引入机械锚固作用的依据;分析了刀具涂层的主要失效原因,是由于涂层内部残余应力过大,使涂/基结合界面处出现裂纹和翘曲等失效特征,并说明了界面结合形貌与激光加工对涂层内部残余应力的释放和调控作用;结合金属切削理论,分析了织构对刀-屑接触长度的影响;结合硬质合金涂层刀具常用工况下的磨损形式,提出了基体表面织构的方案。（2）利用UG NX软件建立了普通刀具、毛化... 

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 切削刀具技术概述
        1.2.1 材料与结构选型
        1.2.2 表面预处理技术
        1.2.3 切削工艺优化
    1.3 表面织构技术研究现状
        1.3.1 典型表面织构技术及应用
        1.3.2 刀具表面织构技术研究
    1.4 涂层刀具织构化研究进展
    1.5 本课题来源及主要研究内容
        1.5.1 本课题来源
        1.5.2 主要研究内容
第二章 刀具切削相关基础理论研究
    2.1 刀具涂层技术基础
        2.1.1 涂层分类及制备方法
        2.1.2 涂层形成与结合机制
        2.1.3 涂层失效原因分析
    2.2 微织构刀具切削理论
        2.2.1 切屑形成过程
        2.2.2 切削力模型
        2.2.3 刀-屑接触模型
    2.3 刀具磨损机制
        2.3.1 刀具磨损过程
        2.3.2 磨损机理及分类
    2.4 本章小结
第三章 涂层织构刀具切削仿真分析
    3.1 涂层织构刀具切削模拟仿真
        3.1.1 模型建立与网格划分
        3.1.2 工件材料本构模型
        3.1.3 切屑分离准则
        3.1.4 摩擦与磨损模型
    3.2 切削仿真结果与分析
        3.2.1 切削力
        3.2.2 切削温度
        3.2.3 磨损量预测
    3.3 本章小结
第四章 激光表面织构工艺试验研究
    4.1 试验设计
        4.1.1 试验材料
        4.1.2 试验设备
        4.1.3 试验方案
    4.2 激光毛化试验结果与分析
        4.2.1 激光输出功率的影响
        4.2.2 激光脉冲宽度的影响
        4.2.3 激光扫描次数的影响
        4.2.4 毛化金相显微组织分析
    4.3 激光微沟槽试验结果与分析
        4.3.1 激光泵浦电流的影响
        4.3.2 单元沟槽初始间距的影响
        4.3.3 激光扫描次数的影响
    4.4 本章小结
第五章 涂层试样制备与力学性能检测
    5.1 涂层试样制备
        5.1.1 激光微织构加工
        5.1.2 TiAlN涂层的制备
    5.2 涂层性能检测与表征
        5.2.1 检测方法及原理
        5.2.2 试验与检测设备
    5.3 涂层表面形貌分析
    5.4 涂层材料性能分析
        5.4.1 显微硬度分析
        5.4.2 残余应力分析
        5.4.3 结合强度分析
    5.5 本章小结
第六章 镍基合金INCONEL718 高速车削试验研究
    6.1 试验方案
        6.1.1 试验设备与工况
        6.1.2 切削刀具制备
    6.2 试验结果与分析
        6.2.1 切削力分析
        6.2.2 切削温度分析
        6.2.3 磨损形貌分析
    6.3 微织构作用机理分析
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 研究总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]中国机床工具市场与产业运行形势分析[J]. 毛予锋.  世界制造技术与装备市场. 2017(03)
[2]硬质合金激光毛化工艺试验研究[J]. 符永宏,顾亚励,康正阳,王海波,李玉弟.  激光技术. 2016(04)
[3]表面织构创新设计的研究回顾及展望[J]. 王静秋,王晓雷.  机械工程学报. 2015(23)
[4]表面工程应用实例 [例42]激光表面微织构技术在机械工程领域的应用[J]. 符永宏,康正阳.  中国表面工程. 2015(05)
[5]内燃机气缸内孔分区异化激光微织构技术研究[J]. 华希俊,葛汉青,符永宏,尹必峰,康正阳.  内燃机工程. 2015(04)
[6]表面形貌变形对塑性成形滑动接触界面摩擦的影响[J]. 胡兆稳,刘焜,刘小君,刘奎.  摩擦学学报. 2015(04)
[7]去工业化与再工业化:欧洲主要国家的经验与教训[J]. 赵儒煜,阎国来,关越佳.  当代经济研究. 2015(04)
[8]表面形貌对滑动接触界面摩擦行为的影响[J]. 杨本杰,刘小君,董磊,王伟,刘焜.  摩擦学学报. 2014(05)
[9]纳米磁性切削液下Ti6Al4V铣削机理及试验研究[J]. 王灵玲,陈宇晓,王正才,陈善飞.  制造技术与机床. 2014(07)
[10]表面微沟槽车刀的切削试验与性能分析[J]. 符永宏,肖开龙,华希俊,袁志超,杨烨刚.  中国表面工程. 2013(06)

硕士论文
[1]激光毛化WC-Co刀具的直角切削试验研究[D]. 顾亚励.江苏大学 2016
[2]类金刚石薄膜的膜/基界面调控及其机械力学性能研究[D]. 卓国海.江西理工大学 2015
[3]涂层刀具结合界面的仿生设计[D]. 杨智能.合肥工业大学 2013



本文编号：3710725