微织构车削刀具的优化设计及切削性能研究

发布时间：2023-04-11 20:04

　　干切削加工技术符合绿色制造理念,顺应现代制造业可持续发展的趋势。干切削中少了切削液的使用,这对刀具提出了更高的要求。近年来,在切削刀具表面引入微织构是一种常见而有效的方法。合理的表面织构形态具有良好的减磨润滑作用,能有效改善刀具的切削性能并提高刀具的使用寿命。本文利用有限元分析法(FEM)研究了微织构形态对刀具表面应力分布及刀具切削性能影响规律,优化了刀具的微织构结构参数,并通过试验验证了微织构刀具的优良切削性能。主要研究内容如下:(1)设计了四种不同形态的微织构并建立了刀具模型,使用ANSYS有限元软件对刀具施加载荷后得到Von Mises应力分布,通过比较应力大小和刀刃上的应力集中状态选出最佳织构形态,为平行于主切削刃方向的条纹状织构MT-1。继续对该形态的织构进行优化,依次探索了织构边缘距离切削刃的距离、织构中心间距、织构宽度、织构深度以及织构截面形状对刀具前刀面应力分布状况的影响。最终得到基于改善刀具前刀面应力分布状况的优化微织构刀具结构:织构形状为MT-1,边缘距离L=100μm、微织构中心间距A=100μm、微织构宽度B=50μm、微织构深度d=25μm,微织构截面形状为V...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 表面微织构及其应用的研究现状
        1.2.1 表面微织构的研究现状
        1.2.2 微织构刀具的研究现状
    1.3 有限元仿真技术在金属切削中的发展及应用
    1.4 本文主要研究内容
第二章 微织构刀具表面应力状态仿真研究
    2.1 线弹性有限元法
        2.1.1 ANASYS有限元软件
        2.1.2 失效依据
    2.2 微织构刀具的建模
        2.2.1 刀具材料的设置
        2.2.2 刀具几何模型的构建与设计
        2.2.3 网格划分
        2.2.4 边界条件
        2.2.5 切削力的施加
    2.3 有限元仿真结果分析
        2.3.1 织构形状对刀具应力的影响
        2.3.2 微织构至切削刃距离对刀具应力的影响
        2.3.3 织构凹槽织构间距对刀具应力的影响
        2.3.4 织构宽度对刀具应力的影响
        2.3.5 织构深度对刀具应力的影响
        2.3.6 织构截面形状对刀具应力的影响
        2.3.7 微织构尺寸的优化设计方案
    2.4 本章小结
第三章 微织构刀具切削性能的仿真研究
    3.1 金属切削相关理论背景
        3.1.1 切屑
        3.1.2 切削力
        3.1.3 切削温度
        3.1.4 次生切削现象
    3.2 ABAQUS有限元分析方法
        3.2.1 ABAQUS有限元法基本理论
        3.2.2 ABAQUS二维金属切削仿真过程
    3.3 切削仿真模型的关键
        3.3.1 材料参数及初始条件
        3.3.2 工件材料的本构模型
        3.3.3 失效模型
        3.3.4 摩擦模型
        3.3.5 网格划分
        3.3.6 边界条件及约束
    3.4 微织构几何尺寸对切削性能的影响
        3.4.1 微织构几何尺寸对切削力的影响
        3.4.2 微织构几何尺寸对切削温度的影响
        3.4.3 微织构几何尺寸对切屑形态的影响
    3.5 微织构面积比率对切削性能的影响
        3.5.1 微织构面积比率对切削力的影响
        3.5.2 微织构面积比率对切削温度的影响
        3.5.3 微织构面积比率对切屑形态的影响
    3.6 织构截面形状对切削性能的影响
        3.6.1 微织构截面形状对切削力的影响
        3.6.2 微织构截面形状对切削温度的影响
        3.6.3 微织构截面形状对切屑形态的影响
    3.7 本章小结
第四章 优化织构刀具的制备及切削试验
    4.1 微织构刀具试样的制备
    4.2 试验方法
    4.3 切削试验结果及分析
        4.3.1 切削力
        4.3.2 切削温度
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文



本文编号：3789667