氧化铝基自润滑陶瓷刀具切削过程的有限元模拟与实验研究

发布时间：2017-10-10 08:22

  本文关键词：氧化铝基自润滑陶瓷刀具切削过程的有限元模拟与实验研究

  更多相关文章： 有限元方法 自润滑陶瓷刀具 切削模拟 切削温度 切削力

【摘要】：自润滑陶瓷刀具材料是指在刀具材料中添加润滑相,使刀具自身具有减摩、抗磨效果,这样一来就能够提高刀具的使用性能以及加工精度,从而在很大程度上改善当前在工件加工过程中所出现的误差大、刀具寿命短以及精度不够等问题,降低了因多次更换刀具而产生的环境污染和资源滥用程度,从根本上推进了工业的可持续发展进程。本文列举了5种有限元软件,并进行了简单的介绍。最终选择使用DEFORM软件来对Al_2O_3/TiC/CaF_2自润滑陶瓷刀具材料进行有限元分析,核心研究该种材料在制成刀具之后所表现出来的工件切削性能,使最终的研究结果更具科学性和严谨性。同时,还对该种刀具材料的本构方程进行介绍和深入探究,同时还介绍了其热传导控制方程;在此基础之上还研究了在该类型刀具加工下的屑刀-接触摩擦的具体种类,并且介绍了利用有限元网格划分的方法来对复杂数据进行模型化的科学简化手段。除此之外,还对该材料的物理性质进行了较为深入的研究,对其中的核心参数进行了分析和计算,同时建立正交切削加工模型。本文模拟了自润滑陶瓷刀具切削加工45#的切削过程,分析了切削过程中的切削温度和切削力值的分布情况,认为固体润滑剂CaF_2在切削温度在接近504℃时,由脆性转变为塑性,此时该刀具材料就会在切削加工的过程中起到一定的润滑、减少摩擦的作用;同时,还详细介绍和研究了之所以产生上述作用以及影响的原因。从切削加工影响因素的角度来对上述刀具材料进行分析和探究,分别研究切削速度、背吃刀量以及刀具前角对Al_2O_3/TiC/CaF_2自润滑陶瓷刀具切削过程的影响:表明在切削速度越大,切削刃附近最高温度越高,而切削力呈波动变化;背吃刀量分别为0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm时,背吃刀量越大,切削刃附近最高温度越高,但不与加工材料切除量成正比地增大;认为γ=-8°的切削力与γ=-5°的切削力比较接近,刀具前角越小,切削温度越低。在本文的最后,对Al_2O_3/TiC/CaF_2自润滑陶瓷刀具进行了干切削试验。持续切削45号钢,刀具的磨损量与切削速度成正比增加,较低速度时以磨粒磨损为主,较高速度时是磨粒磨损和粘结磨损共同的磨损机制。前刀面的刀屑接触区出现了固体润滑剂氟化钙的聚集和拖敷,表现出自润滑效果。随着切削速度和背吃刀量的增加,切削温度与切削力也随着升高,二者的变化趋势与模拟结果一致。
【关键词】：有限元方法 自润滑陶瓷刀具 切削模拟 切削温度 切削力
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG711
【目录】：

• 摘要7-8
• ABSTRACT8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 自润滑陶瓷刀具材料设计的研究进展10-11
• 1.2 有限元方法在切削模拟中的应用11-16
• 1.2.1 有限元软件的介绍及应用11-14
• 1.2.2 有限元法在刀具研究中的主要应用14-16
• 1.3 本课题研究的目的及意义16-18
• 1.3.1 研究目的及意义16
• 1.3.2 主要研究内容16-18
• 第2章 切削过程的有限元模拟基础18-27
• 2.1 刚粘塑性有限元法的基本原理18-22
• 2.1.1 刚粘塑性材料流动的基本方程18-19
• 2.1.2 虚功原理19-20
• 2.1.3 变分原理20-21
• 2.1.4 刀屑接触摩擦类型21-22
• 2.1.5 网格自动划分22
• 2.1.6 有限元模拟简化方法22
• 2.2 自润滑陶瓷刀具材料模型参数的确定22-26
• 2.2.1 材料体系的确定22-23
• 2.2.2 物性参数模型23-25
• 2.2.3 物性参数的确定25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 切削过程的有限元模拟及特性分析27-42
• 3.1 切削过程有限元模拟27-34
• 3.1.1 切削模型的分类27-29
• 3.1.2 切削温度分析29
• 3.1.3 切削力分析29-30
• 3.1.4 刀具材料的加工参数30-33
• 3.1.5 工件材料物理性能参数33-34
• 3.2 自润滑陶瓷刀具的切削温度和切削力的分析34-35
• 3.3 背吃刀量对自润滑陶瓷刀具材料切削性能的影响35-37
• 3.4 切削速度对自润滑陶瓷刀具材料切削性能的影响37-39
• 3.5 刀具前角对自润滑陶瓷刀具材料切削性能的影响39-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第4章 自润滑陶瓷刀具的制备及其切削性能42-51
• 4.1 自润滑陶瓷刀具材料的原料及制备工艺42-43
• 4.2 自润滑陶瓷刀具材料的力学性能43-44
• 4.2.1 力学性能测试方法43-44
• 4.2.2 力学性能分析44
• 4.3 自润滑陶瓷刀具材料的微观结构44-46
• 4.3.1 X射线衍射分析44-45
• 4.3.2 扫描电镜分析45-46
• 4.4 自润滑陶瓷刀具的切削性能46-49
• 4.4.1 切削试验条件46
• 4.4.2 切削性能分析46-49
• 4.5 本章小结49-51
• 第5章 结论与展望51-53
• 参考文献53-57
• 致谢57

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本文编号：1005317