超硬材料微坑织构多元融合成型技术及机理研究

发布时间：2017-10-16 04:01

  本文关键词：超硬材料微坑织构多元融合成型技术及机理研究

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【摘要】：超硬材料具有高硬度和高耐磨性的特点,一般加工方法很难进行加工,特种加工技术是超硬材料加工的有效方法。将电火花技术和超声加工技术相结合的复合加工技术,可以大幅度的提高加工速度、改善加工质量和加工一些难加工材料。以PCD (Polycrystalline Diamond)为代表的超硬材料刀具在高速切削加工领域愈来愈重要,其刃磨技术和刃磨品质直接决定着刀具的综合性能和加工的精度。现代仿生摩擦学研究表明：具有一定微织构的非光滑表面往往比光滑表面具有更小的摩擦力,合理的微织构能够起到良好的减摩作用,这为超硬材料刀具的设计提供了新的研究方向。 本文以有限元分析理论和金属切削理论为基础,利用DEFORM-3D有限元分析软件,以Johnson-Coo k模型作为工件材料的流动模型、采用Coulomb摩擦模型、利用Usui磨损模型和更新的Lagrange方法作为切屑分离准侧建立6061铝合金切削有限元模型。选取刀具材料为YG8硬质合金和聚晶金刚石(PCD),建立凹坑和沟槽微织构刀具模型,通过对切削过程的有限元模拟,分析了切削过程中的切削力和切削温度。分析结果表明：在刀具前刀面加工凹坑和沟槽微织构可以减小切削力,降低切削温度,提高刀具的切削性能。 利用激光加工技术在YG8硬质合金以及PCD刀具表面加工了沟槽微织构,并进行表面去除毛刺处理。用微织构刀具在干车削和润滑的条件下进行切削铝合金切削实验,通过对刀具前刀面磨损以及工件表面粗糙度分析表明：在刀具前刀面加工沟槽微织构,可以阻止刀具磨损的扩展。在润滑的条件下,沟槽织构可以存储一定的切削液,起到减磨的作用,同时也降低工件表面粗糙速度,提高了刀具的切削质量。
【关键词】：超硬材料 微织构 超声电火花复合加工 DEFPRM-3D
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG66
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 1 绪论7-16
• 1.1 引言7
• 1.2 超硬材料刀具研究现状及发展趋势7-9
• 1.2.1 超硬材料刀具研究现状7-8
• 1.2.2 超硬材料刀具发展趋势8-9
• 1.3 表面织构研究现状9-11
• 1.3.1 表面微织构研究现状及加工技术9-10
• 1.3.2 微织构对刀具性能的影响10-11
• 1.4 复合加工技术研究概况11-14
• 1.4.1 电火花加工技术的产生及特点11
• 1.4.2 超声加工技术的产生及特点11-13
• 1.4.3 超声电火花复合加工技术13-14
• 1.5 DEFORM-3D在切削仿真中的应用14
• 1.6 论文研究的主要内容14-16
• 2 超声电火花复合加工技术研究16-25
• 2.1 电火花加工基本原理和机理16-18
• 2.1.1 电火花加工基本原理16-17
• 2.1.2 电火花加工机理17-18
• 2.2 超声振动对电火花加工影响机理研究18-24
• 2.2.1 超声振动对放电通道的影响19-20
• 2.2.2 超声对放电间隙的影响20-22
• 2.2.3 超声振动对电蚀物排出的影响22-23
• 2.2.4 超声振动对工件加工表面质量的影响23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 3 旋转超声振动辅助电火花加工机床设计25-35
• 3.1 机床总体结构设计25
• 3.2 电火花加工平台的设计25-28
• 3.2.1 立柱设计26-27
• 3.2.2 工作台设计27-28
• 3.2.3 工作液槽及夹具设计28
• 3.3 超声波发生装置28-29
• 3.4 超声波换能器29
• 3.5 超声波变幅杆29-32
• 3.5.1 变幅杆的材料及性能参数29-30
• 3.5.2 变幅杆的种类30-31
• 3.5.3 超声波变幅杆与工具头整体设计31-32
• 3.6 电火花脉冲电源设计32-34
• 3.6.1 脉冲电源的组成32
• 3.6.2 脉冲电源设计32-34
• 3.7 本章小结34-35
• 4 基于DEFORM-3D微织构刀具切削仿真分析35-48
• 4.1 DEFORM-3D有限元软件介绍及模拟过程35
• 4.2 DEFORM-3D有限元模拟关键技术35-38
• 4.2.1 仿真模型的建立36
• 4.2.2 摩擦磨损模型36-37
• 4.2.3 材料流动应力模型37-38
• 4.3 微织构刀具模型建立及材料选取38-39
• 4.4 模拟参数设置39-40
• 4.5 微织构刀具切削加工表面残余应力模拟40-47
• 4.5.1 等效应力场(stress-effective)分析40-43
• 4.5.2 工件温度场分布43-46
• 4.5.3 切削力分析46-47
• 4.6 本章小结47-48
• 5 不同表面微织构刀具的切削实验研究48-55
• 5.1 超硬材料微织构刀具的制备48-49
• 5.2 铝合金切削实验方案49-50
• 5.2.1 切削实验设备49
• 5.2.2 工件材料选用49-50
• 5.3 实验结果分析50-53
• 5.3.1 干切削下前刀面磨损50
• 5.3.2 切削液润滑下前刀面磨损50-51
• 5.3.3 切削质量分析51-53
• 5.4 本章小结53-55
• 6 结论与展望55-56
• 参考文献56-60
• 申请学位期间的学术成果及发表的论文60-61
• 致谢61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1040476