微织构刀具的设计与切削性能试验研究

发布时间：2017-03-22 22:20

  本文关键词：微织构刀具的设计与切削性能试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微细切削技术作为一种低成本快速的机械微小零件加工方式,已被广泛应用在航空、通讯及光学等多个领域。而微细切削刀具作为微细切削加工的重要执行元件,刀具的快速磨损依然是制约刀具寿命和切削高速高效加工的关键问题。近年来,摩擦学和仿生学的相关研究和实践表明,摩擦副表面不是越光滑越耐磨,反之,具有一定非光滑形态的表面往往具有更好的耐磨性能,这给刀-屑接触区摩擦状况带来了新的研究方向。为此,本文针对铝合金切削时的粘结磨损问题,将仿生微织构应用于硬质合金刀具的材料表面,对表面微织构刀具在铝合金切削加工中的应用进行了探索性研究。本文采用微磨削加工技术将微织构应用于硬质合金刀具的表面,通过有限元分析和切削试验来研究微织构对硬质合金刀具的减摩抗粘作用。本文主要研究内容如下:1.分别选取了四种典型的非光滑仿生微织构,即凹坑形、凸包形、沟槽形和棱纹形这四种典型结构,并对它们分别建立了数学模型。针对非光滑仿生微织构形式的不同,对其减摩机理进行了分析。此外,还介绍了本研究采用的微织构数学模型及刀具表面的微织构加工方法,选取合理的加工参数,采用微磨削技术在硬质合金车刀前刀面上制备出不同方向和尺寸的微沟槽,并对其表面形貌进行了测量。2.利用有限元软件Deform对无织构刀具和微织构刀具正交切削铝合金的过程进行了有限元仿真,揭示了无织构刀具和不同类型微织构刀具切削铝合金时微织构的间距、切削速度及切削深度等参数对切削力和切削温度等的影响。3.利用微磨削加工技术制作出了不同类型的微织构刀具,并进行了铝合金的正交切削试验,对无织构刀具与微织构刀具在有/无润滑剂条件下切削力以及刀具的粘结面积进行了对比分析,研究不同类型微织构对刀具切削性能的影响,并与切削仿真过程进行对比,分析表面微织构刀具的减摩抗粘性。4.针对难加工材料超高强度钢,采用不同类型微织构刀具进行切削仿真,分析了切削过程中正压力、摩擦力以及刀具切削温度的分布情况。同时,对无织构钻头和不同类型微织构钻头钻削超高强度钢的过程进行了模拟,分析了切削过程中刀具切削温度的分布情况,结果表明:对比无织构钻头,微织构钻头能明显降低切削温度,横向沟槽钻头的降温效果最好。
【关键词】：微织构 数学模型 微磨削 有限元分析 减摩
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG71
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-27
• 1.1 研究意义11-13
• 1.2 表面微织构的研究概况13-16
• 1.2.1 表面微织构种类13-14
• 1.2.2 表面微织构的研究现状14-16
• 1.3 刀具表面微织构的研究概况16-24
• 1.3.1 刀具的表面微织构16-22
• 1.3.2 表面微织构有限元仿真的研究现状22-24
• 1.4 微织构刀具发展趋势24-25
• 1.5 本课题的研究内容25-27
• 第2章 微织构刀具的设计与刃磨方法27-39
• 2.1 仿生微织构数学模型27-33
• 2.1.1 凹坑形微织构数学模型27-28
• 2.1.2 凸包形微织构数学模型28-29
• 2.1.3 沟槽形微织构数学模型29-31
• 2.1.4 棱纹形微织构数学模型31-33
• 2.2 微织构减摩机理33-35
• 2.2.1 凸包形和棱纹形微织构减摩擦机理分析33-34
• 2.2.2 凹坑形和沟槽形微织构减摩擦机理分析34-35
• 2.3 刀具表面微织构磨削加工方法35-38
• 2.3.1 刀具表面微织构数学模型35-36
• 2.3.2 刀具表面微织构加工方法36-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第3章 微织构刀具切削性能有限元分析39-57
• 3.1 有限元模型的建立39-43
• 3.1.1 微织构刀具、工件几何模型的建立39-41
• 3.1.2 材料模型的建立41-42
• 3.1.3 切屑-前刀面的摩擦模型42
• 3.1.4 切削热的产生42
• 3.1.5 网格划分42-43
• 3.1.6 切屑分离准则43
• 3.2 微织构刀具切削铝合金的有限元模拟结果与分析43-52
• 3.2.1 微织构刀具切削铝合金的切削力结果与分析43-48
• 3.2.2 微织构刀具切削铝合金的温度结果与分析48-52
• 3.3 切削深度对微织构刀具切削铝合金的影响分析52-55
• 3.3.1 切削深度对切削力的影响52-53
• 3.3.2 切削深度对切削温度的影响53-55
• 3.4 本章小结55-57
• 第4章 微织构刀具的制备与切削试验研究57-75
• 4.1 微织构刀具的制备与测量57-61
• 4.1.1 微织构刀具的制备57-59
• 4.1.2 微织构表面形貌的测量59-61
• 4.2 切削试验方案61-62
• 4.2.1 切削试验设备61
• 4.2.2 工件材料61
• 4.2.3 切削试验条件61-62
• 4.3 表面微织构刀具切削试验结果与分析62-73
• 4.3.1 切削力与摩擦系数62-67
• 4.3.2 刀具磨损67-73
• 4.4 本章小结73-75
• 第5章 微织构刀具在超高强度钢钻削的探索研究75-93
• 5.1 微织构刀具切削超高强度钢的有限元分析75-85
• 5.1.1 有限元模型的建立75
• 5.1.2 无织构刀具的有限元切削过程分析75-77
• 5.1.3 微织构刀具切削超高强度钢的切削力结果与分析77-81
• 5.1.4 微织构刀具切削超高强度钢的温度结果与分析81-85
• 5.2 微织构微细钻头钻削性能有限元分析85-92
• 5.2.1 有限元模型的建立85-88
• 5.2.2 无织构钻头的有限元切削过程分析88-89
• 5.2.3 微织构钻头切削超高强度钢的结果与分析89-92
• 5.3 本章小结92-93
• 第6章 总结与展望93-97
• 6.1 总结93-94
• 6.2 展望94-97
• 参考文献97-101
• 致谢101

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王霄;张广海;陈卫;刘会霞;符永宏;蔡兰;;不同微细造型几何形貌对润滑性能影响的数值模拟[J];润滑与密封;2007年08期

  本文关键词：微织构刀具的设计与切削性能试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：262357