微织构耐磨损刀具精密制造技术研究

发布时间：2020-04-26 21:06

【摘要】：钛合金属于一种难加工材料,主要采用硬质合金刀具进行切削。钛合金微切削过程中刀具与工件材料间摩擦以及刀具磨损严重影响加工表面质量。通过改善刀-屑接触面之间的摩擦接触状态实现减小刀具磨损、延长刀具使用寿命以及提高表面加工精度已成为钛合金微切削加工的重要研究课题。已有研究表明在刀具表面加工非光滑微织构可实现抗磨减阻和抗粘附,进而提高刀具表面耐磨性和承载能力。通过在刀具表面合理布置微织构,在切削过程中可以降低切削力和切削热,减少积屑瘤粘附,从而降低刀具磨损,提高刀具耐用度。为深入考察钛合金微切削过程中非光滑表面织构对刀具性能的影响,本文利用激光加工技术在微型车刀表面制备微坑织构,分析激光加工参数对微坑织构加工质量的影响规律,实现工艺参数优化;基于有限元方法对不同结构参数的微坑织构刀具开展微切削仿真研究,分析切削过程中的刀/屑接触状态、切削力以及衍生切削效应,仿真结果表明微坑织构改变了刀-屑的接触状态,微坑织构对切屑的衍生切削减小了切屑对前刀面划伤和犁沟作用,减少了切屑堆积对工件表面质量的影响,同时减少了钛合金黏刀,有助于提高刀具耐磨性。采用自行开发的正交微切削实验系统开展了微织构刀具钛合金微切削实验研究,从刀具磨损长度、宽度、工件表面质量、钛合金黏刀量和切屑形态等方面对无织构刀具和织构刀具性能进行对比分析,考察微织构参数对钛合金微切削性能的影响规律,为进一步微织构刀具微切削理论和工艺研究奠定了基础。
【图文】：

表面织构,类型,织构

图 1.1 表面织构类型1.2.2 微织构研究现状早在二十世纪六十年代，已经有学者通过在物体的表面加工出一定形状、尺寸的微小结构，以此来改善物体表面的摩擦性能。Dawit Zenebe Segu 等[8]用 YAG 激光器在钢销试样的表面加工出复合形状的微织构，研究干燥和润滑条件下，表面复合微织构和无织构钢销试样表面的摩擦系数，发现复合微织构的钢销试样表面的摩擦系数相对较小且较为稳定，随着滑动速度的不断增加摩擦系数不断减少，摩擦试验完成后发现复合型微织构钢销试样表面的磨损相对较少，可知复合型微织构可以提高钢销表面的耐磨损性能，如图 1.2 所示。何江涛[9]通过激光加工技术在轴承表面加工出形状不同的微结构，通过往复摩擦试验和旋转摩擦试验得出：当微织构面密度为 0.07 时，表面圆形微织构的减摩性能最好。Arghir M 等[10]根据计算机流体力学方向，利用纳维斯托克方程，构建微织构流体力学模型，，研究不同形状微织构动压润滑模型，并提出微织构动压润滑减摩原理，并且通过后续试验验证这一结论。

表面织构,织构

图 1.2 复合型表面织构1.2.3 刀具微织构研究现状Sugihara 和 Enomoto[11]利用飞秒激光技术在刀具表面加工微/纳米织构，提高了刀具的抗粘附性、润滑性、刀具的寿命和工件表面质量；P. Koshy 等[12]通过放电加工技术在刀具的前刀面制备出微织构，提高了刀具的耐摩擦磨损性能；Vasumathy 和 AnilMeena[13]研究发现在切削加工过程中刀-屑接触面间的摩擦和粘接，会严重影响刀具寿命和工件表面质量，为了改善刀-屑界面间的摩擦性能，利用激光加工技术，在硬质合金刀具的前刀面制备出与主切削刃角度变化的微槽织构，切削加工 AISI 316 奥氏体不锈钢，通过试验研究发现微槽织构的置入减少了切屑的黏刀量、降低了切削力，微槽织构角度的变化对刀-屑接触长度也有影响，如图 1.3 所示。D. Arulkirubakaran 等[14]采用 Deform 3D 对微织构碳化钨刀具切削加工钛合金 Ti6Al4V 进行仿真分析，观察微织构对切削过程的影响，并在碳化钨刀具的前刀面上，加工出不同形状的微槽织构，通过切削试验对比微织构刀具和普通刀具在加工过程中，切削温度和切削力以及切屑形貌的变化，研究发现与主切削刃平行的微槽织构刀具的切削温度、切削力和刀具磨损量最小，如图 1.4 所示。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG71

【参考文献】