仿生微织构拉刀优化设计及实验研究

发布时间：2020-05-19 17:24

【摘要】：拉削工艺因其高效、高精度的加工特性,已在精密制造行业得到广泛应用。拉刀则是一种专门用于拉削加工的刀具。研究表明,在低速重载的加工条件下,拉刀性能是制约拉削加工质量和拉刀使用寿命的关键因素。因此如何在传统的拉削制造领域引入新兴学科的科研成果,有效降低拉削负载和刀具磨损,提高拉削加工性能和刀具使用寿命,对于拉削制造领域有着十分重要的意义。研究发现,合理的仿生表面织构可改善界面摩擦学特性。因此,为减缓拉刀表面磨损和提高刀具使用寿命,本文将仿生学和表面织构技术应用到拉刀表面。首先,依据拉削过程的作用机理,在仿生学中选取了能够合理应用于拉刀表面的仿生形状;随后,建立了流体动力学模型和动态切削模型,综合分析了拉削液的流动特性和拉刀的应力分布特性,得到了最优的仿生织构形状;最后,通过激光加工技术,制备得到仿生微织构拉刀,并进行了拉削负载对比实验、刀具表面形貌及粗糙度观测实验、刀具切削刃压痕实验,验证了仿生微织构拉刀设计的合理性。本文研究内容主要分为以下五个章节。第一章是绪论部分。本章首先介绍了项目背景,随后介绍了刀具优化设计、仿生表面织构技术、织构刀具制备工艺等相关技术的国内外研究现状,最后总结了本文的主要研究内容。第二章是仿生微织构应用原理部分。本章首先分析了部分自然界生物及非生物体表的减磨减阻形状,并阐述其减磨机理;随后分析了拉削过程的作用机理,选取了三种适用于拉刀表面的织构形状;最后通过流体动力学仿真、拉削动态分离仿真和有限元分析,得出最优仿生织构形状,并从应力均布、动压润滑等角度剖析微织构作用机理。第三章是微织构拉刀制备部分。本章首先介绍了物理激光加工设备,并在拉刀后刀面进行压痕实验,为微织构的加工提供依据;随后,研究了各个激光加工参数对拉刀表面织构形状的影响,以得到最优的加工参数;最后利用激光加工技术,在拉刀后刀面开设了织构,并通过高倍快速摄像仪和台阶仪,观测和分析了微织构的表面形貌和能量残留现象。第四章是拉削实验部分。本章首先介绍了拉削实验方案,明确了拉削实验目的,对拉削实验台、拉刀几何参数、拉削实验条件进行了详细介绍;随后基于此目的设计了拉削实验台,对LG612Ya-800型拉床进行改进,使用PTH503通用型压力传感器测量液压缸有杆腔和无杆腔内腔压力,使用加速度传感器测量拉削过程中的拉削加速度,使用快速摄像仪观测拉刀表面磨损形貌。最后绘制拉削负载曲线,采样织构拉刀及加工后工件的显微形貌,从拉削负载、磨损等角度验证了仿生微织构拉刀具有改善拉削性能的作用。第五章是总结与展望。本章回顾了本文研究工作,总结了本研究对仿生微织构拉刀设计的指导意义,并对表面织构技术、仿生学在其他制造业领域的应用提出展望。
【图文】：

拉削加工,刀齿,渐开线拉刀,圆拉刀

杭州电子科技大学硕士学位论文第一章绪论.1 课题背景及研究意义《中国制造 2025》提出了提高生产效率、降低生产能耗、保证生产质量等。顺应这样的时代背景，拉削加工因其高效高精度的加工特性被广泛应用在装备、汽车工业、铁路、能源工业等制造领域[1-4]。拉削加工应用领域如图示。正因为拉削加工具有如何广阔的应用背景，所以引入前沿技术来提高拉艺性能具有十分广阔的产业前景和十分重要的工程意义。

理工大学,实验平台,铣削加工,河南

用于检测集成的细长球头铣刀接近切割区的振动过程。他所设计的铣削实验平台如图1.2 所示。通过组合的实验数据和检测工具，预测过程控制策略，以避免关键的磨损和振动。尼孟合金 C-263 因其强度高、导热系数低、易硬化、材料易黏附刀具的特点，造成其加工十分困难。印度学者 Koyilada[18]针对这一难题，，选择适当的沉积技术，将涂层技术引入刀具制备过程。气相沉积技术包括化学和物理两种，未研究其差异，他同时采用了这两种技术制备涂层刀具，并对表面粗糙度、切削力、切削温度、分层温度折减系数等性能进行分析。研究表明，PVD 涂层刀具各个加工参数显著改善，表面粗糙度降低 74.3%，切削力降低 6.3%、切削温度降低 13.4%和芯片温度折减系数降低 22%。PVD 涂层刀具由 TiN 和 TiAlN 双层结构组成。PVD涂层刀具相对于传统刀具，对于刀具表面磨损有着显著的减缓作用，并且这种减
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG715

【参考文献】