细观尺度下切削钛合金刀具接触过程的研究

发布时间：2017-09-01 07:08

  本文关键词：细观尺度下切削钛合金刀具接触过程的研究

  更多相关文章： 微凸体 水平滑动接触 静态挤压接触 有限元模型

【摘要】：硬质合金刀具在材料的切削加工过程中,由于刀具和工件材料本身的特性以及加工参数和外界因素的影响导致刀具的摩擦磨损现象。从细观尺度分析,摩擦磨损其实是分布在两接触表面的众多微凸体的相互滑动挤压作用过程。本文即是从细观尺度出发,以弹性和弹塑性球面接触理论为基础,研究刀具在切削加工工件过程中两接触表面之间一对微凸体的滑动挤压变形过程,以及加工过程中一些硬质点的存在对刀具后刀面产生的磨损现象。通过有限元仿真软件建立细观尺度接触模型,研究不同分析参数条件下硬质合金微凸体接触表面所受应力应变的变化规律。本文从以下几个方面进行课题研究:首先,利用TR200表面粗糙度测量仪对硬质合金刀具后刀面表面形貌进行测量同时采集能表征表面粗糙度的数据参数。通过实验验证得到表面形貌的微观不平性,并通过表面粗糙度参数关系式得到表面微凸体半径大小范围,为有限元仿真建模提供数据参考。其次,通过用全面试验设计法安排仿真实验,运用有限元仿真软件ABAQUS构建微凸体接触模型,分别研究水平滑动接触和静态挤压接触过程中垂直干涉量的无量纲值、滑动速度、微凸体半径以及挤压深度的变化对硬质合金微凸体表面应力分布范围以及应力值大小变化规律的影响,运用数学处理软件对有限元仿真得到的数据进行回归分析,建立硬质合金接触表面最大应力值与滑动速度、微凸体半径值以及挤压深度等因素间的关系预测模型。最后,研究在滑动接触表面间存在的硬质点对硬质合金表面的挤压磨损情况。把硬质点看成刚体,研究不同半径和挤压深度条件下,硬质合金表面所受到的残余应力和作用力大小变化情况,分析得到各因素对表面磨损的影响规律,为深入研究硬质点的磨粒磨损做一个铺垫。
【关键词】：微凸体 水平滑动接触 静态挤压接触 有限元模型
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG506
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景及课题来源9-10
• 1.2 分析国内外研究现状10-13
• 1.2.1 钛合金切削加工研究发展状况10-11
• 1.2.2 切削刀具摩擦磨损研究现状11-12
• 1.2.3 有限元仿真分析的发展状况12
• 1.2.4 细观尺度研究的发展状况12-13
• 1.3 课题研究目的和意义13
• 1.4 本文主要研究内容13-14
• 1.5 本章小结14-15
• 第二章 钛合金难加工性及加工刀具的细观磨损分析15-22
• 2.1 钛合金性能及难加工性分析15
• 2.2 钛合金切削刀具性能及刀具的摩擦磨损15-17
• 2.2.1 切削钛合金刀具性能分析15-16
• 2.2.2 钛合金切削过程中刀具的摩擦磨损16-17
• 2.3 摩擦磨损理论基础及刀具磨损细观尺度分析17-21
• 2.3.1 摩擦磨损理论基础17-19
• 2.3.2 切削钛合金刀具摩擦磨损细观尺度分析19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 刀具后刀面表面形貌参数测量22-28
• 3.1 表面形貌参数采集22-27
• 3.1.1 实验仪器测量原理分析23-24
• 3.1.2 测量准备工作及测量方案24-25
• 3.1.3 实验数据采集整理25-27
• 3.2 本章小结27-28
• 第四章 基于有限元的微凸体滑动接触模型构建及分析28-42
• 4.1 滑动接触模型构建理论基础28
• 4.2 滑动接触模型的建立28-34
• 4.2.1 几何理论模型分析29-32
• 4.2.2 有限元接触模型构建32-33
• 4.2.3 材料本构模型33-34
• 4.2.4 有限元仿真模型验证34
• 4.3 微凸体滑动接触仿真实验安排34-36
• 4.4 仿真数据处理及结论36-41
• 4.4.1 仿真应力图规律性分析36-38
• 4.4.2 仿真数据回归分析38-41
• 4.5 本章小结41-42
• 第五章 微观尺度下刀具表面静态弹塑性接触模型构建及分析42-53
• 5.1 接触表面的细观模型构建理论42-43
• 5.2 硬质合金和钛合金微凸体静态挤压接触43-47
• 5.2.1 静态挤压接触仿真模型构建43-44
• 5.2.2 静态挤压接触仿真实验安排44-45
• 5.2.3 数据处理与规律分析45-47
• 5.3 硬质颗粒对硬质合金表面的挤压作用47-51
• 5.3.1 挤压接触仿真模型构建47-48
• 5.3.2 静态挤压接触仿真实验及结果分析48-51
• 5.4 本章小结51-53
• 第六章 结论与展望53-55
• 6.1 研究结论53
• 6.2 研究展望53-55
• 参考文献55-58
• 发表论文和科研情况说明58-59
• 致谢59-60

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本文编号：770637