微织构硬质合金刀具优化与正交切削试验研究

发布时间：2017-09-29 04:19

  本文关键词：微织构硬质合金刀具优化与正交切削试验研究

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【摘要】：铝合金是工业中应用范围最广的结构材料,其中常用的A6061型铝合金具备优良的力学性能,热处理性能、耐腐蚀性能、可焊性和可加工性,常用于汽车制造、轮船、机车、夹具、机械零件、精细加工等领域。同时铝合金也是一种难切削材料,硬质合金刀具对铝合金进行切削时,切屑常常会在刀具的表面堆积形成积屑层,有损刀具的切削性能。有学者证明在刀具前刀面制备一定尺寸和排列的织构形貌,可以改善刀具与切屑接触区的摩擦磨损状态,提高刀具的使用寿命。然而,并没有具体讨论织构自身结构对刀具的影响。本文实验基于单点金刚石划痕技术,选择微织构形貌的最优参数,进而优化织构刀具。首先,通过在硬质合金(YG6)表面制备出不同参数的直线型凹型沟槽织构。观测不同划痕载荷制备的织构形态,对比不同参数织构的摩擦磨损实验,得到较合适的织构制备参数。然后将不同参数微织构制备在硬质合金刀具表面,开展参数化织构刀具对铝合金的正交切削试验,发现硬质合金刀具的切削性能受表面织构参数的影响。本文主要研究内容如下:1.采用单点金刚石压头划痕技术在硬质合金片表面制备微织构。通过选择不同的划痕载荷及织构间距参数,在硬质合金表面加工沟槽宽度不同、织构面积占有比不同的微织构。利用原子力显微镜观测不同参数的微织构表面形态,分析了划痕载荷与沟槽尺寸的关系,证实各种参数织构加工的可行性。2.开展硬质合金表面不同参数微织构的摩擦磨损试验。试验时保持摩擦磨损实验中施加的正压力不变,经过相同时间的摩擦磨损后,分析了不同沟槽宽度和织构间距对微织构表面摩擦系数的影响;利用扫描电镜观察微织构表面的摩擦磨损形貌,比较实验结果,得到最优的微织构结构参数。3.制备不同参数的微织构硬质合金刀具,并开展了铝合金管材的正交切削实验。实验过程中,利用三坐标测力仪采集切削力,利用高速摄像机拍摄切屑的形成过程;通过对比微织构参数化刀具的切削力、刀具前刀面的摩擦磨损形貌、切屑变形形貌,探究微织构参数对硬质合金刀具的摩擦性能的影响。
【关键词】：划痕法 微织构 参数优化 硬质合金 正交切削
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG711;TG501
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 研究背景与意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 铝合金干切削的研究现状9-11
• 1.2.2 刀具表面织构化加工研究现状11-12
• 1.2.3 织构化刀具切削加工研究现状12-14
• 1.3 本文的主要研究内容及具体工作14-15
• 第二章 参数化微织构的划痕加工15-23
• 2.1 划痕加工原理与设备15-17
• 2.1.1 划痕法加工的原理15-16
• 2.1.2 划痕加工设备16-17
• 2.2 参数化微织构硬质合金表面形貌17-22
• 2.2.1 划痕载荷参数 5N的微织构表面形貌17-18
• 2.2.2 划痕载荷参数 10N的微织构表面形貌18-20
• 2.2.3 划痕载荷参数 15N的微织构表面形态20-22
• 2.3 小结22-23
• 第三章 微织构参数变化对硬质合金摩擦性能的影响23-31
• 3.1 摩擦磨损设备与实验方案23-24
• 3.1.1 摩擦磨损实验设备23
• 3.1.2 实验方案23-24
• 3.2 参数化织构摩擦磨损实验结果24-26
• 3.2.1 划痕载荷参数 5N织构磨损形貌24-25
• 3.2.2 划痕载荷参数 10N织构磨损形貌25
• 3.2.3 划痕载荷参数 15N织构磨损形貌25-26
• 3.3 摩擦磨损实验分析26-29
• 3.3.1 微织构参数对摩擦系数的影响分析26-28
• 3.3.2 微织构参数优化分析28-29
• 3.4 微织构减摩机理分析29
• 3.5 小结29-31
• 第四章 参数化织构刀具正交切削铝合金试验31-55
• 4.1 试验方案31-34
• 4.1.1 刀具的制备31-33
• 4.1.2 试验设备及试验参数33-34
• 4.2 正交切削实验结果34-43
• 4.2.1 无织构刀片切削试验结果34-35
• 4.2.2 划痕载荷参数 5N微织构刀片切削试验结果35-38
• 4.2.3 划痕载荷参数 10N微织构刀片切削试验结果38-41
• 4.2.4 划痕载荷参数 15N微织构刀片切削试验结果41-43
• 4.3 切削实验结果43-53
• 4.3.1 织构参数刀具切削力分析43-47
• 4.3.2 织构参数刀具切屑形貌分析47-53
• 4.4 切削机理分析53-54
• 4.5 小结54-55
• 第五章 总结与展望55-57
• 5.1 总结55
• 5.2 展望55-57
• 参考文献57-62
• 致谢62-63
• 攻读硕士学位期间发表的论文及研究成果63

【参考文献】

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1 汪家道,陈大融,孔宪梅;规则凹坑表面形貌润滑研究[J];摩擦学学报;2003年01期

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本文编号：939936