【摘要】：鈦合金屬于一種難加工材料,主要采用硬質合金刀具進行切削。鈦合金微切削過程中刀具與工件材料間摩擦以及刀具磨損嚴重影響加工表面質量。通過改善刀-屑接觸面之間的摩擦接觸狀態(tài)實現(xiàn)減小刀具磨損、延長刀具使用壽命以及提高表面加工精度已成為鈦合金微切削加工的重要研究課題。已有研究表明在刀具表面加工非光滑微織構可實現(xiàn)抗磨減阻和抗粘附,進而提高刀具表面耐磨性和承載能力。通過在刀具表面合理布置微織構,在切削過程中可以降低切削力和切削熱,減少積屑瘤粘附,從而降低刀具磨損,提高刀具耐用度。為深入考察鈦合金微切削過程中非光滑表面織構對刀具性能的影響,本文利用激光加工技術在微型車刀表面制備微坑織構,分析激光加工參數(shù)對微坑織構加工質量的影響規(guī)律,實現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化;基于有限元方法對不同結構參數(shù)的微坑織構刀具開展微切削仿真研究,分析切削過程中的刀/屑接觸狀態(tài)、切削力以及衍生切削效應,仿真結果表明微坑織構改變了刀-屑的接觸狀態(tài),微坑織構對切屑的衍生切削減小了切屑對前刀面劃傷和犁溝作用,減少了切屑堆積對工件表面質量的影響,同時減少了鈦合金黏刀,有助于提高刀具耐磨性。采用自行開發(fā)的正交微切削實驗系統(tǒng)開展了微織構刀具鈦合金微切削實驗研究,從刀具磨損長度、寬度、工件表面質量、鈦合金黏刀量和切屑形態(tài)等方面對無織構刀具和織構刀具性能進行對比分析,考察微織構參數(shù)對鈦合金微切削性能的影響規(guī)律,為進一步微織構刀具微切削理論和工藝研究奠定了基礎。
【圖文】：

圖 1.1 表面織構類型1.2.2 微織構研究現(xiàn)狀早在二十世紀六十年代，已經(jīng)有學者通過在物體的表面加工出一定形狀、尺寸的微小結構，以此來改善物體表面的摩擦性能。Dawit Zenebe Segu 等[8]用 YAG 激光器在鋼銷試樣的表面加工出復合形狀的微織構，研究干燥和潤滑條件下，表面復合微織構和無織構鋼銷試樣表面的摩擦系數(shù)，發(fā)現(xiàn)復合微織構的鋼銷試樣表面的摩擦系數(shù)相對較小且較為穩(wěn)定，隨著滑動速度的不斷增加摩擦系數(shù)不斷減少，摩擦試驗完成后發(fā)現(xiàn)復合型微織構鋼銷試樣表面的磨損相對較少，可知復合型微織構可以提高鋼銷表面的耐磨損性能，如圖 1.2 所示。何江濤[9]通過激光加工技術在軸承表面加工出形狀不同的微結構，通過往復摩擦試驗和旋轉摩擦試驗得出：當微織構面密度為 0.07 時，表面圓形微織構的減摩性能最好。Arghir M 等[10]根據(jù)計算機流體力學方向，利用納維斯托克方程，構建微織構流體力學模型，，研究不同形狀微織構動壓潤滑模型，并提出微織構動壓潤滑減摩原理，并且通過后續(xù)試驗驗證這一結論。

圖 1.2 復合型表面織構1.2.3 刀具微織構研究現(xiàn)狀Sugihara 和 Enomoto[11]利用飛秒激光技術在刀具表面加工微/納米織構，提高了刀具的抗粘附性、潤滑性、刀具的壽命和工件表面質量；P. Koshy 等[12]通過放電加工技術在刀具的前刀面制備出微織構，提高了刀具的耐摩擦磨損性能；Vasumathy 和 AnilMeena[13]研究發(fā)現(xiàn)在切削加工過程中刀-屑接觸面間的摩擦和粘接，會嚴重影響刀具壽命和工件表面質量，為了改善刀-屑界面間的摩擦性能，利用激光加工技術，在硬質合金刀具的前刀面制備出與主切削刃角度變化的微槽織構，切削加工 AISI 316 奧氏體不銹鋼，通過試驗研究發(fā)現(xiàn)微槽織構的置入減少了切屑的黏刀量、降低了切削力，微槽織構角度的變化對刀-屑接觸長度也有影響，如圖 1.3 所示。D. Arulkirubakaran 等[14]采用 Deform 3D 對微織構碳化鎢刀具切削加工鈦合金 Ti6Al4V 進行仿真分析，觀察微織構對切削過程的影響，并在碳化鎢刀具的前刀面上，加工出不同形狀的微槽織構，通過切削試驗對比微織構刀具和普通刀具在加工過程中，切削溫度和切削力以及切屑形貌的變化，研究發(fā)現(xiàn)與主切削刃平行的微槽織構刀具的切削溫度、切削力和刀具磨損量最小，如圖 1.4 所示。
【學位授予單位】：長春理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG71

【參考文獻】

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本文編號：2641898