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《河北工业大学》 2016年
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基于离散元法的Al_2O_3基陶瓷刀具失效机理研究

刘蕊  
【摘要】:Al_2O_3基陶瓷刀具具有优异的化学稳定性、耐磨性和耐热性,被广泛应用于制造业领域,但其脆性大,抗弯强度和耐冲击性能差,在切削加工过程中强烈的机械和热冲击很容易引起刀具的磨损破损。刀具磨损会影响工件加工质量、加工效率和制造成本,因此有必要对切削过程中氧化铝基陶瓷刀具的磨损过程进行模拟研究。因此本文采用离散元法研究了氧化铝基陶瓷刀具车削45号钢时刀具的磨损过程,模拟分析了切削参数、刀具前角和刀具材料对磨损的影响,为提高加工质量和合理选择加工参数提供依据。本文基于离散元法,利用PFC2D软件分别建立陶瓷材料和工件材料的BPM模型,通过单轴压缩试验、三点弯曲试验、巴西劈裂试验和断裂韧性试验校准氧化铝基陶瓷材料的微观参数,利用拉伸试验校准45号钢的微观参数,得到了能够表征材料的实际力学性能的离散元模型,其校准值与文献的参考值一致。本文对陶瓷刀具磨损过程、磨损形式和磨损机理进行理论分析,并且在三体磨损模型的基础上,建立了后刀面磨损量的模型,得到了陶瓷刀具的断裂韧性、前角、切削速度和切削深度与磨损量的定性关系。本文考虑了切削过程中温度场和粘结作用的影响,建立了二维离散元切削模型,模拟了氧化铝基陶瓷刀具加工45号钢过程中刀具上裂纹的形成扩展及材料剥落的演化过程。采用单因素法分析了切削深度、切削速度、刀具前角和不同氧化铝基陶瓷材料对刀具磨损的影响,确立了可以得到较高加工表面质量,减少刀具磨损,提高加工效率的参数。同时对模拟结果和理论分析进行了对比,进一步验证了离散元模拟的有效性和合理性。
【学位授予单位】:河北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG711

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【参考文献】
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