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纳米改性金属陶瓷刀具的研制及其几何参数的数字化设计

谢峰  
【摘要】: Ti(C,N)基金属陶瓷是二十世纪七十年代出现的一种新型刀具材料。由于其具有密度低、硬度和红硬性高于硬质合金、化学稳定性和抗氧化性好、对钢的摩擦系数小、热膨胀系数高于硬质合金等性能特点,再加上其不含或少含资源有限、价格昂贵的WC、Co物质,应用于工业生产有利于提高工效、降低成本,因而国内外对Ti(C,N)基金属陶瓷进行了大量的研究,同时其作为新型的刀具材料在金属切削领域内也得到了广泛地应用。但该类刀具材料表现出来的问题是强韧性不足,因此如何提高Ti(C,N)基金属陶瓷的强韧性就成为材料和切削加工工作者所关注的问题。 本文正是围绕着该问题而开展研究的,作者采用纳米技术研制出了纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷刀具材料;然后对所研制出的纳米改性金属陶瓷刀具的切削性能进行了研究,并对造成其磨损的原因及该刀具材料磨损的规律进行了分析;最后采用有限元的方法对二维金属切削过程进行了数值模拟,并据此得出所研制刀具材料体内的受力状况,优化出刀具的最佳几何参数。 本论文的主要内容和创新点如下: 在第一章里首先综述了金属陶瓷刀具材料的发展和研究概况,对其材料特性、组织和性能特性、制备工艺和其在工业上的应用进行了分析;介绍了纳米技术及纳米材料所固有的特性,重点对在常规材料中通过添加纳米粉末使材料性能改善(纳米改性技术)的原理和研究状况进行了阐述;随后介绍了有限元技术在金属切削研究中的应用及最新进展。最后对本论文的来源、研究目的及主要研究内容进行了说明。 第二章为制备性能优异的纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料,就纳米粉体合适的分散手段及其合适的分散介质进行了研究,并对纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料的制备工艺进行了探讨和制订,以充分发挥纳米粉体的改性效果。利用研究得到的分散手段和制备工艺,研究了纳米TiN改性的与纳米—微米TiN复合改性的两种添加方式下TiC基金属陶瓷刀具材料的性能,发现两种改性方式对其力学性能均有一定的改善,并通过实验得出合适的纳米添加量;同时对纳米颗粒添加所引起刀具材料韧性提高的机制进行了分析。本章最后用优化出的分散 工艺及纳米添加量制备出纳米改性Ti(c,N)基金属陶瓷刀具材料,对其力学性能进 行测试和分析。 第三章用所制备的纳米改性金属陶瓷刀具进行了实际的切削试验,并参考国 内外相关的文献报道,对其与加工对象的合理匹配问题以及其切削加工时的磨损 等问题进行全面的阐述。通过切削试验表明:所研制的纳米改性金属陶瓷刀具在 加工塑性材料时,表现出较优异的切削性能:但在切削铸铁类脆性材料时,优势 不明显。在本章还通过切削实验得出纳米改性金属陶瓷刀具在加工45钢时,切削 用量二要素对该刀具使用寿命的影响规律,并对造成刀具磨损的原因进行了分析。 第四章在充分分析了金属切削过程的变形原理之后,建立了直角自由切削过 程的有限元模型,并利用国际通用的大型有限元计算软件对其进行了数值模拟; 并研究了数值模拟过程中所涉及到的非线性、切屑分离标准、刀具前/后刀面的摩 擦等问题。为了验证所使用的数值模拟方法的计算精度,作者用应变式测力仪测 出了切削过程中刀具从起始阶段到稳定阶段切削力的变化,并用快速落刀的方式 得出变化不同前角时剪切角的数值;将这些实验结果与数值模拟出的结果进行比 较,发现两者表现出较好的一致性。 第五章采用有限元的方法同时结合具体的切削实验.对所研制的纳米改性金 属陶瓷刀具的儿何参数进行了优化。从增强刀具强曳叭角度来看,发现对纳米改 性金属陶瓷刀具而言,正前角下带负倒棱的刀具刃口形式、是一个较为合理的选 择。并分析了用所研制的金属陶瓷刀具进行断续切削时,最佳的刃区倒棱参数及 刀具刃区的强化机理。 第六章总结了本文主要的研究结果和结论,对该刀具在实际生产应用的情况 进行了说明,并对该课题以后进一步的丁二作进行了展望。


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12 ;产学研联合 高技术陶瓷刀具大显身手[J];学会;1998年11期
13 ;合肥工大新型纳米基陶瓷刀具通过鉴定[J];模具制造;2002年05期
14 A.K.CHATTOPADHYAY;A.B.CHATTOPADHYAY;王铁军;戴锦春;;陶瓷刀具在切削钢料时的磨损特性[J];水利电力机械;1985年Z1期
15 金小康;陶瓷刀具在龙门刨床上的应用[J];机械制造;1994年04期
16 荣姝,吴树才;陶瓷刀具及其应用技术[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);1999年02期
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18 元;设计陶瓷刀具应注意的事项[J];工具技术;1964年09期
19 ;陶瓷刀具在大电机护环加工上的应用[J];工具技术;1972年05期
20 思澜;;一种新的耐用陶瓷刀具[J];航空制造技术;1984年12期
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8 翁瑞;先进结构陶瓷材料[N];中国矿业报;2002年
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