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《齐鲁工业大学》 2013年
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梯度自润滑陶瓷刀具的切削模拟及设计

王春林  
【摘要】:梯度自润滑陶瓷刀具材料是一种组分、结构和性能均呈连续变化的新型陶瓷刀具材料,其具有优异的防热、隔热和缓和热应力的功能,改善了传统的陶瓷材料的抗热震性问题。目前,已有研究者成功设计并制备出梯度自润滑陶瓷刀具材料,并对其进行了力学性能测试、微观组织分析及摩擦磨损实验等,但其切削理论研究尚未明确。 论文列举了5种有限元软件,并对其进行了简单的介绍。应用有限元软件ANSYS分析了Al_2O_3/TiC/CaF_2系刀具材料内的残余应力分布,将各层的应力值作为附加载荷定义于刀具材料;选择DEFORM软件进行模拟分析Al_2O_3/TiC/CaF_2系梯度自润滑陶瓷刀具材料的切削性能:介绍了陶瓷刀具材料的本构方程、热传导控制方程、刀-屑接触摩擦类型、软件网格划分方法等建模关键技术,通过确定刀具材料的组成分布模型,计算刀具材料的物性参数,应用建立切削加工模型的简化方法,建立正交切削加工模型。 分别模拟了不同层数的梯度刀具及与梯度陶瓷材料表层同材料的均质陶瓷刀具切削加工45#的切削过程,分析并比较了不同刀具材料切削过程中的切削温度和切削力值的分布情况,结果表明梯度材料比均质陶瓷刀具材料有更好的切削特性。同时分析了Al_2O_3/TiC/CaF_2系梯度自润滑陶瓷刀具材料中的固体润滑剂CaF_2的作用,其切削温度在接近504℃时,由脆性转变为塑性,具有润滑作用。 分析了切削速度、背吃刀量、刀尖圆弧半径对Al_2O_3/TiC/CaF_2系梯度自润滑陶瓷刀具切削过程的影响:表明在切削速度在82m/min~169m/min范围内,刀具前刀面的磨损量随着切削速度的增大而增大;背吃刀量在0.2mm~0.5mm范围内,当背吃刀量超过0.3mm时,七、九层的刀具材料的主切削力在切削过程逐步下降,切削温度上升非常缓慢;而刀具刀尖圆弧半径在0.8mm~1.2mm内变化时,刀具圆弧半径的变化对七层刀具材料的切削温度及切削力影响甚微,但对九层刀具材料的切削力影响很大。 采用真空热压烧结工艺,制备出Al_2O_3/TiC/CaF_2系梯度自润滑陶瓷刀具材料,进行了力学性能测试,并进行了与有限元分析相对应的切削实验。
【学位授予单位】:齐鲁工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TG711

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