表面織構(gòu)陶瓷刀具的切削性能研究.pdf

1、本文根據(jù)表面織構(gòu)具有良好的抗磨減摩性能，將其運用在Al2O3/TiC陶瓷刀具上，制備出不同幾何參數(shù)的微織構(gòu)刀具、納織構(gòu)刀具和微/納復(fù)合織構(gòu)刀具。利用有限元分析和切削試驗兩種方法，研究織構(gòu)的寬度、深度、間距和形貌對表面織構(gòu)陶瓷刀具切削性能的影響規(guī)律。
　　利用有限元法對表面織構(gòu)陶瓷刀具干切削45＃淬火鋼的過程進行分析，結(jié)果表明:不同寬度、深度、間距的織構(gòu)的置入會對刀具的切削性能產(chǎn)生不同影響。當織構(gòu)的寬度變大時，刀具的切削力呈現(xiàn)出先減

2、小后增大的趨勢，寬度為20μm的刀具AW20的切削力最小;刀具的切削溫度隨織構(gòu)寬度變大而變小;研究發(fā)現(xiàn)在切削過程中織構(gòu)的上邊沿會對切屑進行二次切削，當寬度大于或等于50μm時，二次切削現(xiàn)象非常明顯，二次切削現(xiàn)象的存在不僅會增大切削力、切削溫度，且二次切削產(chǎn)生的切屑不能從織構(gòu)中清除使織構(gòu)堵塞，削弱織構(gòu)的減摩作用?？棙?gòu)的間距越小，刀屑接觸區(qū)域內(nèi)的織構(gòu)個數(shù)越多，刀具的切削力越小、切削溫度越低;間距為30μm的刀具AS30的切削力和切削溫度均為

3、最小。但是間距越小，即織構(gòu)的密度越大，對刀具的應(yīng)力分布影響越大?？棙?gòu)的深度對刀具的性能影響最小，切削力幾乎不隨深度的變化而變化，只有切削溫度在深度變大時有略微的減小，深度越大對刀具應(yīng)力分布的影響越大。綜合考慮切削過程中切削溫度、切削力和刀具的應(yīng)力場分布，當織構(gòu)的寬度、間距、深度均為50μm時可以在最大限度的降低刀具的切削力和切削溫度。利用制備出的不同間距的表面織構(gòu)陶瓷自潤滑刀具進行干切削45＃淬火鋼的試驗，得到的結(jié)果與仿真分析得到的切削

4、力和切削溫度的變化趨勢相同。
　　雖然微米級織構(gòu)抗磨減摩性、散熱性好，但它在切削過程中存在二次切削現(xiàn)象、容易堵塞，且陶瓷刀具有尺寸較小負倒棱，微織構(gòu)加工較為困難。本文將微米級織構(gòu)與納米級織構(gòu)相結(jié)合，設(shè)計了在前刀面和負倒棱上加工納米級織構(gòu)的表面織構(gòu)陶瓷刀具(AN)和在前刀面、負倒棱分別加工微米級織構(gòu)、納米級織構(gòu)的微/納復(fù)合織構(gòu)陶瓷刀具(AT)，與單一微米級織構(gòu)刀具(AW50)對比，利用有限元法分析得出無論是否在織構(gòu)中涂覆固體潤滑劑，

5、這三種刀具中微/納復(fù)合織構(gòu)陶瓷刀具的切削性能最佳。利用制備出涂覆固體潤滑劑的三種表面織構(gòu)陶瓷刀具進行干切削試驗，試驗結(jié)果表面微/納米織構(gòu)刀具(ANL)的切削性能最好，其三向切削力Fx，F(xiàn)y和Fz分別降低了15-20％，20-25％，15-20％左右;切削溫度比刀具A00降低8％-12％;刀-屑間的摩擦系數(shù)比刀具A00降低9％-13％。
　　表面織構(gòu)自潤滑刀具能夠有效的減少磨損;表面織構(gòu)能夠在整個的切削過程中起到減摩作用。分析認為其