陶瓷刀具干切削Inconel718实验研究及刀具磨损的离散元模拟

论文摘要

镍基高温合金能在650℃或者更高的温度具有高的抗氧化、抗腐蚀性能和力学性能,因而被广泛应用于航空发动机零部件等领域,但由于其导热性差,加工硬化现象严重,微观结构中含有耐磨的硬质颗粒,是典型的难加工材料之一。在加工过程中,刀具与切屑间的摩擦是影响刀具寿命的因素,刀具磨损会使工件的加工精度降低,表面粗糙度加大。切屑对刀具的磨损是复杂的力学和热学共同作用的结果,目前实验的方法很难解析刀具与切屑接触复杂的物理化学过程,而且在刀具与切屑接触面内,切屑的流动造成刀具和切屑材料颗粒的脱落,这些脱落的颗粒被视为离散的第三体,将产生不同的磨损机理。本文通过实验研究与离散元模拟相结合的方法,对干切削加工Incone718的切削加工过程、已加工表面形貌以及刀具磨损进行了深入研究,为分析刀具磨损问题提出一条新的思路。全文共分四章,各章内容简述如下。第一章阐述了论文的研究背景和意义,总结了高温合金加工特点、刀具磨损的国内外研究概况,提出了本文的研究内容和主体框架。第二章进行了Inconel718切削加工实验,研究了切削加工得到的切削力的变化规律,并定性分析了切削速度和背吃刀量对切削力的影响;进而研究了加工后得到的加工表面形态,如加工表面粗糙度、表层硬化层、加工表面形貌和切屑形貌;最后观察和分析了刀具的磨损形貌以及计算磨损参数。第三章考虑切削热、腐蚀反应以及粘结作用,采用PFC2D软件,建立了刀具与切屑接触的离散元模型。第四章采用单因素法,根据所建立的离散元模型进行了刀具磨损的离散元模拟,定性分析了切削速度和背吃刀量对刀具磨损的影响,并与实验结果进行比较。最后对本文的研究工作进行了总结,并对进一步研究进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 物理量名称及符号
• 第一章 绪言
• 1.1 镍基高温合金的加工特性
• 1.1.1 高温合金的特点和应用
• 1.1.2 镍基高温合金加工特点
• 1.2 刀具磨损破损行为的研究
• 1.2.1 实验研究方法
• 1.2.2 数值模拟研究方法
• 1.2.3 离散元模拟研究方法
• 1.3 离散元模拟研究方法
• 1.3.1 离散元法及应用研究现状
• 1.3.2 离散元求解方法
• 1.3.3 离散元法模拟刀具磨损
• 1.4 课题研究背景及研究意义
• 第二章 INCONEL718 干切削加工实验研究
• 2.1 引言
• 2.2 切削实验的设计
• 2.2.1 刀具和工件材料
• 2.2.2 实验设备
• 2.2.3 切削加工实验方案
• 2.3 实验结果研究
• 2.3.1 切削力的研究
• 2.3.2 切削表面形态的研究
• 2.3.3 刀具磨损的分析
• 2.3.4 磨损参数的计算
• 2.4 本章小结
• 第三章 刀具-切屑接触和刀具磨损的离散元模型
• 3.1 引言
• 3.1.1 磨损模型发展概述
• 3.1.2 三体磨损简介
• 3.2 刀具磨损模型数值仿真系统的建立
• 3.2.1 陶瓷刀具模型的建立
• 3.2.2 切削过程中温度场的离散元模型
• 3.2.3 腐蚀反应的离散元模型
• 3.2.4 粘性模型的离散元模型
• 3.3 刀具—切屑接触的离散元模型
• 3.3.1 离散元模型描述
• 3.3.2 边界条件
• 3.3.3 刀具磨损
• 3.4 本章小结
• 第四章 刀具-切屑接触和刀具磨损的数值模拟
• 4.1 模拟方案的制定
• 4.2 参数的提取
• 4.3 模拟中的速度问题的处理
• 4.4 刀具与切屑接触刀具磨损的离散元模拟结果及分析
• 4.4.1 切削速度的影响
• 4.4.2 背吃刀量的影响
• 4.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢