金属切削过程刀—屑接触区摩擦状态实验研究

论文摘要

揭示刀-屑间摩擦机理,是金属切削领域的重点课题之一。切削过程中,刀-屑间的摩擦状态不但影响到金属的塑性变形,还影响到切削力、切削热、积屑瘤和切屑的形成过程等,进而影响加工表面质量。研究刀-屑接触区的摩擦状态,分析其影响因素,阐明刀-屑间摩擦本质,对揭示金属切削机理具有重要意义。针对金属切削过程中刀-屑间摩擦状态问题,本文选择刀具材料为高速钢,工件材料为35号钢,进行了一些实验研究与分析工作。首先使用普通刀具进行切削实验,利用扫描电子显微镜、表面粗糙度测量仪和显微硬度计,对切削过后的刀具前刀面不同区域进行观察和测量。分析认为,显微组织、表面形貌和显微硬度的变化基本能够反映前刀面不同区域的摩擦状态。为了得到通过不同摩擦区经不同摩擦变形的切屑,设计和制作了具有不同前刀面长度的刀具。利用制作的刀具,进行多组切削实验,获取不同的切屑,并同时测量切削力。对切屑的表面形貌、显微硬度和表面显微组织进行观察和测量,推算切削过程中的刀-屑摩擦力,并与前刀面的表面形貌、显微硬度和表面显微组织变化情况进行对比分析,前刀面和切屑表面的三个特征具有相似的变化规律,能够反映出刀-屑间不同区域的摩擦状态。在观察、测量与分析的基础上,对高速钢刀具切削35号钢材料的刀-屑摩擦区进行了重新划分,并探讨了刀-屑摩擦区的区分方法:Ⅰ区（切削刃附近）和Ⅱ区（临近Ⅰ区）能通过刀具显微组织照片和表面轮廓曲线明确区分出来;Ⅱ区和Ⅲ区（远离切削刃）界线可以通过实测摩擦力和理论计算摩擦力比较确定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 切削过程中刀-屑间的摩擦现象和研究意义
• 1.2 刀-屑间摩擦状态的研究概况
• 1.2.1 刀-屑摩擦的主要研究方法和现状
• 1.2.2 目前存在的问题
• 1.3 摩擦学和材料学相关的理论基础
• 1.3.1 摩擦学研究进展
• 1.3.2 粘结摩擦和滑移摩擦
• 1.3.3 表面分析技术
• 1.4 本文的主要研究内容和研究方案
• 1.4.1 本文的主要研究内容
• 1.4.2 研究方案
• 1.4.3 研究目标
• 第2章 前刀面摩擦特征
• 2.1 引言
• 2.2 实验研究方法
• 2.2.1 快速落刀技术
• 2.2.2 表面形貌观测
• 2.2.3 刀具表面组织结构观测
• 2.2.4 刀具表面力学性能测量
• 2.3 实验方案
• 2.3.1 实验步骤
• 2.3.2 实验条件
• 2.4 实验结果及分析
• 2.4.1 表面形貌
• 2.4.2 显微硬度
• 2.4.3 显微组织结构
• 2.4.4 综合分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 切屑表面特征和摩擦力测量
• 3.1 引言
• 3.2 切屑形成的特点
• 3.3 刀-屑间摩擦力的构成
• 3.4 实验方案
• 3.4.1 实验步骤
• 3.4.2 刀具制作
• 3.4.3 切削力测量
• 3.5 实验结果及分析
• 3.5.1 切屑表面形貌
• 3.5.2 切屑表面显微硬度
• 3.5.3 切屑显微组织结构
• 3.5.4 摩擦力测量
• 3.6 实验结果分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 刀-屑接触区摩擦状态分析
• 4.1 引言
• 4.2 刀-屑摩擦机理
• 4.3 切屑底层剪切强度的确定
• 4.4 摩擦状态区分
• 4.5 刀-屑摩擦区的温度分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介