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5543字开题报告范文,机械工程论文开篇报告:超硬材料中微坑织构的多元熔融成形技术及机理研究

论文类型:开题报告
论文字数:5543字
论点:加工,刀具,切削
论文概述:

本文为机械工程论文开题报告范文,以“超硬材料微坑织构多元融合成型技术及机理研究”为例介绍了机械工程论文开题报告的写作方法。

论文正文:

超硬材料微坑织构的多元熔融成形技术及机理
开幕报告
内容
一、选题背景
二.研究的目的和意义
第三,本研究涉及的主要理论
第四,本文的主要内容和研究框架
(一)本研究的主要内容
(2)本文的研究框架
五、写作大纲
六、本文的研究进展
七、读过的文学作品
一、选题背景
超硬材料近几十年发展迅速,取得了许多研究成果。表1-1显示了超硬材料的发展历史。天然金刚石、聚晶金刚石、人造单晶金刚石、立方氮化硼、聚晶立方氮化硼(PCBN)等超硬材料也越来越多地被使用,其中金刚石和立方氮化硼主要用于加工工具。目前,社会上可加工材料越来越多,对一些难加工材料的要求也越来越高。同时,对零件尺寸和表面质量的要求也越来越严格。需要精加工的材料和难加工材料的不断使用使得超硬材料刀具的地位越来越重要。超硬材料刀具的特点是加工效率高、加工质量好、使用时间长。过去,超硬材料工具主要用于精加工。近年来,随着超硬材料生产技术的不断提高,超硬材料的原材料纯度和材料微观单元尺寸得到了控制。热压技术和复合材料也被应用到超硬材料的生产中,进一步拓展了超硬材料工具的应用范围。超硬材料刀具不仅应用于普通精加工和半精加工,还应用于粗加工,成为提高成品率最有前途的刀具材料之一。用刀具加工铸铁、钢、有色金属等合金零件时,超硬材料的切削速度可达硬质合金刀具的十倍左右,刀具寿命比硬质合金长得多。超硬材料工具的出现改变了传统的加工工艺。超硬材料工具的使用通常可以代替车削和铣削加工中的磨削和抛光。对于一些脆硬工件,可以采用一种工艺进行加工,缩短加工时间,提高加工效率。中国制造业正朝着高速、高效、高精度的方向发展。超硬刀具将越来越广泛地应用于汽车、航空航天空、军事和机械加工领域,并有很大发展空。
二.研究的目的和意义
以聚晶金刚石(PCD)为代表的超硬材料具有极高的耐磨性和硬度,由超硬材料制成的刀具具有极高的磨削质量。刀具的材料和磨削质量是决定高速切削效率、质量和成本的关键因素之一。在高速切削过程中,刀具的机械磨损和热磨损是刀具失效的主要原因。超硬材料具有硬度高、耐磨性强的特点,这就决定了用这种材料制作的刀具很难有效刃磨,刃磨质量是决定刀具使用寿命和加工效率的因素。超硬材料虽然可以通过传统的精密加工获得更好的表面加工质量,但加工工艺复杂,所需设备精度要求高,加工效率低。特种加工技术在加工超硬材料方面具有优势,可用于更高效的加工。以电火花加工为例,电火花加工的效率是传统加工的几十倍。然而,加工过程中放电瞬间产生的高温会对加工表面造成一定的损伤,因此电火花加工的表面质量不如传统的高精度加工。结合多种加工方法的复合磨削工艺不仅可以提高超硬材料的加工效率,还可以提高工件的表面加工质量。现代仿生学和摩擦学研究表明,在物体表面加工出一定形状的表面微观纹理,可以起到减摩抗磨的作用。因此,除了提高材料的性能之外,还可以通过在刀具表面加工一定的凹坑纹理来提高刀具的磨削性能。综上所述,研究超硬材料表面微观织构的加工方法以及不同类型的微观织构对刀具切削性能的影响,寻找超硬刀具表面合理的织构类型,对生产制造业具有一定的意义。
第三,本研究涉及的主要理论
上世纪中叶,萨拉马等人通过在推力轴承的平行表面植入微观形貌,对推力轴承进行了实验。实验研究发现,添加微观形貌后,轴承的性能发生了很大变化。Hamilton等人试图通过加工工件表面的微观形貌来改变工件表面的摩擦。
印度的帕拉德普和中国的邓宝卿研究了在物体表面添加微纹理时物体表面摩擦系数的变化。研究发现,在潮湿环境中,微纹理表面的摩擦力小于在干燥环境中的摩擦力。德容等人在干燥环境中进行了套筒的微观纹理实验。实验研究发现,在干摩擦条件下,微织构套筒的摩擦力增加了近70%。总之,在干摩擦下,微观纹理会增加物体表面的摩擦力。
Etsion等人研究了气体驱动摩擦副与活塞之间微观结构的添加以及摩擦力的影响。结果表明,h坑微观结构的深度、间距和直径对摩擦性能有一定的影响。Stephens等人对凹坑和凸起的微观结构对摩擦力的影响进行了数值模拟。研究结果表明,微观纹理的直径是影响物体摩擦性能的一个重要因素,但其纹理在物体表面的面积占有率是一个重要因素。大量研究表明,微观纹理的类型、大小和面积比对摩擦副之间的摩擦力有一定的影响,采用合理的微观纹理可以提高物体的摩擦性能。
南京航空航天大学空王晓磊等人研究了表面纹理的承载能力和润滑减摩原理,提出了参数化设计微观纹理的思想。以水为润滑剂的实验表明,微观织构可以使碳化后的广西摩擦副表面处于稳定的摩擦状态,从而降低摩擦副之间的摩擦力,提高摩擦副的承载能力。在摩擦磨损试验中,当转速在400转/分钟到1200转/分钟之间时,微坑织构试样的承载力提高了20%。此外,发现当方形微坑的面积占有率在一定范围内增加时,承载能力也在不断提高。
清华大学的韩忠领和王家道等人在干摩擦条件下对不同尺寸的规则凹坑进行了摩擦磨损实验,以探索它们的润滑和减阻效果。结果表明,表面凹坑具有一定的润滑减阻效果,凹坑深度是一个重要因素,有合适的深度值,使得润滑减阻效果最佳。进一步分析表明,凹坑中的气泡和润滑油共同提高了工件的承载能力,同时润滑油也起到了减阻的作用。随着技术的不断创新,表面微纹理的加工技术越来越多样化,主要包括微切割加工技术、磨削加工技术、电火花加工技术、激光加工技术、反应激光雕刻技术、LIGA技术、光刻技术、超声波加工技术、电子束雕刻技术和压花技术。激光加工技术、光刻技术和电火花加工技术常用于刀具的表面纹理加工。
第四,本文的主要内容和研究框架
(一)本研究的主要内容
介绍了超硬材料微坑织构的研究现状和超声电火花复合加工的机理。同时,对超声波电火花复合加工机床的关键部件进行了设计和加工。基于带凹坑和凹槽的微织构刀具的三维建模,利用DEF0RM-3D有限元分析软件分析了硬质合金和带微织构PCD涂层刀具在合金切削过程中的温度场和切削力,并通过正交切削实验分析了不同微织构对刀具切削性能的影响。本文的具体研究内容如下:
1)超声波电火花复合加工设备的设计。超声波电火花加工机床由超声波换能器、超声波变幅杆、电火花脉冲电源和储液罐组成。
2)微纹理刀具的三维切削仿真。建立了切削物理模型,利用DEFORM-3D有限元仿真软件对微组织刀具切削错合金的过程进行了数值模拟。获得了切削过程中工件的温度和切削力,分析了微观组织对刀具切削性能的影响。
3)微纹理刀具的加工。激光用于加工硬质合金和金刚石涂层刀具表面的沟槽微纹理。
4)微纹理刀具切削实验。在车床上进行了干切削和润滑切削条件下沟槽微组织刀具的切削销合金实验。通过实验,获得了前刀面微织构刀具的磨损形貌和工件表面粗糙度,并分析了微织构对刀具切削性能的影响。
(2)本文的研究框架
本文的研究框架可以简单表达如下:
五、写作大纲
摘要3-4
摘要4
1导言7-16
1.1导言7
1.2超硬材料工具的研究现状和发展趋势7-9
1.2.1超硬材料工具的研究现状7-8
1.2.2超硬材料刀具8-9的发展趋势
1.3表面纹理的研究现状9-11
1.3.1表面微观纹理9-10的研究现状及加工技术
1.3.2微观纹理对工具性能的影响10-11
1.4复合加工技术研究综述11-14
1.4.1电火花加工技术的产生和特点11
1.4.2超声波加工技术的产生和特点11-13
1.4.3超声波电火花复合加工技术13-14
1.5 DEFORM-3D在切削模拟中的应用14
1.6论文的主要内容14-16
2超声波电火花复合加工技术研究16-25
2.1电火花加工的基本原理和机制16-18
2.1.1电火花加工基本原则16-17
2.1.2电火花加工机构17-18
2.2超声振动对电火花加工18-24影响机理的研究
2.2.1超声波振动对排放通道19-20的影响
2.2.2超声波对放电间隙20-22的影响
2.2.3超声波振动对电蚀放电的影响22-23
2.2.4超声波振动对工件23-24表面质量的影响
2.3本章总结24-25
3旋转超声振动辅助电火花加工机床25-35的设计
3.1机床25的总体结构设计
3.2电火花加工平台25-28的设计
3.2.1柱设计26-27
3.2.2工作台设计27-28
3.2.3工作液罐和夹具28的设计
3.3超声波发生器28-29
3.4超声波换能器29
3.5超声波喇叭29-32
3.5.1喇叭29-30的材料和性能参数
3.5.2喇叭的类型30-31
3.5.3超声波变幅杆和工具头31-32的整体设计
3.6电火花脉冲电源32-34的设计
3.6.1脉冲电源32的组成
3.6.2脉冲电源设计32-34
3.7本章概述34-35
基于DEFORM-3D 35-48的微纹理刀具切削仿真分析
4.1 DEFORM-3D有限元软件介绍和模拟过程35
4.2 DEFORM-3D有限元仿真关键技术35-38
4.2.1模拟模型36的建立
4.2.2摩擦磨损模型36-37
4.2.3材料流动应力模型37-38
4.3微纹理工具模型的建立和材料选择38-39
4.4模拟参数设置39-40
4.5微纹理工具40-47的切削表面上残余应力的模拟
4.5.1等效力场分析40-43
4.5.2工件43-46的温度场分布
4.5.3切削力分析46-47
4.6本章概述47-48
5不同表面微纹理刀具切削实验研究48-55
5.1超硬材料微纹理刀具48-49的制备
5.2铝合金切削实验方案49-50
5.2.1切割实验设备49
5.2.2工件材料应为49-50
5.3实验结果分析50-53
5.3.1干切削下前刀面的磨损50
5.3.2切削液润滑下前刀面的磨损50-51
5.3.3切割质量分析51-53
5.4本章总结53-55
6结论和展望55-56
参考文献56-60
学位申请期间的学术成就和发表的论文60-61
致谢61
六、本文的研究进展(略)
七、读过的主要文献
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