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50000字硕士毕业论文微结构自润滑和振荡热管自冷却双重作用的干式切削刀具分析

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:50000字
论点:切削,刀具,加工
论文概述:

本文根据干切削加工的特点,结合表面织构润滑技术和热管散热技术,提出了微织构自润滑与振荡热管自冷却双重效用的干切削刀具的设计概念,研究了微织构自润滑与振荡热管自冷却双重效用的干

论文正文:

第1章导言

绿色制造已经成为制造业寻求发展的一种必然的制造模式,干切削加工作为绿色制造的具体实施形式,目前已经成为切削加工领域的研究热点之一。微织构自润滑与振荡热管自冷却双重效用的干切削刀具是一种通过表面织构和热管复合作用以实现润滑与冷却功效的刀具,该刀具能够满足干切削加工的要求,对保护环境和工人身心健康、节约能源具有重要意义。本章阐明课题研究的目的与意义,综述国内外研究现状,介绍了论文的主要研究内容。
 1.1本课题研究的目的与意义机械制造业是我国国民经济的支柱产业之一,是国家经济、社会发展及国防建设的物质基础,其发展水平在一定程度上标志着我国综合国力的强弱[I,2]。金属切削加工是机械制造业的基本加工方法之一,在机械制造的工艺过程中,凡精度和表面质量要求较高的零部件,一般都要经过切削加工。金属切削加工过程中,工件材料被剪切去除,刀具与切屑、工件之间产生恶劣的摩擦,工件材料的剪切变形以及刀具与切屑、工件之间的摩擦将会产生大量的切削热,造成很高的切削温度,引起刀具的磨损和失效,同时造成加工工件表面质量的恶化。解决这一问题的传统方法是使用切削液,切削液的作用主要有三点:第一是冷却作用,切削过程所消耗的功绝大部分转化成了切削热,切削液能够将热量从切削区迅速带走;第二是润滑作用,切削液能够渗透进入刀具与切屑、工件的摩擦界面的空隙内,并形成吸附性润滑膜,使刀具与切屑、工件的摩擦处于边界润滑状态;第三是清洗作用,切削液能够减少细小切肩及粉末的粘结,将切屑与粉末冲走。可见,切削液的合理使用可以改善金属切削过程的界面摩擦状况,减少刀具与切屑的粘结,降低切削力和切削温度,减少工件热变形,从而保证加工工件质量,提高刀具寿命和切削加工生产效率。切削液在切削加工中起着重要作用,但同时也是制造业的一个主要污染源。切削液的排放和受热挥发会严重污染环境并迫害加工操作者的身心健康,同时,切削液的处理和回收会使生产管理变得复杂,增加产品的制造成本。当今,在全球环保意识不断增强与环保立法円益严格的大趋势下,如何在利用资源生产出不断满足人们物质和文化需求的产品的同时,尽可能的减少对环境造成的污染已经成为制造业面临解决的重要问题。在这一形势下,低环境负荷、高资源效益的绿色制造已经成为了制造业寻求发展的必然制造模式。干切削加工是绿色制造实施的具体体现,它消除了切削加工中因切削液大量使用而造成的负面影响,己经成为了切削加工领域的一个研究热点[4]。干切削加工并不是简单地停止使用切削液,而是在停止使用切削液的同时,保证高生产效率、高加工质量以及切削过程的可 I靠性,开发性能优良的干切削刀具以替代传统刀具切削中切削液的作用是实现干切削加工的关键。为此,众多研究学者在不断寻求开发新型刀具材料、研究刀具涂层技术以及研制自润滑刀具。近年来,先进的表面润滑理论和新型的冷却技术在不断发展,这为新型干切削刀具的开发提供了重要的研究築础。将表面织构润滑技术和热管冷却技术同时引入刀具的设计,开发具备润滑和冷却复合功效的新型干切削刀具无疑是解决干切削加工问题的一个绝佳的途径。这一具备润滑和冷却复合功效的干切削刀具能够弥补其他干切削刀具仅具备单一润滑或冷却功效的不足,能够从根本上满足干切削加工对刀具的要求。本课题针对目前干切削加工中刀具存在的问题,融合表面织构润滑技术、热管散热技术、干切削技术、摩擦磨损原理等多学科理论和技术,提出了微织构自润滑与振荡热管自冷却双重功效的干切削刀具的设计思路。该刀具既可改善干切削过程的摩擦润滑状态,又可降低切削温度。课题的研究为干切削刀具的设计提供了新的思路,为提高刀具性能开辟了新的途径,对丰富和发展干切削刀具的设计理论具有重要的学术价值,还将对节约能源、保护环境和实现绿色加工起到极大的推动作用,具有广阔的应用前景。
 第2章微织构自润滑刀具的设计与制备
 本章研究了微织构的形状和结构参数对刀具应力分布的影响及作用规律,优化确定了微织构的最佳结构参数;优选了微织构自润滑刀具使用的固体润滑剂;采用激光加工技术制备了微织构自润滑刀具。
 第3章振荡热管自冷却刀具的设计与制备.............413.1振荡热管自冷却刀具的设计概念............413.2振荡热管自冷却刀具的设计............433.3振荡热管自冷却刀具的制备............483.4本章小结............51第4章表面织构对硬质合金刀具材料摩擦磨损特性影响的研究............534.1试验方法............534.2表面织构硬质合金试样的摩擦磨损特性............564.3本章小结............66第5章振荡热管强化刀具散热效果的分析............675.1振荡热管自冷却刀具的有限元建模............675.1.1几何模型的建立............675.1.2物理模型的建立............685.2刀具切削温度场求解的初始条件和边界条件............705.3刀-屑接触面热流密度的求解............725.4振荡热管自冷却刀具的切削温度场的求解结果............75
 结论
 当前,在全球环保意识不断增强和环保立法逐渐严格的大趋势下,绿色制造已经成为制造业寻求发展的一种必然的制造模式,干切削加工作为绿色制造的具体实施形式,目前已经成为切削加工领域的研究热点之一。干切削加工过程中,由于没有切削液的润滑和冷却作用,刀具与切屑、工件之间的摩擦加剧,切削温度升高,容易导致刀具寿命降低和加工工件表面质量的恶化。研制和开发性能优良的干切削刀具是解决这一问题的重要途径。本文根据干切削加工的特点,提出了微织构自润滑与振荡热管自冷却双重效用的干切削刀具的设计概念,研究了微织构自润滑与振荡热管自冷却双重效用的干切削刀具的设计理论和制备工艺,采用仿真与试验相结合的手段研究了该刀具的摩擦磨损特性、散热性能及切削加工性能,取得重要的成果。
 参考文献:[1]艾兴.高速切削加1:技术[M].北京:国防工业出版社,2004.张世昌,李A,高航.机械制造技术基础[M].北京:高等教育出版社,2001.[3]南京C学院,无锡轻工学院.金属切削原理[M].福州:福建科学技术山版社,1984.[4]刘志峰,张崇高,任家隆.干切削加工技术及应用[M].北京:机械工业出版社,2005.邓建新,赵军.数控刀具材料选用手册[M].北京:机械工业山版社,2005.Yang F Z, Zhao J, Ai X’ et al. Effect of medium temperature on the dispersion ofWC/ZrCVVC composite powders[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2009,209(4):2161-2166.Deng J X,Liu L L, Yang X F, et al. Self-lubrication of AI2O3/ TiC/CaF. ceramic composites insliding wear tests and in machining processes[J]. Materials and Design,2007,28(3): 757-764.Renevier N M, Hamphire J, Fox V C, et al. Advantages of using self-lubricating, hard,wear-resistant ]VloS2-based coatings[J]. Surface and Coatings Technology, 2001,142-144:67-77.Li B,Deng J X. Addition of Zr-O-B compounds to improve the performances of aluminamatrix ceramic materials[J]’ Journal of Alloys and Compounds, 2009, 473(1-2): 190-194.Deng J X, Song W L, Zhang H, et al. Performance of PVD MoS2/Zr-coated carbide in cuttingprocesses[J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2008, 48(14):1546-1552.