23000字硕士毕业论文刀具磁化处理技术探讨及磁化设备设计

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：23000字

论点：磁化,刀具,切削

论文概述：

利用所设计的磁化处理装置,对高速钢刀具材料的耐磨性、抗冲击韧性和摩擦系数进行处理前后对比分析,试验结果表明:经过磁化处理后的高速钢材料,不但提高了高速钢材料的耐磨性能,还增强了

论文正文：

第一章绪论 1.1研究背景及意义在金属切削加工技术中,提高刀具耐用度与减少刀具的磨损和破损,一直是机械加工领域重点研究问题之一。刀具耐用度的提高,不但可以降低加工成本,而且还能节省由于刀具的装卸、刃磨所带来的时间,从而提高生产效率。由于优化刀具结构参数的方法较为古老,目前已经研究的较为成熟,所以进一步研究有一定困难。刀具涂层技术虽然能够显著的提高刀具寿命,但加工设备昂贵,成本高,刀具的性能保持性较差。采用新型刀具材料,如陶瓷材料等,在实际应用中还有局限性。磁化处理是较为先进且有效地提高刀具寿命的方法[2_3]。提高切削效率,改善材料的切削加工性能一般有两种途径。其一是开发新刀具材料。设计出结构更加合理的刀具,改进刀具的几何形状并优化切削用量。其二是应用物理,化学等方法,在切削过程中施加外界能量(如声、光、热、电、磁等能量),即所谓的特种切削加工方法。磁化切削是一种特种切削加工方法,刀具经过磁化后的切削效果良好,具有推广价值。刀具磁化处理的目的是为了提高刀具耐用度、切削效率及加工质量。在此基础上,衡量刀具切削加工的能力,是为优化切削加工、提高刀具寿命、改善工件质量提供依据和参考。磁化刀具处理技术涉及到材料学,物理学,电磁学等多种学科,无论在工程应用上,还是在科学研究领域,都具有深远的理论研究意义。因此,磁化刀具处理技术是一个具有可研究价值的题目。
 1.2刀具磁化处理技术国内外的研究现状目前,国内外重视对磁化切削的研究与应用主要是因为它具有很多工艺上的优点,例如:刀具经过磁化处理后,能够提高耐用度1-4倍;硬质合金刀具经过磁化后,刀具的脆性明显降低。此外,磁化切削还可以减小切削热和切削力,提高加工工件表面质量,从而显著地提高刀具的切削能力。磁化切削方法是刀具经过磁化处理装置处理之后再进行切削加工,可以继续使用原有的机床设备对工件进行切削加工,磁化处理装置的制造不但非常方便,而且成本低廉,操作步骤简单易掌握,并且可以根据客户的需要制做成各种参数。因此,磁化切削可说是一种成本低廉,简单易行的切削方法,因此受到国内外金属切削界的关注。美国/mwvex公司开发研制了 Flmatron刀具处理系统,其脉冲磁场的磁化频率范围是2-30HZ,磁场强度为3.6xl04^m。在美国,有两所大学分别对F/wxafrow刀具磁化处理系统进行分析研究。其中,佐治亚工学院的科研人员发现,刀具经过磁化后,可以使材料中的铁磁性物质(例如铁、镇等)和无氧铜物质的基本结构发生变化,所以刀具材料的性能发生变化。科研人员经过反复试验后,试验表明,在高温时,随着刀具材料的朝性增大的同时,屈服强度会逐渐的下降,此时决定刀具材料性能的是刀刃的初性(即刀刃抗纤维崩刃的能力),磁化处理机就是能够促进刀具材料本身的軔性增大从而减少磨损。然而,在新泽西理工学院,博士发现了磁化处理技术可以降低刀具和工件之间摩擦系数,使刀具和工件间产生的热量减少。除此之外,还进行了与刀具应用截然不同轴承的磁化处理的磨损试验。通过试验,他发现了磁化处理过的轴承降低了磨损速度,可以改善轴承的磨损性能,轴承磨损量减小是由于减低了表面的摩擦系数的缘故。
 第二章磁化处理技术及装置设计
 2.1磁化处理技术分析当高速钢为铁磁体时,它不同于抗磁性、顺磁性和反铁磁性物质,在磁场中,高速钢会很快的被磁化到磁饱合程度。这时,高速钢的磁化率不但大于0,而且其数值可以达到10-106数量级,磁场强度丑与磁化强度M之间存在着非线性的函数关系。当对高速钢经过反复磁化后,高速钢内部就会出现磁滞现象,此时高速钢具有剩余磁化强度和磁化率都与磁场强度呈非线性函数关系。高速钢材料物质内部原子的磁矩是按照一定规律区域自发产生的平行取向。当铁磁性物质的自身温度达到一定临界温度Tc时,铁磁性将变成顺磁性,我们称这个能够使物质磁性转变的临界温度为居里温度。在磁化过程中,铁磁性物质还会产生磁晶各向异性与磁致伸缩变化的现象。磁晶各向异性是指在铁磁性物质的单晶体相同的情况下,其磁化曲线随着晶轴方向的改变而发生改变,即磁性方向与晶轴方向不同。磁致伸缩现象是指当铁磁性物质发生磁化时,其体积和长度同时也发生变化。
 第三章试验方案设计.................243.1高速钢钻头正交优化试验的设计.................243.2高速钢材料销盘磨损试验设计.................25 3.3抗冲击韧性试验的设计.................263.4磁化刀具的摩擦系数的测定试验.................273.5脉冲磁化改善刀具性能试验研究.................283.6本章小结.................28第四章试验及结果分析.................304.1高速钢钻头正交优化试验结果分析.................304.2高速钢材料销盘磨损试验结果分析.................324.3抗冲击韧性试验的结果分析.................354.4磁化刀具的摩擦系数的结果分析.................354.5脉冲磁化改善材料性能试验的结果分析.................364.6磁化处理提高刀具材料性能及耐用度作用的探讨.................384.7本章小结.................39第五章结论.................40
 结论
 论文在深入进行了刀具磁化处理的试验研究,具体研究工作和结论如下:(1)深入分析刀具磁化处理机理,设计了刀具磁化系统,主要包括磁化处理机装置、磁化换能器、充磁系统及退磁系统等的设计和计算。(2)对高速钢刀具,把不同的磁场强度、磁化时间、退磁时间作为试验因素,进行了正交优化试验,给出了三个因素对处理后刀具耐用度的影响程度,为进一步的研究工作提供一定基础。关于磁化处理技术对刀具耐用度影响的研究还有很多需要进一步的问题,例如:(1)商品化的磁化处理装置研制;(2)磁化处理对刀具材料微观结构变化的影响等。 参考文献:[1]金褚光.涂二硫化钼提高刀具寿[J].工具技术,1992,iVo.6:25-26.吴希明.CFD.PFD涂层和未涂层刀片性能的比较[J].工具技术,1987,iVo.11:2-3.何寅译.磁化处理提高刀具寿命[J].工具技术,1989,M>.6:17-19.唐馨如译.钻头的磁性强化机械设计与制造[J].工具技术,1986,M).2:24-27.LIU Zhibing, WANG Xinbin. Cutting Performance And Failure Chara-Cteristic of NewCutting Tool in Dry Milling of High-strength Steel, International Technology andInnovation Conference[C]. Xian, China. 2009.CAO Zhixi, YUAN Julong, XING Tong, Lu Binghai. Influence of the MagneticHigh-speed Steel Cutting Tool on Cutting Capability. The 10th InternationalConference on Manufacturing Engineering and Management [C]. Xiamen, China.2010.胡德森译.刀具和耐磨表面的磁化处理[J].工具技术,1992,A/o.6:45-46.[8]叶永彬译.一种处理刀具的新技术[J].国外金属加工,1989,7Vo.5:67-68.许立,刘为民.磁化处理高速刚车刀的切削性能[J].大连铁道学院学报,1985,No.92.唐宜胜,刘为民,杨志刚.磁化处理减少HSS刀具磨损机理的研究[R].北京:全国铁道学会材料工艺委员会机加工学会第三届年会,1988.10.