基于离散元法的Al2O3基陶瓷刀具失效机理研究

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1、分类号：密级：____________UDC：编号：201321202019河北工业大学硕士学位论文基于离散元法的Al2O3基陶瓷刀具失效机理研究论文作者：刘蕊学生类别：全日制学科门类：工学硕士学科专业：机械工程指导教师：谷美林职称：副教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringRESEARCHONTHETOOLWEARMECHANISMOFAL2O3-BASEDCERAMICCUTTING

2、TOOLBASEDONDISCRETEELEMENTMETHODByLiuRuiSupervisor:GuMeilinApril2016原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业

3、大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要A12O3基陶瓷刀具具有优异的化学稳定性、耐磨性和耐热性，被广泛应用于制造业领域，但其脆性大，抗弯强度和耐冲击性能差，在切削加工过程中强烈的机械和热冲击很容易引起刀具的磨损破损。刀具

4、磨损会影响工件加工质量、加工效率和制造成本，因此有必要对切削过程中氧化铝基陶瓷刀具的磨损过程进行模拟研究。因此本文采用离散元法研究了氧化铝基陶瓷刀具车削45号钢时刀具的磨损过程，模拟分析了切削参数、刀具前角和刀具材料对磨损的影响，为提高加工质量和合理选择加工参数提供依据。本文基于离散元法，利用PFC2D软件分别建立陶瓷材料和工件材料的BPM模型，通过单轴压缩试验、三点弯曲试验、巴西劈裂试验和断裂韧性试验校准氧化铝基陶瓷材料的微观参数，利用拉伸试验校准45号钢的微观参数，得到了能够表征材料的实际力学性能的离散元模型，其校准值与文献的

5、参考值一致。本文对陶瓷刀具磨损过程、磨损形式和磨损机理进行理论分析，并且在三体磨损模型的基础上，建立了后刀面磨损量的模型，得到了陶瓷刀具的断裂韧性、前角、切削速度和切削深度与磨损量的定性关系。本文考虑了切削过程中温度场和粘结作用的影响，建立了二维离散元切削模型，模拟了氧化铝基陶瓷刀具加工45号钢过程中刀具上裂纹的形成扩展及材料剥落的演化过程。采用单因素法分析了切削深度、切削速度、刀具前角和不同氧化铝基陶瓷材料对刀具磨损的影响，确立了可以得到较高加工表面质量，减少刀具磨损，提高加工效率的参数。同时对模拟结果和理论分析进行了对比，进一

6、步验证了离散元模拟的有效性和合理性。关键词：氧化铝基陶瓷刀具刀具磨损离散元法模拟磨损量IABSTRACTA12O3ceramiccuttingtoolhavebeenwidelyusedinmanufacturingindustrybecauseofitshighwearresistance,highmeltingpoint,goodchemicalstabilityandlowerprices.However,itsbrittleness,bendingstrengthandimpactresistanceperformance

7、ispoor,intheprocessofmachining,withstrongmechanicalshockandthermalshock,toolwasbrokeneasily.Toolwearcanaffectthework-piecemachiningquality,machiningefficiencyandmanufacturecost.ItisnecessarytosimulateandanalyzetheprocessofA12O3ceramiccuttingtoolwear.Differentcuttingto

8、olmaterialsunderdifferentcuttingconditionmachiningdifferentwork-piecematerials,theshapeoftoolwearandthedominantwearmechanism