硬质合金刀具表面微织构优化设计及相关机理研究

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1、分类号：TG712单位代码：10183研究生学号：2015412027密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）硬质合金刀具表面微织构优化设计及相关机理研究OptimizationDesignofSurfaceMicro-texturesonCarbideCuttingToolsandItsCorrelativeMechanisms作者姓名：倪超专业：机械制造及其自动化研究方向：金属切削指导教师：王东方教授培养单位：机械科学与工程学院2018年5月————————————————————————硬质合金刀具表面微织构优化

2、设计及相关机理研究————————————————————————OptimizationDesignofSurfaceMicro-texturesonCarbideCuttingToolsandItsCorrelativeMechanisms作者姓名：倪超专业名称：机械制造及其自动化指导教师：王东方教授学位类别：工学硕士答辩日期：2018年6月2日论文题目：硬质合金刀具表面微织构优化设计及相关机理研究专业：机械制造及其自动化指导教师：王东方教授摘要微织构表面是指通过某些特定的加工方法，在平坦光滑的工件表面加工出具有某种

3、不同特定设计的微观形状或是图案的粗糙表面。近年来在刀具表面引入功能性微织构发现，微织构的置入能够使得切削液能够在刀-屑接触面剧烈摩擦的情况下有效地渗透到达切削区，并在切削区形成稳定的边界润滑层，起到冷却-润滑的效果，降低切削温度，减轻粘结-溶解-扩散磨损，从而在一定程度上提高了刀具寿命。本文针对具有不同宽度、深度、间距、与切削刃的距离、截面形状以及微织构路径等参数的微织构，采用有限元仿真分析与摩擦磨损试验分析相结合的方法，综合研究微织构参数对切削液在刀具微织构表面的渗透性以及对刀具表面强度的影响，对微织构参数进行优化，从

4、而获得一种具有较高切削液渗透性能以及较高强度的微织构形式。本文主要研究内容如下：1.提出了切削液渗透硬质合金刀具表面微织构流体动力学分析理论，计算发现切削液在渗透进入微织构时初始渗透速度随着微织构截面水力半径增大而减小；利用有限元软件COMSOL对切削液渗入硬质合金刀具表面微织构进行仿真，发现水力半径大的V型截面的微织构具有最优的渗透性能。2.进行了刀具表面强度有限元仿真分析，和无织构刀具相比，微织构刀具表面最大主应力更大，微织构的置入在一定程度上会对刀具表面强度产生影响。但是总的来说未超过刀具材料强度极限。3.利用脉冲

5、激光加工在硬质合金刀具表面制备微织构，研究不同激光参数下微织构尺寸，为之后试验中所用样品的制备打下基础。4.进行了表面微织构切削液渗透试验，试验结果表明切削液渗入微织构整I体过程来看随着微织构截面水力半径增大而增大，这与切削液渗透有限元仿真分析得到的结论基本一致。5.进行了微织构摩擦磨损试验，实验结果表明微织构的置入改变了刀具表面磨损状况，在微织构边角处会发生承受载荷作用下发生刀具材料的剥落，但相较于无织构刀具而言，微织构的置入减缓了刀具表面的磨损从而能够延长刀具的寿命。本文对于硬质合金刀具表面微织构进行的相关研究，为刀

6、具表面微织构的设计、制备以及提升切削液渗透性能，从而延长刀具寿命，提高切削加工性能具有重要的指导意义。关键词：表面微织构，硬质合金刀具，表面强度，切削液渗透性，优化设计IIDissertationTitle:OptimizationDesignofSurfaceMicro-texturesonCarbideCuttingToolsandItsCorrelativeMechanismsMajor:MechanicalManufacturingandAutomationSupervisor:Prof.DongFWangABS

7、TRACTThemicro-texturedsurfacereferstomanufacturingaroughsurfacewithadesignedmicroscopicshapeorpatternonthesurfaceofasmoothworkpiecethroughaspecificprocessingmethod.Inrecentyears,theintroductionoffunctionalmicro-texturesonthesurfaceofthetoolhasrevealedthattheplace

8、mentofthemicro-texturesenablesthecuttingfluidtoeffectivelypenetrateintothecuttingzoneandformastableboundary.Thelubricatinglayerprovidescooling-lubricationeffec