一、提高硬质合金刀具可靠性的理论分析与试验研究(论文文献综述)
张昱[1](2021)在《300M超高强度钢铣削加工工艺及参数优化研究》文中认为航空用300M超高强度钢(40CrNi2Si2MoVA)是具备优异综合力学性能(高强、高韧等)的起落架用钢,作为典型的航空难加工材料,其含有大量Ni元素(1.65%-2.0%),在提高材料刚度和硬度(52HRC)的同时,降低了材料的导热系数(21.6 W/(m·℃))。在实际切削加工过程的复杂热-力耦合应力场作用下,导致300M超高强度钢已加工表面完整性难以得到有效控制。起落架等航空零部件的特殊用途决定了对Ra等表面完整性指标要求较高,飞机起落架复杂的服役环境,使其任何一个表面缺陷都能引发安全事故,已加工表面完整性的卓越性是实现飞机起落架优异安全性能的重要保障。针对300M超高强度钢的力学特性、高速铣削工艺与优化进行深入研究:首先,利用SHPB试验装置探究300M超高强度钢的动态力学性能,探究300M超高强度钢对流动应力与试验温度等因素的敏感性,并对其高温SHPB试样进行塑性变形行为分析;利用静、动态压缩试验数据确定300M超高强度钢的J-C本构方程参数,并基于正交切削试验数据与优化算法优化本构模型参数,获取适用于实际高应变率铣削加工的J-C本构方程,基于J-C本构方程对300M超高强度钢铣削加工过程进行数值模拟验证,其仿真精度得到极大改善。其次,设计正交和单因素试验,利用铣削加工与有限元仿真两种研究方式探究了300M超高强度钢在不同铣削用量下的切削力变化规律,基于Oxley解析加工预测理论对试验所用株洲钻石FMR01-040-XP32-RC12-03型刀具进行建模研究,并对其进行铣削力仿真运算;设计Box-Behnken响应面铣削温度试验分析其变化规律;基于铣削加工试验数据创建并检验了300M超高强度钢的切削力、切削温度回归模型。此外,借助超景深显微镜与能谱仪分析了株洲钻石、山高、住友等不同品牌与型号的硬质合金刀具铣削加工300M超高强度钢时的磨损形态与磨损机理,并探究了不同磨损阶段与状态下对铣削过程物理量(切削力、切削温度等)的影响;以表面粗糙度、表面形貌、显微硬度和金相组织作为表面完整性的评判指标,设计单因素和正交试验研究300M超高强度钢在不同铣削工艺条件下的表面完整性。最后,基于300M超高强度钢铣削加工试验数据,建立了切削力与表面粗糙度的GABP神经网络模型,对比检验不同模型的预测精度;为实现300M超高强度钢的高效、高质量铣削加工,以表面完整性(表面粗糙度)和加工效率(材料去除率)为优化目标,通过多目标粒子群优化算法优化铣削加工工艺,获取了适用于实际切削加工条件下的切削参数组合,经试验验证其表面完整性得到显着改善。
白雪琛[2](2021)在《选区表面改性电化学沉积镍实验研究》文中研究表明表面改性技术在金属刀具制备过程中获得了广泛应用,使用各种表面涂层技术,在硬质合金工具(例如TiN,TiC,Al2O3,TiCN)的表面上制备金属或非金属复合膜,可获得具有高硬度和出色耐磨性的单个或多个组件。TiAlN,TiAlCN等可更好地解决硬质合金刀具的强度和硬度冲突,并将基材的强度和硬度与涂层材料的耐磨性相结合,改善了硬质合金刀具的整体性能。作为化学和热屏障,涂层可以防止硬质合金刀具基体与切削工件之间的元素扩散和化学反应,防止由于各层之间的高摩擦而使硬质合金刀具陷坑,从而减少了磨损现象,显着延长了硬质合金刀具的寿命。通常,涂层工具的寿命约为未涂层工具的寿命的1-5倍。但是在电镀法制备金属表面涂层的过程中,由于所镀零件功能复杂,不同部位所需改性的要求有所差异。针对特定区域的部件进行选区表面改性对于传统方法电镀存在难度,制约了装备制造技术进一步发展。针对以上问题,本研究构建了电化学沉积系统的物理模型与数学模型,基于3D打印机系统,进行选区调控电化学沉积,设计出三维立体电镀系统,并进行了单点选区电镀实验和多点选区电镀实验的研究。根据脉冲电镀理论原理和金属电沉积原理,对电化学沉积过程进行理论分析,建立电镀系统的物理和数学模型。为了保证电镀工艺的顺利实施,利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics模拟研究了赫尔槽电镀过程中平均电流密度以及镀液温度对电场分布状态的影响规律。研究结果表明:平均电流密度为1.8A/dm2,镀液温度为40℃时为最佳电镀条件,可使镀件质量达到较好水平。为得到脉冲选区电化学沉积电镀的优化工艺参数,将45#钢材基体作为阴极进行了赫尔槽电镀实验,研究了镀液浓度对于镀层表面特性的影响。研究结果表明:在镀液中Ni SO4浓度不高于180g/L时,随着镀液浓度的增加,镀层的致密度持续增加。晶粒大小逐渐均匀,镀层质量提高;在镀液中Ni SO4浓度高于180g/L时,随着镀液浓度增加,晶粒逐渐粗大,镀层致密度降低,镀层质量下降。得到了镀液中Ni SO4最佳浓度为180g/L。依据所得的全部最佳电镀工艺参数,进行了选区电化学单点沉积镍实验,研究了电极间距以及使用不同电源对于镀层质量的影响。研究结果表明:电极间距过小时,电极间电流过大,会造成极板烧伤、晶粒过于粗大的结果;电极间距过大时,电极间电流过小,会造成晶粒过于细小,电镀效率低下的问题。得到最优电极间距为3mm。使用直流电源进行实验时,镀层出现较多气孔,孔隙率过高;使用脉冲电源,并采用占空比为20%和0.5k Hz的电镀参数组合进行实验时,镀层质量较好,单点沉积微观形貌呈现螺旋式上升形态,表面无气孔等缺陷,镀层基体结合强度高。使用单点沉积实验参数配合计算机控制3D打印机导轨进行多点选区控制电化学沉积实验,实验用时8h,对于镀层摩擦磨损性能进行研究,结果表明:多点选区电化学沉积镀层摩擦磨损性能较高,相比基体耐磨度提升2.89倍。使用电子显微镜进行镀层表面形貌观测,结果表明:镀层与基体结合紧密,结构致密,采用3D打印机导轨系统调控电化学沉积所得镍镀层质量较高。
王宇[3](2021)在《机夹式深孔钻头钻削TC4钛合金试验及刀具失效研究》文中研究指明TC4钛合金由于具有良好的机械性能与物理性能被广泛的应用于现代日常生活中,随着科学技术的进步,其在深孔加工领域的加工方法越来越受到重视,目前国内外对TC4钛合金材料的钻孔加工方式主要还是用传统的焊接式BTA深孔钻和枪钻,虽然其结构简单并且可以保持一定的加工精度,但是在钻削过程中也存在着定心难、钻头易于崩刃等问题,从而导致孔的圆度差、孔心线偏移。为了解决上述问题我们尝试选用机夹式深孔钻进行钻削,对于提高TC4产品的加工精度与加工效率具有重要意义。本文在分析了国内外对TC4钛合金加工方式及相应刀具失效形式的基础上,着重对机夹式深孔钻头对TC4钛合金的钻削进行了以下工作:1.分析了机夹式深孔钻头的结构与钻削原理,以焊接式BTA深孔钻与枪钻加工TC4钛合金时的切削参数为参考,根据指数公式对不同切削条件下机夹式深孔钻头的受力情况进行分析;2.建立机夹式深孔钻头三维实体模型,并对其进行静力学分析,做出了不同试验参数下钻头的应力、应变、位移云图;3.结合实验室现有的BTA内排屑钻削系统,采用机夹式深孔钻头对TC4钛合金进行试验,并分析不同切削参数下产生的刀具失效形式、切屑形状、加工精度情况,选择出合理匹配的切削参数,以形成良好的切削条件,验证了机夹式深孔钻头具有改善加工质量、提高加工效率等优点。
苏瑞[4](2021)在《涂层硬质合金刀具铣削蠕墨铸铁的切削性能及刀具可靠性研究》文中认为蠕墨铸铁具有优良的机械和热学性能,被认为是制造新型高性能发动机的理想材料。然而,蠕墨铸铁材料的切削加工性能较差,切削蠕墨铸铁时切削温度高,切削力较大,加工表面的表面完整性差,刀具寿命低,这是目前制约蠕墨铸铁发动机大范围推广的重要原因。本文以用于制造柴油发动机缸体的蠕墨铸铁GJV450材料为研究对象,通过热传导学、切削理论分析、切削实验和显微观测等手段研究了涂层硬质合金刀具铣削蠕墨铸铁时的切削性能。本文的主要研究内容有:切削参数对切屑形态和几何尺寸影响的研究,锯齿切屑的成形机理研究。考虑后刀面磨损的影响构建涂层刀具温度场模型和温度梯度模型,研究铣削蠕墨铸铁时涂层硬质合金刀具的温度和温度梯度。切削参数对工件材料去除量、切削力、刀具磨损机理和加工表面质量影响的研究。涂层硬质合金刀具铣削蠕墨铸铁时的刀具可靠性研究。通过本文研究,可为蠕墨铸铁发动机生产线的加工工艺参数优化提供指导,以期通过优化切削加工工艺参数,提高蠕墨铸铁发动机生产线的生产效率、降低生产成本。设计了单因素切削实验,分析了切削速度和每齿进给量对加工蠕墨铸铁时的切屑形态和几何尺寸的影响。实验发现,切削加工蠕墨铸铁时的切屑为锯齿切屑或针形切屑,随着切削速度或每齿进给量的增加,锯齿切屑相邻齿节逐渐分离,切屑形态由锯齿形变为针形。切削速度的减小或每齿进给量的增加会导致锯齿切屑齿节厚度和齿节间距的增大。当切削速度增加时,锯齿切屑齿节底角减小,使剪切角增大,有利于切削。锯齿切屑齿节的形成频率随着切削速度的增加而呈线性增大,随着每齿进给量的增加而逐渐降低。通过对切屑外表面形貌和切屑横截面的金相结构进行显微分析,提出了锯齿切屑的成形几何模型,并对预制网格的切削根部试样进行分析验证了模型。研究发现,锯齿切屑底部发生塑性变形,此处预制的网格线向梯形齿节的下底方向弯曲,塑性变形区域呈三角形。基于涂层刀具一维热传导模型,求得了经过涂层热障作用实际传入刀具基体的热流密度,分析了涂层结构对涂层热障作用的影响。研究发现,涂层热障作用在热源加载的较短时间内效果明显,因此涂层刀具更适用于断续切削加工。复合涂层中Al2O3层厚度和复合涂层总厚度的变化对涂层热障作用影响较大,Al2O3层厚度和复合涂层总厚度越大,涂层热障作用越明显;同时考虑前刀面热源和后刀面热源对刀具温升的影响,建立了考虑后刀面磨损影响的涂层刀具温度场模型和温度梯度模型。分析了涂层硬质合金刀具铣削蠕墨铸铁时的刀具温度和温度梯度在主切削刃、前刀面和后刀面的分布,并分析了切削参数对刀具最高温度和最大温度梯度值的影响。研究发现,后刀面发生磨损后刀具温度升高。由于热障作用,所以切削速度的提高对刀具温度的影响较小。增加每齿进给量和工件宽度会显着提高刀具温度。后刀面发生磨损后刀具温度梯度值显着增大。切削速度的提高对锋利刀具温度梯度影响较小,但会显着增大后刀面磨损刀具的温度梯度值。增加每齿进给量会显着提高刀具的温度梯度值。设计三因素四水平的正交实验,分析了切削速度、每齿进给量和切出角对工件材料去除量的影响。实验发现,对工件材料去除量的影响由大到小依次为每齿进给量、切出角和切削速度。为了获得最大的工件材料去除量,宜选用的切削速度为600m/min、每齿进给量为0.25mm/tooth、切出角为30°。同时考虑提高加工效率和工件材料去除量时,宜选用的切削速度为800m/min、每齿进给量为0.25mm/tooth、切出角为30°;分析了刀具磨损机理。研究发现,刀具的主要磨损机理是粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损,刀具上的热裂纹是造成刀具不均匀磨损的重要原因,并且在切削速度和每齿进给量较大时,平行于主切削刃的机械冲击裂纹是引起刀具破损的重要原因;设计单因素切削实验,分析了切削速度对切削力的影响。实验发现,低速切削蠕墨铸铁时,切削力随着切削速度的增加而减小,而高速切削蠕墨铸铁时,切削速度不明显影响切削力。为了减小切削力,切削速度宜在600-1000m/min范围内选择;设计了三因素四水平的正交实验,分析了切削参数对切削毛刺的影响。实验发现,切入侧毛刺的形态为卷曲型毛刺,切出侧毛刺的形态为卷曲型毛刺和二次毛刺。对切入侧毛刺高度的影响由大到小依次为每齿进给量、切出角和切削速度。对切出侧毛刺高度的影响由大到小依次为切削速度、每齿进给量和切出角。基于上述研究,优选了涂层硬质合金刀具铣削蠕墨铸铁的切削参数。研究发现,综合考虑工件材料去除量、切削效率和加工表面质量,采用800m/min的切削速度、0.25mm/tooth的每齿进给量和60°的切出角较为合适。设计并实施了涂层硬质合金铣刀面铣削蠕墨铸铁的重复寿命实验,分析了单刀片铣刀的磨损寿命分布和破损寿命分布,基于串联失效系统原理建立了单刀片铣刀的失效寿命可靠度模型,分析了单刀片铣刀的刀具失效可靠性与磨损可靠性和疲劳破损可靠性的关系。研究发现,单刀片铣刀的磨损寿命服从对数正态分布,而疲劳破损寿命服从Weibull分布。低速切削时,单刀片铣刀的失效可靠性主要取决于其疲劳破损可靠性;高速切削时,单刀片铣刀的失效可靠性同时受其疲劳破损可靠性和磨损可靠性的影响。基于串联失效系统原理建立了多刀片铣刀的失效寿命可靠度模型,对比了单刀片和多刀片铣削的可靠性。研究发现,多刀片铣刀在高速切削时都比低速切削时更可靠。在相同的铣刀切削长度时,多刀片铣刀比单刀片铣刀更可靠;相比于低速切削,高速切削时多刀片铣刀比单刀片铣刀的刀具寿命可靠度的提升明显。从提高刀具可靠性的角度,使用涂层硬质合金刀具铣削蠕墨铸铁时宜采用800m/min的切削速度。分析了刀盘上装夹的刀片数量对多刀片铣刀可靠性的影响。研究发现,增加刀片数量,多刀片铣刀的可靠性逐渐提高,且刀片数量的增加对高速切削时多刀片铣刀的刀具寿命可靠度的提升明显。从提高刀具可靠性的角度,使用涂层硬质合金刀具铣削蠕墨铸铁时宜采用刀盘上装夹刀片数量较多的铣刀。
赵金富[5](2021)在《TiAlN刀具涂层对刀-屑热量分配及切削温度影响规律的研究》文中进行了进一步梳理切削刀具被誉为工业制造的“牙齿”,涂层刀具可视为有“牙冠保护的牙齿”,加工过程中刀具涂层避免工件材料与刀具基体直接接触,保护刀具基体。刀具涂层影响切削热量的产生与分配,阻碍热量进入刀具体,降低刀具基体温度,存在热障效果,从而影响切削热传导与切削温度。刀具涂层厚度、结构、组分等均影响涂层材料的热物理性能,进而影响切削热量分配与切削温度。本文以刀具涂层对刀-屑热量分配与切削温度的影响机理为研究主线,揭示刀具涂层厚度、组分与热物理性能对涂层刀具热传导的影响规律,以TiAlN涂层刀具加工GH4169为研究对象,通过材料性能表征、传热和切削理论分析、切削实验与模拟热传导实验观测对涂层刀具切削温度进行研究。通过揭示刀具涂层对刀-屑热量分配与切削温度的影响机理,指导涂层刀具设计和优选以降低切削温度。首先,分析刀具涂层导热系数的影响因素及其作用机理。用PVD-直流电弧法制备TiAlN刀具涂层,并测试其导热系数,基于测量结果与扩展不可逆热力学理论,阐述刀具涂层导热系数的温度效应与尺度效应,揭示TiAlN刀具涂层中Al组分含量对涂层导热系数的影响规律。研究表明:PVD Ti0.55Al0.45N涂层导热系数在25~500℃范围内随温度增加呈二次函数形式增长;数纳米厚度的TiAlN刀具涂层与其导热系数之间存在尺度效应,当TiAlN涂层厚度达到几十纳米-微米时,其导热系数的尺度效应可以忽略;不同Al组分含量的Ti1-xAlxN涂层晶体结构不同导致了涂层导热系数的差异,随着Al组分含量增加Ti1-xAlxN涂层导热系数减少,减至最小值后随着Al组分含量增加而增大,当Al/Ti原子比值为0.72时导热系数最小为 4.6W/(m·K)。其次,研究涂层刀具刀-屑热量分配规律。提出刀-屑接触微元体概念,建立涂层刀具时变刀-屑热量分配预测模型,阐明刀-屑热量分配系数的时变效应,以硬质合金涂层刀具连续车削与断续铣削镍基高温合金GH4169为例,揭示刀具涂层厚度、刀具涂层、刀具基体和工件热物理性能、断续铣削加工速度对于刀-屑热量分配的耦合影响机制,搭建双色测温装置测试切削温度验证了涂层刀具时变刀-屑热量分配模型的有效性。研究表明:在刀-屑初始接触时由于持续时间短,刀-屑热量的分配系数小,随着刀-屑接触时间延长,刀-屑热量的分配系数增加并逐渐趋于稳定;刀-屑初始接触时较厚刀具涂层可显着降低刀-屑热量的分配系数,随着刀-屑接触时间增加涂层厚度对于刀-屑热量的分配系数的影响逐渐减弱;具有更低导热系数和更高导温系数的刀具涂层与基体加工GH4169时刀-屑热量分配系数更大。然后,揭示刀具涂层的热障作用机理。建立单侧恒定温度的刀具涂层热障解析模型,分析加工过程中刀具涂层热障作用存在条件和持续时间,阐明随温度变化的刀具涂层与刀具基体的热物理性能对刀具涂层热障作用的影响机制。搭建恒温热传导模刀试验装置确定了从瞬态至稳态热传导所需时间,验证了刀具涂层热障解析模型的准确性。研究表明:刀具涂层显着热障作用时间范围在几-几十毫秒内;TiAlN刀具涂层引起的温度下降梯度随着刀具前刀面温度的增加而线性增加,在高温下刀具涂层的热障效果更显着;刀具基体的热物理性能影响刀具涂层热障作用。较低的涂层导热系数、较高的刀具基体导热系数和较低的刀具基体导温系数可增强刀具涂层的热障作用效果。最后,研究涂层刀具切削温度分布及其影响因素的作用机制。建立涂层刀具前刀面施加时变热源的瞬态与稳态切削热传导模型,阐述时变热源、刀具涂层厚度、刀具涂层和基体热物理性能、边界条件对涂层刀具切削温度分布的影响规律,指导设计涂层刀具几何尺寸及选用材料热物理性能参数,结合切削热传导模拟实验验证了模型的准确性。研究表明:不同时变热源类型造成涂层刀具前刀面单位面积上施加热量的差异,影响刀具体内部温升。瞬态热传导阶段,较厚TiAlN刀具涂层、较高涂层导热系数、较低涂层导温系数、较低刀具基体导热系数、较高刀具基体导温系数会降低涂层刀具体温度;稳态热传导阶段,较薄TiAlN刀具涂层、较高涂层导热系数会降低刀具涂层温度,较高刀具基体导热系数、较高刀具-刀柄接触面换热系数会降低涂层刀具体温度。结果表明,在车削GH4169时,宜选用涂层厚度较薄的TiAlN刀具涂层,另外相比PVD Ti0.55Al0.45N刀具涂层,Al组分含量高,具有更高导热系数的Ti0.41Al0.59N刀具涂层也可以降低加工GH4169时切削温度。
魏伟[6](2021)在《铁基粉末冶金零件孔隙特性与车削刀具研究》文中提出粉末冶金是近净成型工艺,其特点之一是可少、无切削,但是目前技术条件下,通过粉末冶金工艺制得的零件还无法达到直接使用的目的,因此还需进行少量的机械加工,然而其切削加工一直是企业里生产加工的难题,实际加工过程中刀具出现的问题层出不穷。铁基粉末冶金零件在切削加工过程中往往造成刀具快速磨损的问题,给企业里生产加工带来较大影响。为了深入分析加工过程中刀具快速发生磨损的主要原因,以及为铁基粉末冶金零件的切削加工选出合适的刀)具,解决加工中因刀具快速磨损导致换刀)不及时造成的资源浪费和经济损失,对铁基粉末冶金零件的材料特性和切削加工性能进行分析与研究。首先,从铁基粉末冶金零件的制造工艺入手,分析其在切削过程中造成刀具快速磨损的原因。发现粉末颗粒在压制成型过程中,零件坯块形成了不均匀分布的孔隙结构,这些孔隙结构经过烧结完成后依然存在,使得刀具在切削加工时受到持续的间断性载荷冲击,而且空气是热的不良导体,孔隙内部的空气使得切削系统的热量较难散出,从而造成刀具出现一系列快速磨损的现象。其次,理论分析后得知,铁基粉末冶金零件较难加工的主要原因是孔隙结构的存在,故对铁基粉末冶金零件内部的孔隙特性进行分析。推导出孔隙结构存在条件下,切削过程中刀尖圆弧与孔隙圆弧碰撞下切削模型的建立;通过有限元分析与实验相结合,分析得出铁基粉末冶金零件的加工性能不同于传统冶金零件的加工,因其内部孔隙结构造成切削过程刀具受到频繁冲击、切削系统热量不易散出等现象,对刀具伤害较大;根据铁基粉末冶金内部孔隙特性选取不同材料切削刀具,经过仿真和实验分析最终选出用于加工铁基粉末冶金零件(同步器锥环)的理想刀具材料和切削参数。最后,对所选刀具进行可靠性实验和分析,确保其加工铁基粉末冶金零件的可靠性;对切削加工后刀具的磨损形式进行分析,并根据刀具磨损机理建立定量刀具磨损模型,预测刀具随切削时间的磨损规律;根据企业实际生产加工情况,对换刀操作进行合理规划,对企业里的生产加工具有一定指导作用。基于理论分析后,发现造成其较难加工的主要原因是内部孔隙结构的存在,研究了铁基粉末冶金零件内部孔隙特性及其切削加工过程中给刀具带来的影响,通过理论分析、仿真计算和实验三者相结合,分析了孔隙结构对切削加工的影响以及对铁基粉末冶金零件切削刀具的优选。
张增增[7](2021)在《高温地层PDC切削齿碎岩过程中热损伤及温度场热应力场的研究》文中认为随着石油和煤炭资源越来越难以获取以及人类对资源需求量的持续增长,深部地层资源(如干热岩等)将会作为今后重要的能源接替资源,资源勘探开发工作逐渐从浅部地层向深部地层进军,钻进过程中不可避免的会遇到硬岩地层以及PDC钻头磨损等问题。切削温度是PDC钻头在碎岩过程中,切削齿高速钻进剧烈摩擦岩石产生的,供给钻头的能量中超过一半以上的能量转化为摩擦热,高温地层温度和切削摩擦热的叠加效应致使钻头的温度急剧升高。温度过高不仅会让PDC切削齿内部产生较大的温度梯度,而且使PDC切削齿产生不均匀的热膨胀,从而使得切削齿内部产生较大的热应力,并造成切削齿变形、磨损加剧,降低钻头切削碎岩的性能,严重时直接导致钻头过早失效。因此,切削齿的温度和热应力是影响钻头失效的重要因素。掌握高温条件下对PDC钻头的热损伤以及碎岩过程中切削齿的切削温度场和热应力场分布及其影响因素,对研究PDC钻头的碎岩机理、磨损规律以及指导PDC钻头设计和优化钻井参数具有重要意义。然而,实际钻探过程中难以实时准确地获取PDC钻头碎岩过程中温度场和热应力场的分布情况。本文采用理论分析、数值模拟与试验相结合的研究方法,以PDC取心钻头为研究对象,研究了PDC钻头在碎岩过程中热损伤、切削热和热应力场的影响及分布规律。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM),探究了高温条件下PDC切削齿的微观结构和热损伤机理,揭示高温加热后PDC钻头及切削齿的热失效本质;基于热-弹塑性理论、摩擦学及传热学等理论,对PDC切削齿碎岩过程中产热来源进行了理论分析,建立了PDC切削齿破碎岩石过程中PDC切削齿温升理论数学模型;基于有限元ABAQUS软件建立了全尺寸PDC钻头-岩石三维非线性动力学模型,研究了PDC钻头及切削齿动态碎岩过程中温度场和热应力场的分布规律;采用非接触式红外测温和接触式热电偶测温设备分别检测了钻进岩石试验中PDC钻头的温度,获得了PDC钻头碎岩过程中钻头温升规律及温度场分布特征。基于高温钻进试验,获得了PDC钻头破碎高温岩石过程中钻头的温升规律及分布特征。论文取得的主要研究成果如下:(1)采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)观测了高温加热条件下PDC切削齿的XRD图谱和裂纹发育特征。宏观结果显示:切削齿在高温加热至600℃时,PDC表面出现“绿色氧化产物”,加热温度达到800℃时,切削齿外貌特征呈“十字”型,完全失效。通过X射线衍射微观分析表明:温度为800℃时,金刚石衍射峰强度减弱,金刚石和金属钴在空气中加热会被氧化。通过扫描电镜发现,当加热温度为500℃时,PDC试样表面糙度增大,出现晶界裂纹;当加热温度达到600℃时,PDC表面不仅有裂纹产生还有微孔洞;700℃时PDC表面出现了大量裂纹。金刚石层的氧化、金属钴和金刚石的导热系数不同所产生的热应力导致的裂纹和颗粒脱落是PDC聚晶金刚石层热损伤的主要机制。(2)基于金属切削温度理论,分析了PDC钻头钻进过程中热量产生的三个主要来源,即切削齿切削岩石剪切变形产生的剪切热、切削齿与岩屑之间的摩擦热切削齿底部与岩石摩擦产生的摩擦热。并结合热-弹塑性、摩擦学以及传热学等理论,建立了PDC切削齿破碎岩石过程中PDC切削齿温升理论数学模型。通过理论研究推导,钻井液循环条件下,钻井液的温升与其流速的平方根呈正比,切削齿的平均温度为不考虑钻井液时切削齿的温度与冷却后钻井液的温度二者的平均值。(3)采用有限元ABAQUS软件建立了全尺寸PDC钻头与岩石的三维有限元模型,对PDC钻头碎岩过程进行了动态仿真模拟,获得了PDC切削齿的温升规律和高温区域温度偏移规律。仿真结果表明:PDC切削齿的温升过程中存在三个阶段,即急剧上升阶段、缓慢上升阶段和相对稳定阶段;在钻进过程中高温区域由切削齿冠顶部向切削齿外端偏移,切削齿的高温区域呈扇形分布,主要分布在切削齿与岩石接触且切削速度最大的位置;随转速和钻压的增加,切削齿最外端温度与冠顶部温度的差异会越来越大;切削齿温度随切削角的增大而减小。(4)通过有限元法对PDC切削齿碎岩过程中的瞬态热应力进行仿真分析。模拟结果表明:PDC切削齿的最大应力出现在金刚石层和硬质合金基体结合面附近,即切削齿的冠顶位置,切削齿的冠顶部位很容易出现应力集中现象,进而导致局部应力过大。随着地层温度的增大,切削齿内部温度梯度分布呈减小趋势,而PDC切削齿的等效应力是先增大后减小。常温下破碎岩石时PDC切削齿的最高应力为2.44 GPa,破碎150℃岩石时PDC切削齿的最高应力为2.47 GPa,破碎250℃岩石时PDC切削齿的最高应力为1.75 GPa。破碎三种不同类型的岩石时切削齿冠顶部位的应力变化呈先增大后波动变化趋势,岩石强度对切削齿整体的应力分布和波动幅度产生了较大的影响,岩石硬度等级越大,切削齿整体的平均应力和波动幅度也越大。破碎花岗岩时切削齿的应力比破碎大理岩时应力高58.2%,比破碎砂岩时应力高134.8%。切削齿结合面处热应力的高度集中和波动冲击是导致PDC切削齿剥离失效的主要原因。(5)通过改进钻进试验平台实现非接触式热红外辐射和接触式热电偶两种测温方式,开展了PDC钻头碎岩过程中切削齿的实时温度测量试验,获得了PDC钻头碎岩过程中切削齿的温升变化规律和转速、钻压及岩样强度对切削齿温度的影响规律。试验结果表明:转速和钻压与切削齿温度呈正相关变化。钻进花岗岩切削齿的温升幅度明显大于钻进大理岩和砂岩,在相同的条件下钻进花岗岩时切削齿的温度大约是大理岩的2倍,砂岩的3倍。在钻进高温花岗岩地层过程中,花岗岩温度为150℃和250℃时,PDC钻头的温度变化趋势大致相同,都是先增大再减小最后趋于动态平衡状态,最终温度稳定在72℃~73.5℃区间内。破碎温度为150℃的花岗岩时,PDC钻头的机械钻速为0.06 mm/s;破碎温度为250℃的花岗岩时,PDC钻头的机械钻速为0.052 mm/s。机械钻速随地层温度的升高呈现先增大后减小的趋势,花岗岩150℃时的机械钻速大于常温和250℃条件下的机械钻速。
任伟[8](2021)在《V型沟槽微织构球头铣刀铣削性能优化研究》文中研究表明钛合金在切削过程中普遍存在着粘刀、切削力大、散热差等问题,而研究表明在刀具表面加工微织构可有效改善上述问题,因此本文依据仿生学原理设计出V型沟槽微织构,搭建仿真及试验平台,分析不同V型沟槽微织构球头铣刀铣削钛合金的铣削行为,并建立预测模型;基于模拟退火算法对V型沟槽微织构优化设计,并进行实验验证,为实现钛合金高效高质量加工提供了研究基础。本文主要研究内容如下:首先,基于理论和实验研究,确定微织构的置入位置;基于仿生学原理,设计V型沟槽微织构并确定开口方向;搭建仿真平台进行单因素模拟试验,对比分析了V型沟槽微织构球头铣刀和无织构球头铣刀的力-热特性,优选V型织构列数;基于正交模拟试验,分析V型沟槽微织构参数(开口角度、间距、宽度、距刃距离)对硬质合金球头铣刀力-热特性的影响。然后,基于铣削试验,对比分析V型沟槽微织构刀具和无织构刀具的铣削性能,及不同V型沟槽微织构参数对球头铣刀铣削性能的影响,并且得到V型沟槽微织构参数优化范围,为进一步优化V型沟槽微织构参数奠定数据基础。最后,以铣削力、工件表面粗糙度、刀具磨损量为综合评价标准,以试验中优选出的V型沟槽微织构参数范围作为约束条件,对数据进行预处理,通过R语言调用Lasso函数,得到以铣削力、工件表面粗糙度、刀具磨损量为优化目标而建立的多目标预测模型,基于模拟退火算法程序,对V型沟槽微织构参数进行优化,并对其进行实验验证。
司璐[9](2020)在《基于切削仿真技术的钛合金薄壁件加工用整体式铣刀侧刃参数设计》文中提出钛合金凭借其优良性能在航空航天领域中得到了广泛的应用,为获取轻质量与高强度的结构件航空航天领域广泛采用了整体式薄壁件,因此钛合金薄壁件在航空航天领域受到广泛关注。然而钛合金又是一种典型的难加工材料,航空航天领域的整体薄壁结构件刚度低、材料去除量大且精度要求高,因此钛合金薄壁件加工难度极高。在钛合金薄壁件精加工过程中,侧铣加工是一种常见加工手段,同时广泛地应用整体式铣刀,其刀具侧刃结构参数成为保证刀具寿命、控制工件质量与提高加工效率的主要因素。因此研究整体式铣刀侧刃参数对钛合金薄壁件精加工过程中切削性能的影响进行分析,进而完成整体式铣刀侧刃参数设计具有重要的意义。首先,基于金属切削原理以及有限元仿真理论,将三维铣削过程等效简化为正交切削过程。基于AdvantEdge FEM有限元物理仿真平台,探索金属切削有限元仿真模型的关键技术,建立可反映刀具切削刃结构的金属切削加工模型。通过仿真试验观察金属切削过程,通过切削力实验验证有限元模型的准确性与可靠性,为刀具结构参数分析以及整体式铣刀结构设计提供理论基础。随后,基于建立的有限元仿真模型,采用单因素试验法,研究钛合金薄壁件精加工过程中,以刀具前角与刀具后角为代表的刀具几何角度对切削过程的影响规律。同时结合理论分析法,研究刀具螺旋角对刀具实际切削过程几何参数和铣削加工过程中均匀性的影响规律。进而选择适宜的刀具几何角度参数。同时,将前文建立的二维铣削过程有限元物理仿真模型同单因素试验法相结合,研究钝圆刃的钝圆半径和倒棱刃的倒棱角度、倒棱宽度为代表的切削刃结构参数对钛合金精加工过程的影响规律,选择适宜的切削刃结构参数。最后,选择以倒棱刃刀具为设计研究对象,选择前角、后角、倒棱角度以及倒棱宽度4个具有代表性的刀具结构参数作为可控因素,基于前文建立的金属切削有限元仿真模型,应用田口法进行多目标优化,完成面向钛合金薄壁件侧铣精加工需求的整体式铣刀刀具结构的设计工作。
陈文涛[10](2020)在《钨钴硬质合金化学机械抛光化学作用机理与抛光液制备研究》文中研究指明钨钴硬质合金是目前应用较广的一种刀具材料,钨钴硬质合金刀具表面加工质量对制造业发展有着重要影响。化学机械抛光(CMP:Chemical Mechanism and Polishing)是目前公认的超精密平坦化技术,采用CMP方法抛光钨钴硬质合金材料表面,能够有效地提升其表面质量。CMP由机械与化学两者相互协同作用,其化学作用机理是当前研究的热点问题之一。本文就钨钴硬质合金在不同化学试剂下的化学作用机理开展了较为深入的研究,并在此基础上制备了相应的CMP抛光液。主要研究内容如下:(1)研究了钨钴硬质合金在H2O2、H3PO4、Na2SO4、Na Cl、KOH、KMn O4六种不同腐蚀介质溶液中的化学腐蚀行为。将合金浸泡在上述六种腐蚀介质溶液中,发现:在酸性溶液(H2O2,H3PO4,KMn O4)和中性溶液(Na Cl,Na2SO4)中,硬质相WC作为整个电池的阴极被保护。在硬质相和粘结相的相界处,Co层作为最阳极特征最先腐蚀。当相界处的Co层腐蚀达到临界点时,中间层粘结相γ作为次阳极特征开始腐蚀。其中,在酸性溶液H2O2和H3PO4中腐蚀速度快;在KMn O4溶液中,表面生成了一层较厚的氧化膜,抑制了电偶腐蚀,上述腐蚀过程快速停止;在中性溶液Na Cl和Na2SO4中,腐蚀速度缓慢。在碱性溶液KOH中,Co被钝化,造成粘结相γ电极电位低于WC,使得WC为阳极,γ相为阴极。(2)研究了钨钴硬质合金在上述六种不同化学试剂中的化学作用机理。在H2O2和H3PO4中抛光时,当合金表面Co腐蚀达到临界点时,磨粒施加的应力主要集中于WC颗粒表面,失去粘结相的支撑作用的WC颗粒强度下降,在磨粒的划擦作用和压应力下,较小的WC颗粒被直接脱落,较大的WC颗粒表层破碎成WC晶粒,然后表层被机械去除。在KMn O4溶液中抛光时,主要表现为氧化成膜和机械去膜的交替过程。在中性(Na2SO4,Na Cl)和碱性KOH溶液中抛光时,其化学作用极小,可看作只有机械作用,主要表现为粘结剂Co的挤出,紧接着WC颗粒部分脱落和破碎,但过程十分缓慢。(3)研究了钨钴硬质合金CMP抛光液的组份配置。通过实验及理论分析,选取大小为1μm的Al2O3颗粒作为抛光磨粒,确定抛光液p H值在7左右,选取油酸三乙醇胺C24H47NO4作为抛光液缓蚀剂,硬脂酸钾C17H35COOK作为抛光液表面活性剂。(4)通过正交试验得到了钨钴硬质合金抛光液中磨粒、氧化剂、缓蚀剂、表面活性剂各因素含量的优化配比。抛光液优化后的组份配比为:磨粒浓度17.5wt%、氧化剂浓度15wt%、缓蚀剂浓度0.25wt%、表面活性剂浓度0.3wt%。并通过实验验证了该配比下抛光液的稳定可靠性。
二、提高硬质合金刀具可靠性的理论分析与试验研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、提高硬质合金刀具可靠性的理论分析与试验研究(论文提纲范文)
(1)300M超高强度钢铣削加工工艺及参数优化研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 300M超高强度钢研究现状 |
1.2.2 金属材料切削力与温度的研究现状 |
1.2.3 刀具磨损的研究现状 |
1.2.4 已加工表面完整性研究现状 |
1.3 本课题的来源 |
1.4 本课题主要研究内容 |
第2章 300M超高强度钢材料特性研究与本构模型构建 |
2.1 航空用300M超高强度钢的材料特点 |
2.2 300M超高强度钢本构方程的确定 |
2.3 300M超高强度钢动态力学性能研究 |
2.3.1 300M超高强度钢静态力学性能 |
2.3.2 霍普金森压杆试验装置 |
2.3.3 动态压缩试验方案 |
2.4 动态压缩试验结果与分析 |
2.4.1 300M超高强度钢应变率敏感性分析 |
2.4.2 300M超高强度钢的温度敏感性分析 |
2.4.3 300M超高强度钢应变硬化率分析 |
2.4.4 300M超高强度钢变形行为分析 |
2.5 300M超高强度钢JC动态本构模型的构建 |
2.5.1 JC本构模型A、B和n的确定 |
2.5.2 JC本构模型C和m的确定 |
2.5.3 300M超高强度钢JC本构模型验证 |
2.6 适用于实际切削条件的300M超高强度钢本构方程研究 |
2.6.1 正交切削模型 |
2.6.2 J-C模型参数确定 |
2.6.3 正交切削力试验 |
2.6.4 J-C模型的求解与验证 |
2.6.5 300M超高强度钢本构方程对比 |
2.7 本章小结 |
第3章 切削力与切削温度试验研究 |
3.1 300M超高强度钢切削力试验研究 |
3.1.1 300M超高强度钢单因素试验研究 |
3.1.2 300M超高强度钢正交试验研究 |
3.1.3 切削力回归模型的建立 |
3.1.4 模型显着性检验 |
3.1.5 环形机夹铣刀铣削力建模 |
3.2 300M超高强度钢切削温度试验研究 |
3.2.1 红外热像仪成像原理 |
3.2.2 300M超高强度钢铣削温度响应面试验研究 |
3.3 本章小结 |
第4章 300M超高强度钢刀具磨损与表面完整性试验研究 |
4.1 高速铣削300M超高强度钢磨损研究 |
4.1.1 300M铣刀磨损试验研究 |
4.1.2 刀具磨损形式 |
4.1.3 刀具磨损机理 |
4.1.4 刀具磨损对其它物理量的影响 |
4.2 300M超高强度钢铣削加工表面完整性试验研究 |
4.2.1 表面粗糙度与形貌 |
4.2.2 已加工表面显微硬度研究 |
4.2.3 已加工表面金相组织研究 |
4.3 本章小结 |
第5章 预测模型构建与铣削参数优化 |
5.1 预测模型构建 |
5.1.1 经验预测模型 |
5.1.2 BP神经网络预测模型 |
5.1.3 预测模型验证与对比试验研究 |
5.2 参数优化 |
5.2.1 粒子群算法理论概述 |
5.2.2 优化试验方案 |
5.2.3 优化结果与验证 |
5.3 本章小结 |
总结与展望 |
总结 |
展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间科研成果 |
致谢 |
(2)选区表面改性电化学沉积镍实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 刀具表面改性发展现状 |
1.2.1 刀具表面改性概述 |
1.2.2 刀具表面改性的技术方法 |
1.2.3 表面改性技术的研究现状 |
1.3 3D打印技术发展现状 |
1.3.1 3D打印技术概述 |
1.3.2 3D打印技术研究现状 |
1.4 COMSOL Multipysics简介 |
1.5 课题主要研究内容 |
第2章 电镀基础理论分析 |
2.1 电镀技术 |
2.1.1 电镀原理 |
2.1.2 脉冲电镀 |
2.2 镀层结晶过程 |
2.2.1 电沉积结晶形核 |
2.3 电镀系统物理模型及数学模型建立 |
2.3.1 电镀系统物理模型建立 |
2.3.2 电镀系统数学模型建立 |
2.4 本章小结 |
第3章 基于COMSOL Multiphysics软件的赫尔槽电场特性分析及实验研究 |
3.1 COMSOL Multiphysics软件在仿真建模中的应用 |
3.2 电场有限元仿真原理 |
3.2.1 边界条件 |
3.2.2 数学模型 |
3.3 电场仿真参数的测定 |
3.3.1 电阻率的测定 |
3.3.2 相对介电常数的测定 |
3.4 电场的有限元分析 |
3.4.1 电场有限元仿真模型 |
3.4.2 加载与求解 |
3.4.3 赫尔槽电镀系统电场仿真结果与分析 |
3.5 电镀实验过程 |
3.5.1 实验材料及实验装置 |
3.5.2 基体预处理 |
3.5.3 直流电镀铁镍合金赫尔槽实验 |
3.5.4 性能检测工具与步骤 |
3.6 电镀工艺参数选择 |
3.6.1 电镀实验参数 |
3.6.2 实验设计 |
3.7 赫尔槽实验结果及分析 |
3.8 本章小结 |
第4章 基于3D打印技术的单点选区电化学镍沉积实验研究 |
4.1 3D打印技术在选区电镀方面的应用 |
4.2 实验设备设计与改造 |
4.2.1 实验设备及软件 |
4.2.2 3D打印机轴向行进控制方法 |
4.2.3 3D打印机改造过程 |
4.2.4 施镀机构改装原理 |
4.3 实验设计 |
4.3.1 实验目标 |
4.3.2 实验材料 |
4.3.3 实验步骤 |
4.3.4 废液处理 |
4.4 研究单点电化学沉积镍表面微观机理 |
4.4.1 研究电极间距对于镍沉积质量和沉积效率的影响 |
4.4.2 最优电极间距下采用直流电源镀层表面形貌及能谱分析 |
4.4.3 最优电极间距下采用脉冲电源镀层表面形貌及能谱分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 基于3D打印技术的多点选区电化学镍沉积实验研究 |
5.1 计算机3D打印代码编译 |
5.2 研究3D打印机调控多点选区电化学沉积镍沉积镍微观形貌 |
5.2.1 选区电化学镍沉积镀层表面形貌分析 |
5.2.2 选区电化学镍沉积镀层剖面形貌及能谱分析 |
5.3 研究多点选区电化学沉积镍镀层摩擦磨损性能 |
5.4 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
攻读学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
(3)机夹式深孔钻头钻削TC4钛合金试验及刀具失效研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 国内研究状况 |
1.2.2 国外研究现状 |
1.3 课题来源 |
1.4 研究内容及技术路线 |
1.4.1 研究内容 |
1.4.2 技术路线 |
1.5 创新点 |
第二章 机夹式深孔钻头钻削理论分析 |
2.1 深孔钻的结构及工作原理 |
2.2 机夹式深孔钻头的工作原理 |
2.3 机夹式深孔钻头受力分析 |
2.4 机夹式深孔钻头刀片的受力分析 |
2.5 小结 |
第三章 机夹式深孔钻头的有限元分析 |
3.1 有限元分析的理论基础及基本思想 |
3.2 ANSYA WORKBENCH软件简介 |
3.3 机夹式深孔钻头静力学分析步骤 |
3.4 机夹式深孔钻头静力学求解分析 |
3.5 小结 |
第四章 TC4 钛合金的深孔钻削试验 |
4.1 试验条件 |
4.1.1 加工设备及加工试件 |
4.1.2 试验加工要求及加工步骤 |
4.2 机夹式深孔钻头的钻削试验及结果分析 |
4.2.1 主轴转速对机夹式深孔钻头钻削TC4 钛合金试验分析 |
4.2.2 刀具进给量对机夹式深孔钻头钻削TC4 钛合金试验分析 |
4.2.3 刀具进给量及主轴转速对机夹式深孔钻头导向块磨损的综合影响 |
4.3 加工过程中存在的问题及解决措施 |
4.4 小结 |
第五章 机夹式钻头的失效形式及机理分析 |
5.1 外刀片及中间刀片的刀片寿命及失效形式 |
5.2 外刀片及中间刀片的失效机理分析 |
5.2.1 磨粒磨损 |
5.2.2 粘结磨损、扩散磨损、微崩刃 |
5.2.3 崩刃、崩碎 |
5.3 中心刀片的失效形式及机理分析 |
5.3.1 磨粒磨损、扩散磨损 |
5.3.2 微崩刃 |
5.3.3 崩刃、崩碎 |
5.4 小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果 |
(4)涂层硬质合金刀具铣削蠕墨铸铁的切削性能及刀具可靠性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题的研究背景 |
1.2 加工蠕墨铸铁的研究现状 |
1.2.1 刀具失效机理和刀具寿命的研究现状 |
1.2.2 加工表面粗糙度的研究现状 |
1.3 切削毛刺的研究现状 |
1.4 锯齿切屑的研究现状 |
1.5 涂层刀具断续切削时的刀具温度场研究现状 |
1.5.1 断续切削时的刀具温度场研究现状 |
1.5.2 涂层的热障作用研究现状 |
1.6 刀具可靠性的研究现状 |
1.7 存在的问题 |
1.8 本文的研究目的、意义和主要研究内容 |
1.8.1 研究的目的和意义 |
1.8.2 主要研究内容 |
第2章 切削加工蠕墨铸铁时的锯齿切屑成形机理研究 |
2.1 切削参数对锯齿切屑形态的影响 |
2.1.1 实验方案 |
2.1.2 切削速度对锯齿切屑形态的影响 |
2.1.3 每齿进给量对锯齿切屑形态的影响 |
2.2 高速切削蠕墨铸铁时的锯齿切屑成形机理模型 |
2.2.1 锯齿切屑的金相组织特点 |
2.2.2 锯齿切屑成形几何模型 |
2.3 本章小结 |
第3章 涂层硬质合金铣刀的温度场研究 |
3.1 涂层热障作用分析 |
3.2 涂层硬质合金铣刀温度场的数值分析 |
3.2.1 涂层刀具温度场模型 |
3.2.2 涂层硬质合金铣刀温度场的数值分析 |
3.2.3 切削参数对涂层硬质合金铣刀温度的影响 |
3.3 涂层硬质合金铣刀温度梯度的研究 |
3.3.1 涂层刀具温度梯度模型 |
3.3.2 涂层硬质合金铣刀温度梯度的数值分析 |
3.3.3 切削参数对涂层硬质合金铣刀温度梯度的影响 |
3.4 本章小结 |
第4章 涂层硬质合金刀具铣削蠕墨铸铁的切削性能研究 |
4.1 实验方案 |
4.2 切削参数对工件材料去除量的影响 |
4.3 铣削蠕墨铸铁时的刀具失效研究 |
4.3.1 刀具磨损形貌随工件材料去除体积的变化 |
4.3.2 刀具磨损机理分析 |
4.4 铣削蠕墨铸铁时的切削力研究 |
4.5 切削参数对加工表面质量的影响 |
4.5.1 切削参数对毛刺的影响 |
4.5.2 切削参数对加工表面形貌的影响 |
4.5.3 切削参数对加工表面粗糙度的影响 |
4.6 铣削蠕墨铸铁时切削参数的选择 |
4.7 本章小结 |
第5章 铣削蠕墨铸铁时的刀具可靠性分析 |
5.1 单刀片铣刀的失效可靠性分析 |
5.1.1 实验方案 |
5.1.2 单刀片铣刀的磨损可靠性分析 |
5.1.3 单刀片铣刀的疲劳破损可靠性分析 |
5.1.4 单刀片铣刀的失效可靠性分析 |
5.2 多刀片铣刀的可靠性分析 |
5.2.1 单刀片和多刀片铣刀的可靠性对比 |
5.2.2 铣刀的刀片数量对铣刀可靠性的影响 |
5.3 本章小结 |
结论与展望 |
论文创新点摘要 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的学术论文和获得的奖励 |
致谢 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(5)TiAlN刀具涂层对刀-屑热量分配及切削温度影响规律的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
主要符号及其单位 |
第1章 绪论 |
1.1 刀具涂层几何参数、组分及热物理性能的测试 |
1.1.1 刀具涂层厚度、组分的测量 |
1.1.2 刀具涂层导热系数的测量 |
1.2 涂层刀具刀-屑热量的分配 |
1.3 涂层刀具切削温度 |
1.3.1 刀具涂层的热障作用 |
1.3.2 涂层刀具切削温度预测 |
1.3.3 涂层刀具切削温度的测量方法 |
1.4 TiAlN涂层刀具加工GH4169 |
1.5 存在问题、研究目标与研究内容 |
1.5.1 存在问题 |
1.5.2 研究目标 |
1.5.3 研究内容 |
第2章 刀具涂层导热系数的影响因素分析 |
2.1 TiAlN刀具涂层制备 |
2.2 刀具涂层导热系数的测量 |
2.3 涂层导热系数影响因素的作用机制 |
2.3.1 温度对TiAlN刀具涂层导热系数的影响 |
2.3.2 刀具涂层厚度对涂层导热系数的影响 |
2.3.3 Al组分含量对TiAlN刀具涂层导热系数的影响 |
2.4 本章小结 |
第3章 涂层刀具刀-屑热量分配 |
3.1 涂层刀具刀-屑热量分配的建模及求解 |
3.2 连续车削加工涂层刀具刀-悄热量分配 |
3.2.1 涂层厚度对刀-屑热量分配的影响 |
3.2.2 刀具涂层热物理性能对刀-屑热量分配的影响 |
3.2.3 刀具基体热物理性能对刀-屑热量分配的影响 |
3.2.4 工件材料热物理性能对刀-屑热量分配的影响 |
3.3 断续铣削加工涂层刀具刀-屑热量分配 |
3.4 涂层刀具刀-屑热量分配模型验证 |
3.4.1 与现有刀-屑热分配模型比较验证 |
3.4.2 切削温度测量实验验证 |
3.5 本章小结 |
第4章 刀具涂层的热障机理 |
4.1 刀具涂层热障解析模型的建立及求解 |
4.1.1 瞬态热传导阶段刀具涂层热障解析模型及求解 |
4.1.2 稳态热传导阶段刀具涂层热障解析模型及求解 |
4.2 刀具涂层热障效果的分析 |
4.2.1 刀具涂层热障效果存在条件及持续时间 |
4.2.2 刀具前刀面温度对涂层热障效果的影响 |
4.2.3 刀具涂层和基体热物理性能对涂层热障效果的影响 |
4.2.4 刀具涂层对瞬态热传导至稳态热传导的时间段的影响 |
4.3 恒温热传导模拟试验与模型验证 |
4.3.1 恒温加热平台及试验条件 |
4.3.2 实验结果与理论预测值比较 |
4.4 本章小结 |
第5章 涂层刀具切削温度分布 |
5.1 涂层刀具切削热传导模型 |
5.2 涂层刀具瞬态温度分布及影响因素 |
5.2.1 时变热源类型对涂层刀具瞬态温度分布的影响 |
5.2.2 刀具涂层厚度对涂层刀具瞬态温度分布的影响 |
5.2.3 刀具涂层热物理性能对涂层刀具瞬态温度分布的影响 |
5.2.4 刀具基体热物理性能对涂层刀具瞬态温度分布的影响 |
5.3 涂层刀具稳态温度分布及影响因素 |
5.4 涂层刀具切削热传导模型试验验证 |
5.5 应用案例 |
5.5.1 TiAlN刀具涂层厚度优选 |
5.5.2 TiAlN刀具涂层Al组分含量优选 |
5.6 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间所发表的论文及科研情况 |
致谢 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(6)铁基粉末冶金零件孔隙特性与车削刀具研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题背景与意义 |
1.2 铁基粉末冶金零件的研究现状 |
1.2.1 粉末冶金工艺的发展 |
1.2.2 铁基粉末冶金零件材料特性研究 |
1.3 铁基粉末冶金零件的切削加工研究 |
1.3.1 铁基粉末冶金零件切削特性 |
1.3.2 铁基粉末冶金零件切削加工研究进展 |
1.4 技术路线与研究内容 |
1.4.1 技术路线 |
1.4.2 章节安排 |
2 铁基粉末冶金零件与车削刀具相关理论 |
2.1 孔隙特性与切削模型的建立 |
2.1.1 孔隙特性分析 |
2.1.2 孔隙碰撞下切削模型的建立 |
2.1.3 刀具温度模型 |
2.2 铁基粉末冶金零件和切削刀具 |
2.2.1 铁基粉末冶金零件 |
2.2.2 切削铁基粉末冶金所用刀具的种类 |
2.2.3 刀具切削参数的选用 |
2.3 Deform有限元分析软件的选择 |
2.4 本章小结 |
3 铁基粉末冶金零件车削仿真分析 |
3.1 铁基粉末冶金零件切削仿真的相关理论 |
3.1.1 铁基粉末冶金零件材料属性设定 |
3.1.2 Usui磨损模型选择与设定 |
3.1.3 仿真中网格划分设定 |
3.1.4 铁基粉末冶金零件切削过程的摩擦模型及其设定 |
3.1.5 铁基粉末冶金零件切削过程的温度设定 |
3.1.6 DEFORM车削分析处理步骤 |
3.2 铁基粉末冶金有限元模型 |
3.2.1 材料模型的建立 |
3.2.2 切削模型的建立 |
3.3 孔隙模型车削有限元仿真研究 |
3.3.1 孔隙的存在对车削影响仿真 |
3.3.2 车入孔隙方式对车削的影响 |
3.3.3 材料内部孔隙不均匀分布对车削的影响 |
3.4 不同刀具材料的有限元仿真研究 |
3.4.1 仿真方案 |
3.4.2 仿真流程与数据记录 |
3.5 不同车削参数的有限元仿真研究 |
3.5.1 仿真方案 |
3.5.2 仿真流程与数据记录 |
3.6 本章小结 |
4 铁基粉末冶金零件车削实验验证 |
4.1 实验条件 |
4.1.1 工件材料 |
4.1.2 加工机床 |
4.1.3 车削刀具 |
4.1.4 车削方式 |
4.1.5 测量设备 |
4.2 零件材料对比实验 |
4.2.1 实验方案 |
4.2.2 实验数据及分析 |
4.3 刀具材料对比实验 |
4.3.1 实验方案 |
4.3.2 实验数据及分析 |
4.4 本章小结 |
5 刀具可靠性验证及技术应用 |
5.1 刀具可靠性实验及分析 |
5.1.1 实验方案及数据记录 |
5.1.2 可靠性统计分析 |
5.2 刀具磨损机理 |
5.2.1 刀具磨损机理 |
5.2.2 磨损模型 |
5.3 技术应用 |
5.4 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及成果 |
致谢 |
(7)高温地层PDC切削齿碎岩过程中热损伤及温度场热应力场的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1 章 绪论 |
1.1 选题背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 钻头切削热及切削温度国内外研究现状 |
1.2.2 钻头热应力国内外研究现状 |
1.2.3 PDC钻头碎岩切削数值模拟国内外研究现状 |
1.3 研究内容及技术路线 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
第2 章 高温条件PDC切削齿热损伤机理及碎岩理论研究 |
2.1 高温条件下PDC切削齿宏观及微观热损伤研究 |
2.1.1 试验设备 |
2.1.2 试验样品 |
2.1.3 试验目的及方案 |
2.2 外貌特征变化、XRD及 SEM试验结果分析 |
2.2.1 宏观外貌特征变化 |
2.2.2 XRD结果分析 |
2.2.3 SEM结果分析 |
2.3 高温条件下花岗岩性质研究 |
2.3.1 物理热力学参数 |
2.3.2 力学参数测试试验设备 |
2.3.3 试验方案 |
2.3.4 试验结果与分析 |
2.4 PDC切削齿碎岩理论分析 |
2.4.1 PDC切削齿碎岩分析 |
2.4.2 岩石的破坏准则 |
2.4.3 PDC钻头破碎岩石的损伤判据 |
2.5 本章小结 |
第3 章 PDC钻头碎岩过程中切削温度理论分析 |
3.1 PDC切削齿碎岩过程中产热理论分析 |
3.2 PDC切削齿碎岩温度场理论分析 |
3.2.1 不考虑钻井液循环PDC切削齿温度分析 |
3.2.2 钻井液循环条件下PDC切削齿温度理论分析 |
3.3 本章小结 |
第4章 基于ABAQUS的全尺寸PDC钻头及切削齿碎岩温度场数值研究 |
4.1 有限元简介及粘结单元法 |
4.1.1 ABAQUS软件介绍 |
4.1.2 粘结单元法 |
4.2 岩石单轴压缩试验与仿真模拟验证 |
4.2.1 岩石单轴压缩仿真建模 |
4.2.2 试验与仿真模拟结果分析 |
4.3 PDC切削齿热力耦合温度场数值分析 |
4.3.1 PDC切削齿碎岩温度场有限元理论 |
4.3.2 基本假设 |
4.3.3 温度场分析有限元模型 |
4.3.4 边界条件和材料赋值 |
4.4 PDC钻头温度场仿真结果分析与讨论 |
4.4.1 岩石破碎过程 |
4.4.2 PDC切削齿碎岩温度场结果分析 |
4.4.3 PDC切削齿碎岩温升过程分析 |
4.5 本章小结 |
第5 章 PDC切削齿热应力场三维数值模拟研究 |
5.1 PDC切削齿热应力场有限元仿真 |
5.1.1 PDC切削齿热应力分析的基本原理 |
5.1.2 基本假设 |
5.1.3 模型建立 |
5.2 切削齿热应力场仿真结果 |
5.2.1 切削齿碎岩过程仿真 |
5.2.2 切削齿热应力场 |
5.3 高温地层对切削齿热应力场的影响 |
5.4 岩石强度对切削齿热应力场的影响 |
5.5 本章小结 |
第6 章 PDC切削齿破碎岩石切削温度试验研究 |
6.1 非接触式红外特征切削温度测试试验 |
6.1.1 试验设备 |
6.1.2 试验方案 |
6.2 红外试验结果分析 |
6.2.1 转速和钻压对PDC钻头温度的影响 |
6.2.2 岩石类型对PDC钻头温度的影响 |
6.3 接触式热电偶切削温度试验 |
6.3.1 试验台的总体方案 |
6.3.2 测试试验台组成部分 |
6.4 PDC切削齿钻进岩石过程中切削温度的试验结果 |
6.4.1 PDC钻头碎岩温度特征 |
6.4.2 转速对PDC钻头温度的影响 |
6.4.3 岩石类型对PDC钻头温度的影响 |
6.5 高温地层切削齿碎岩温度试验研究 |
6.6 本章小结 |
第7 章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果 |
致谢 |
(8)V型沟槽微织构球头铣刀铣削性能优化研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 课题研究背景及意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 微织构研究现状 |
1.3.2 刀具力-热特性研究现状 |
1.3.3 工件表面质量研究现状 |
1.3.4 刀具磨损研究现状 |
1.4 主要研究内容 |
第2章 硬质合金球头铣刀前刀面V型微织构分布设计 |
2.1 球头铣刀前刀面V型微织构置入区域设计 |
2.2 V型沟槽微织构的设计 |
2.3 V型沟槽微织构球头铣刀铣削钛合金有限元仿真 |
2.3.1 材料本构模型的建立 |
2.3.2 失效准则与网格重划分 |
2.3.3 切削热模型 |
2.3.4 V型沟槽微织构列数仿真研究 |
2.4 V型沟槽微织构参数球头铣刀力-热特性有限元仿真分析 |
2.4.1 正交仿真试验设计 |
2.4.2 V型微织构参数对铣削力的影响 |
2.4.3 V型微织构参数对铣削温度的影响 |
2.5 本章小结 |
第3章 V型微织构球头铣刀铣削钛合金铣削性能试验研究 |
3.1 钛合金铣削试验设计 |
3.1.1 试验条件 |
3.1.2 微织构刀具制备 |
3.1.3 试验平台搭建 |
3.2 铣削力试验结果分析 |
3.3 工件表面粗糙度分析 |
3.4 刀具磨损分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 基于Lasso的模拟退火算法球头铣刀V型微织构参数优化 |
4.1 简介 |
4.1.1 模拟退火算法 |
4.1.2 Lasso回归分析方法 |
4.2 数据预处理 |
4.3 优化变量与目标函数 |
4.3.1 优化变量 |
4.3.2 预测模型 |
4.4 V型沟槽微织构参数模型优化结果 |
4.5 V型沟槽微织构球头铣刀实验验证 |
4.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果 |
致谢 |
(9)基于切削仿真技术的钛合金薄壁件加工用整体式铣刀侧刃参数设计(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源及研究背景和意义 |
1.1.1 课题来源 |
1.1.2 课题研究背景和意义 |
1.2 国内外相关内容研究历史与现状 |
1.2.1 钛合金加工技术研究历史与现状 |
1.2.2 薄壁件加工技术研究历史与现状 |
1.2.3 整体式铣刀设计研究历史与现状 |
1.2.4 金属切削仿真技术研究历史与现状 |
1.3 论文主要研究内容及研究思路 |
第2章 钛合金铣削仿真模型的建立与验证 |
2.1 有限元仿真基本参数 |
2.1.1 材料基本参数 |
2.1.2 材料本构关系模型 |
2.1.3 材料失效模型 |
2.1.4 自适应网格划分 |
2.1.5 刀-屑接触摩擦模型 |
2.2 铣削有限元仿真的模型建立 |
2.2.1 铣削加工过程的二维简化 |
2.2.2 模型建立与确定边界条件 |
2.2.3 切削力坐标系的转换 |
2.3 铣削仿真结果的分析 |
2.3.1 仿真切削参数的选择 |
2.3.2 切削力仿真结果 |
2.3.3 切削温度仿真 |
2.4 铣削力验证实验 |
2.4.1 实验方案设计 |
2.4.2 实验参数选择 |
2.4.3 实验结果分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 几何角度对切削过程的仿真分析 |
3.1 前角对切削过程影响的仿真分析 |
3.1.1 前角对切削力影响的仿真分析 |
3.1.2 前角对刀具切削温度影响的仿真分析 |
3.1.3 刀具前角的选择 |
3.2 后角对切削过程影响的仿真分析 |
3.2.1 后角对切削力影响的仿真分析 |
3.2.2 后角对刀具切削温度影响的仿真分析 |
3.2.3 刀具后角的选择 |
3.3 螺旋角对切削过程影响的理论分析 |
3.3.1 螺旋角对实际切削前角影响的理论分析 |
3.3.2 螺旋角对实际切削刃钝圆半径影响的理论分析 |
3.3.3 螺旋角对实际切削轴向齿距影响的理论分析 |
3.3.4 螺旋角对铣削均匀性影响的理论分析 |
3.3.5 刀具螺旋角的选择 |
3.4 本章小结 |
第4章 切削刃结构对切削过程的仿真分析 |
4.1 钝圆半径对切削过程影响的仿真分析 |
4.1.1 钝圆半径对切削力影响的仿真分析 |
4.1.2 钝圆半径对刀具切削温度影响的仿真分析 |
4.1.3 切削刃钝圆半径的选择 |
4.2 倒棱尺寸对切削过程影响的仿真分析 |
4.2.1 倒棱角度对切削过程影响的仿真分析 |
4.2.2 倒棱宽度对切削过程影响的仿真分析 |
4.2.3 切削刃倒棱结构的选择 |
4.3 本章小结 |
第5章 基于田口法的整体式铣刀结构设计 |
5.1 试验设计及数据分析法 |
5.1.1 正交矩阵及S/N比 |
5.1.2 数据分析 |
5.2 试验方案 |
5.2.1 可控因素的选择 |
5.2.2 输出特性的选择 |
5.2.3 试验方案的设计 |
5.2.4 试验结果分析 |
5.3 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读学位期间发表的学术论文及其他成果 |
致谢 |
(10)钨钴硬质合金化学机械抛光化学作用机理与抛光液制备研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.1.1 研究背景 |
1.1.2 研究意义 |
1.2 课题来源 |
1.3 钨钴硬质合金加工研究现状 |
1.3.1 钨钴硬质合金材料性能 |
1.3.2 钨钴硬质合金加工现状 |
1.4 化学机械抛光研究现状 |
1.4.1 化学机械抛光化学作用机理研究现状 |
1.4.2 化学机械抛光抛光液研究现状 |
1.5 目前存在的主要问题 |
1.6 研究目标及内容 |
第2章 钨钴硬质合金化学腐蚀行为研究 |
2.1 钨钴硬质合金组织结构与表征 |
2.1.1 钨钴硬质合金组织结构 |
2.1.2 钨钴硬质合金组织结构表征 |
2.2 钨钴硬质合金的化学性能 |
2.2.1 钴和碳化钨的化学性能 |
2.2.2 钨钴硬质合金的化学性能 |
2.3 钨钴硬质合金化学腐蚀行为 |
2.3.1 腐蚀实验 |
2.3.2 腐蚀速率 |
2.3.3 表面形貌分析 |
2.3.4 XRD衍射分析 |
2.3.5 微观组织和表面元素分析 |
2.3.6 XPS分析 |
2.3.7 腐蚀机理分析 |
2.4 本章小结 |
第3章 钨钴硬质合金CMP化学作用机理研究 |
3.1 钨钴硬质合金CMP加工原理 |
3.2 钨钴硬质合金CMP实验 |
3.2.1 实验条件及工艺参数 |
3.2.2 实验结果与分析 |
3.3 钨钴硬质合金CMP化学作用机理 |
3.3.1 酸性环境 |
3.3.2 中性和碱性环境 |
3.4 本章小结 |
第4章 钨钴硬质合金CMP抛光液的制备与优化 |
4.1 磨粒的选择 |
4.1.1 磨粒种类 |
4.1.2 磨粒尺寸 |
4.2 pH值的选择 |
4.2.1 实验条件及工艺参数 |
4.2.2 实验结果与分析 |
4.3 缓蚀剂的选择 |
4.3.1 缓蚀剂的类别及作用 |
4.3.2 缓蚀剂的确定 |
4.4 表面活性剂的选择 |
4.4.1 表面活性剂的类别及作用 |
4.4.2 表面活性剂的确定 |
4.5 抛光液组份含量优化实验 |
4.5.1 正交试验设计 |
4.5.2 正交试验安排 |
4.6 抛光液组份含量优化结果分析 |
4.6.1 极差分析 |
4.6.2 方差分析 |
4.7 抛光液组份含量优化结果确定 |
4.7.1 优化抛光液含量配比实验验证 |
4.7.2 抛光液稳定可靠性分析 |
4.8 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
致谢 |
硕士期间发表成果以及参与项目 |
四、提高硬质合金刀具可靠性的理论分析与试验研究(论文参考文献)
- [1]300M超高强度钢铣削加工工艺及参数优化研究[D]. 张昱. 陕西理工大学, 2021(08)
- [2]选区表面改性电化学沉积镍实验研究[D]. 白雪琛. 太原理工大学, 2021(01)
- [3]机夹式深孔钻头钻削TC4钛合金试验及刀具失效研究[D]. 王宇. 西安石油大学, 2021(09)
- [4]涂层硬质合金刀具铣削蠕墨铸铁的切削性能及刀具可靠性研究[D]. 苏瑞. 山东大学, 2021(11)
- [5]TiAlN刀具涂层对刀-屑热量分配及切削温度影响规律的研究[D]. 赵金富. 山东大学, 2021
- [6]铁基粉末冶金零件孔隙特性与车削刀具研究[D]. 魏伟. 西安工业大学, 2021
- [7]高温地层PDC切削齿碎岩过程中热损伤及温度场热应力场的研究[D]. 张增增. 吉林大学, 2021(01)
- [8]V型沟槽微织构球头铣刀铣削性能优化研究[D]. 任伟. 哈尔滨理工大学, 2021(09)
- [9]基于切削仿真技术的钛合金薄壁件加工用整体式铣刀侧刃参数设计[D]. 司璐. 哈尔滨理工大学, 2020
- [10]钨钴硬质合金化学机械抛光化学作用机理与抛光液制备研究[D]. 陈文涛. 湘潭大学, 2020(02)