微織構(gòu)自潤(rùn)滑與振蕩熱管自冷卻雙重效用的干切削刀具的研究.pdf

1、本文根據(jù)干切削加工的要求，結(jié)合表面織構(gòu)潤(rùn)滑技術(shù)與振蕩熱管冷卻技術(shù)，提出了自潤(rùn)滑與自冷卻雙重效用的干切削刀具的概念。研制成功了微織構(gòu)自潤(rùn)滑與振蕩熱管自冷卻雙重效用的干切削刀具，研究了表面織構(gòu)對(duì)硬質(zhì)合金刀具材料的摩擦磨損特性的影響、振蕩熱管強(qiáng)化刀具散熱的作用效果以及該刀具的切削性能，分析和揭示了該刀具的自潤(rùn)滑與自冷卻的作用機(jī)理。
　　 在分析刀具切削的摩擦和潤(rùn)滑機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出了微織構(gòu)自潤(rùn)滑刀具的設(shè)計(jì)概念，即:在刀具前刀面的刀-屑

2、接觸區(qū)加工微織構(gòu)，并在微織構(gòu)凹槽中填充固體潤(rùn)滑劑，在切削過程中織構(gòu)凹槽中的固體潤(rùn)滑劑受摩擦擠壓作用拖覆在刀-屑接觸界面形成潤(rùn)滑膜，實(shí)現(xiàn)刀具的自潤(rùn)滑。建立了微織構(gòu)自潤(rùn)滑刀具的設(shè)計(jì)模型，結(jié)合微織構(gòu)對(duì)刀具應(yīng)力分布的影響，確定了微織構(gòu)自潤(rùn)滑刀具的微織構(gòu)的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù):槽型為雙橢圓結(jié)構(gòu)，其外橢圓的長(zhǎng)徑為0.8mm、短徑為0.6 mm，織構(gòu)距切削刃距離L為150μm，凹槽中心間距H為150μm，凹槽寬度B為50μm，槽深為100μm。優(yōu)選了二硫化鉬

3、(MoS2)作為微織構(gòu)自潤(rùn)滑刀具使用的固體潤(rùn)滑劑。采用激光加工技術(shù)制備了微織構(gòu)自潤(rùn)滑刀具。
　　 將振蕩熱管冷卻技術(shù)應(yīng)用到刀具散熱上，提出了振蕩熱管自冷卻刀具的設(shè)計(jì)概念，即:在刀具中嵌入振蕩熱管，切削過程中，振蕩熱管因具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能而能夠加快切削區(qū)溫度的導(dǎo)出，從而實(shí)現(xiàn)刀具的自冷卻。建立了振蕩熱管自冷卻刀具的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)刀具切削的溫度環(huán)境和刀片的結(jié)構(gòu)尺寸，確定振蕩熱管自冷卻刀具的振蕩熱管使用的工質(zhì)為水，管壁材料為銅，管的外徑

4、和內(nèi)徑分別為2mm和1.2 mm，工質(zhì)充液率為60％。采用電火花加工技術(shù)制備了四彎道、六彎道和八彎道三種振蕩熱管自冷卻刀具。
　　 研究了表面織構(gòu)對(duì)硬質(zhì)合金刀具材料的摩擦磨損特性的影響。將光滑表面試樣(SS)、光滑表面抹覆潤(rùn)滑劑的試樣(SSL)、表面織構(gòu)試樣(TS)和填充潤(rùn)滑劑的表面織構(gòu)試樣(TSL)與鈦合金球?qū)δM(jìn)行了對(duì)比干摩擦試驗(yàn)，結(jié)果表明:與SS試樣相比，SSL試樣并不能改善硬質(zhì)合金的摩擦磨損性能，TS試樣的摩擦磨損狀況更

5、為惡劣，TSL試樣能夠有效改善硬質(zhì)合金的摩擦磨損性能;TSL試樣相比SS試樣降低平均摩擦系數(shù)達(dá)20～25％，降低摩擦溫度達(dá)8～15％;硬質(zhì)合金試樣的主要磨損形式為對(duì)摩鈦合金材料的粘結(jié)，TSL試樣能夠減小磨痕寬度和對(duì)摩材料的粘結(jié)高度，同時(shí)減小對(duì)摩球的磨損損失。分析和揭示了TSL試樣的減摩潤(rùn)滑機(jī)理:摩擦過程中，存儲(chǔ)在織構(gòu)凹槽中的固體潤(rùn)滑劑在摩擦擠壓作用下析出，并拖覆在摩擦接觸面形成潤(rùn)滑層，拖覆的潤(rùn)滑劑也會(huì)被摩擦帶走，但凹槽中潤(rùn)滑劑會(huì)不斷析出

6、補(bǔ)給，從而在摩擦接觸面形成連續(xù)動(dòng)態(tài)的固體潤(rùn)滑層;織構(gòu)凹槽同時(shí)具有撲捉和存儲(chǔ)磨損顆粒的作用，降低摩擦和磨損。
　　 采用仿真的方法研究了振蕩熱管強(qiáng)化刀具散熱的效果。建立了熱流密度反求的目標(biāo)函數(shù)并求解獲得了加載在刀-屑接觸區(qū)的熱流密度，研究了刀具溫度場(chǎng)分布情況，結(jié)果表明:振蕩熱管自冷卻刀具能夠有效降低刀具的最高切削溫度，同時(shí)能夠縮短刀具達(dá)到穩(wěn)態(tài)切削溫度的時(shí)間。
　　 將微織構(gòu)自潤(rùn)滑刀具(SLT)、振蕩熱管自冷卻刀具(SCT)

7、、微織構(gòu)自潤(rùn)滑與振蕩熱管自冷卻雙重效用的干切削刀具(SLCT)以及傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具(CT)進(jìn)行了車削Ti6Al4V的對(duì)比試驗(yàn)，研究了微織構(gòu)自潤(rùn)滑與振蕩熱管自冷卻雙重效用的干切削刀具的切削性能。結(jié)果表明:SLT和SLCT刀具相比CT刀具能夠有效降低三向切削力，減小刀-屑平均摩擦系數(shù)，增加切屑卷曲并減小切屑剪切變形;SLT、SCT和SLCT三種刀具相比CT刀具均能夠降低切削溫度，相同切削條件下， SLCT刀具的切削溫度最低;SLT、SCT和