基于冲蚀磨损的硬质合金刀具钝化机理及实验研究
随着科技的进步，制造业得到空前发展，对刀具的要求随之提高，硬质合金因其高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性被广泛用作刀具材料，用于加工各类零件。刀具性能影响着刀具寿命和加工质量，刀具性能除和刀具本身材料有关外，还和刃口微观形貌有关，目前主要通过钝化工艺改变刃口微观形貌，延长刀具使用寿命，提高零件加工质量。当下钝化方式众多，钝化效果参差不齐，难以满足我国刀具行业需求。本文针对刀具钝化工艺，研究硬质合金刀具钝化机理，分析不同钝化参数对刀具刃口的影响规律，设计了一种刀具钝化设备，用此设备进行了钝化实验，并用钝化后的刀具进行CFRP材料钻削实验。具体内容如下： 首先，本文阐述了冲蚀磨损相关理论，分析了冲蚀磨损影响因素，结合硬质合金材料特点和刀具钝化工艺特点建立了刃口材料去除模型，分析刃口材料去除机理。 其次，采用有限元法利用有限元软件ABAQUS建立了简化后的单、多磨粒冲蚀模型，基于动能定理和能量守恒定理在微观层面上分析磨粒冲蚀刃口过程中磨粒速度、磨粒位移和能量变化，研究冲蚀次数、冲蚀角度、磨粒材料和磨料粒径对刃口应力、刃口表面凹坑深度的影响规律。 再次，采用有限元-离散元耦合法利用有限元软件ABAQUS和离散元软件EDEM建立了磨粒流冲蚀刃口的耦合模型，研究磨粒流中磨粒的运动规律，分析冲蚀角度、冲蚀速度、磨粒数目和磨粒形状对刃口磨损率的影响。 最后，基于OTEC刀具钝化机的钝化特点，结合实验室条件设计了一种刀具钝化设备，包括进给单元、调姿单元、钝化单元和支撑单元，利用有限元软件ANSYS对支撑单元进行了模态分析；选定硬质合金钻头为研究对象，设计正交实验，利用钝化设备完成钝化实验，验证了仿真结果的准确性；利用钝化和未钝化处理的钻头进行CFPR材料钻削实验，研究钝化处理对刀具寿命和加工质量的影响。
硬质合金刀具;冲蚀磨损;钝化工艺;刃口形貌;使用寿命
哈尔滨理工大学
硕士
机械制造及其自动化
王义文
2022
中文
TG711;TG706
2022-09-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）