切削可加工陶瓷多維耦合刀具磨損規律及相關機理研究

《切削可加工陶瓷多維耦合刀具磨損規律及相關機理研究》是依託東北大學，由馬廉潔擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：切削可加工陶瓷多維耦合刀具磨損規律及相關機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：馬廉潔
• 依託單位：東北大學

中文摘要

刀具快速磨損是切削可加工陶瓷的突出問題,刀具性能、冷卻條件是刀具磨損的關鍵因素，但目前缺乏二者定量表達理論研究。據此提出了更接近工程實際的工藝系統多維耦合刀具磨損模型，該模型以參數量化為前提，將工藝系統全要素考慮到模型之中，以VB/V作為綜合評價指標。擬採用多元回歸理論、灰色聚類法進行參數量化，基於Taylor定理和最小二乘多元回歸法研究可加工陶瓷多維耦合刀具磨損規律。可為加工系統複雜工藝參數決策、刀具快速磨損問題的解決提供理論指導。可加工陶瓷切屑為粉末狀（微觀顆粒），這是加工質量差、刀具磨損快的根本原因，與工程陶瓷磨削及金屬帶狀切屑均有區別。據此提出脆性斷裂、塊狀崩除的成屑機制，而刀具磨損是受到高頻衝擊載荷和強磨粒磨損共同作用的結果。擬採用高速攝像、掃描電鏡、透射電鏡、能譜分析觀察材料及刀具微觀結構，研究其切削過程成屑、微裂紋形成與擴展、刀具磨損機制，為可加工陶瓷的切削理論研究奠定基礎。

結題摘要

刀具快速磨損是切削可加工陶瓷的突出問題，項目針對可加工陶瓷切削機理、參數量化、刀具磨損多維耦合模型開展了相關研究工作。項目在切削實驗的基礎上，以可加工陶瓷材料斷裂去除中的能量傳遞原理，分析了可加工陶瓷材料切削過程中的微觀裂紋擴展中各個能量分項變化，提出了可加工陶瓷大規模擠裂、小規模擠裂的切削層去除機制。通過可加工陶瓷的磨削實驗，提出了延性去除、延脆性去除、脆性去除三種材料去除模式，以延性域係數、延脆性域係數來構建延性-延脆性和延脆性-脆性兩個臨界磨削深度模型，從而更為準確的分析硬脆材料在加工成形中所處的階段。根據可加工陶瓷試驗，提出了複合磨削因子，並建立了表面粗糙度與複合磨削因子之間模型。以此來解釋新表面形成機制、表面硬度機制、刀具磨損機制，以及切削力、切削溫度的產生機制。 刀具磨損過程可以劃分為初期磨損、穩定磨損和過度磨損三個階段；切削可加工陶瓷時刀具磨損主要為刀尖磨損和後刀面磨損。磨損原因為磨料磨損、粘結磨損、刀具破損，刀具材料屬性對刀具體積磨損影響最大。基於回歸理論，建立了多個刀具磨損率一元模型；採用回歸理論與遺傳算法相結合，獲得了多維耦合刀具磨損回歸方程。確立了多維耦合刀具磨損模型，並與刀具磨損理論模型進行了比較，提出了切削可加工陶瓷刀具磨損率經驗公式。以灰色聚類理論為基礎，進行了特徵參數提取，對刀具材料和被切削材料進行了參數量化研究。 分析了表面硬度和表面粗糙度隨工藝參數的變化規律。基於PSO算法改進BP神經網路，利用最小二乘擬合，建立了表面粗糙度的多維耦合模型。建立了表面硬度關於工藝參數的一元模型，進一步根據正交實驗，結合遺傳算法和神經網路算法建立了多維耦合模型，以研究表面質量本身與工藝參數之間所存在的內在規律。利用PSO算法改進BP神經網路，再根據設定的粒子種群規模，進行了雙目標最佳化，得到了一組最優工藝參數。 這些成果為可加工陶瓷的切削理論研究奠定基礎。