《可持續供液的刀具表面混合型微結構設計方法研究》是依託南京航空航天大學，由李亮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：可持續供液的刀具表面混合型微結構設計方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李亮
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高速切削時的切削變形以及刀具-切屑界面摩擦產生的高溫強應力場，是導致鈦合金、鋁基複合材料等難加工材料刀具快速磨損的主要原因，也是制約切削速度進一步提高的主要障礙。套用表面織構可以改變刀具-切屑界面的摩擦學特性，是一種提高刀具切削性能的有效途徑。本項目針對微量潤滑條件下的刀具表面織構的設計方法和加工技術，提出以具有可持續為刀具-切屑界面供液為目標的刀具表面混合織構的研究思路；通過對刀具-切屑界面切削摩擦學特徵的研究，探明表面織構的切削減摩機制，以及切削液、微量潤滑油等冷卻潤滑介質進入刀具-切屑界面的途徑；在明確上述科學問題的基礎上，結合切削試驗、摩擦磨損試驗和仿真計算等手段，形成刀具表面混合織構特徵參數的設計方法和潤滑介質選擇方法；同時探索複雜表面刀具的表面混合織構雷射加工方法。研究成果將為刀具表面織構設計技術提供理論和技術支撐。
結題摘要
表面微織構作為一種有效、易實現的減摩方式，被套用於發動機缸套表面、軸承軸套表面、刀具表面等減小接觸面間的磨損。鈦合金作為一種難加工材料，其加工過程中的刀具磨損尤為嚴重，將微織構特別是混合型微織構引入刀具表面，可以改善刀具切削過程中的刀-屑界面接觸狀態，減小刀具磨損。項目首先針對多種形狀的表面微織構展開研究，設計並搭建表面微織構雷射加工平台，以掃描速度、平均輸出功率、脈衝頻率及離焦量為變數研究雷射工藝參數對刀具表面微織構參數及形貌的影響，並通過切削試驗證明了微溝槽織構具有最好的減摩效果。然後，針對微溝槽織構刀具展開深入研究，以YG8和PCD作為刀具材料，通過雷射工藝參數的綜合最佳化，實現了刀具表面微溝槽尺寸和形貌質量的控制，並通過試驗證明，相對於無溝槽刀具，YG8微溝槽刀具在低溫微量潤滑條件下的平均摩擦係數明顯減小，PCD微溝槽刀具乾切削時的平均摩擦係數明顯減小。最後，展開了混合型織構刀具的設計與試驗，使用FLUENT仿真分析刀-屑接觸面間潤滑流體的流動情況，優選織構尺寸和形狀參數使微織構到達最佳的潤滑效果，同時優選織構形狀組合和排布方式，設計並使用雷射在YG8刀具表面製備出具有較好減摩效果的變密度混合型微織構、變形狀混合型微織構、變形狀變密度混合型微織構，使用製備出的刀具切削TC4鈦合金試驗，證明變形狀變密度混合型微織構刀具對減小切削過程中的切削力、前刀面平均摩擦係數以及前刀面磨損程度具有較大的作用，並分析研究了刀具表面織構及混合型微織構的減摩機理。本項目對延長刀具壽命和改善刀具設計具有重要意義。
