TiC涂层微磨具磨削机理及抗磨损性能研究

作     者：李欣妍 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：巩亚东

授予年度：2020年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：涂层微磨具 磨削性能 磨削力 表面质量 磨损 

摘      要：随着科技水平的不断进步,机械制造行业的日益发展,设备的小型化、精密化成为了发展的大趋势,精密加工技术成为了学者们关注的焦点。磨削作为一种精加工技术,可以获得很高的表面质量,在微尺度加工过程中有着十分重要的地位。传统的电镀金刚石微磨具的微磨粒只是镶嵌在结合剂中,同时,在磨削过程中由于刀具直径小,单颗磨粒需要承受很大的高频冲击,磨粒易发生脱落现象,大大地影响微磨具使用寿命和加工表面质量。目前,常见的延长刀具使用寿命的方法是在刀具表面镀膜。基于此,本文通过实验和软件优化相结合的方式对TiC涂层微磨具的涂层制备参数进行优化,并研究了 TiC涂层微磨具的磨削机理和相应的抗磨损性能,同时通过实验验证了使用优化镀膜参数制备的涂层微磨具各方面性能。具体研究内容如下:(1)涂层微磨具涂层参数优化研究:对于涂层制备工艺对涂层质量的影响进一步深入研究,对TiC涂层性能进行综合评价。利用熵权变换、遗传算法等数学模型对于前人单因素实验结果进行优化,选取优化后结果制备涂层微磨具,对比涂层性能,总结涂层微磨具制备工艺规律。(2)涂层微磨具磨削性能实验研究:进行涂层微磨具的磨削性能实验,考察涂层微磨具磨削过程中磨削力及工件表面质量的影响变化情况,分析不同的涂层镀膜参数、涂层表面粗糙度(涂层微磨具粒度)、磨削速度、进给速度、磨削深度、磨粒粒度、冷却情况对加工质量的影响,对比是否经熵权变换-遗传算法优化镀膜参数后制备的涂层微磨具在磨削过程中磨削力和加工工件表面质量情况,总结涂层微磨具磨削性能规律,并优化涂层微磨具的磨削工艺参数。(3)涂层微磨具磨削力和热特性仿真研究:利用仿真和实验相结合的方法,探讨涂层金刚石微磨具的特殊复合磨损机制,建立单颗磨粒的微观损伤模型,进而分析TiC涂层微磨具的磨损特性和规律,阐述TiC涂层金刚石微磨具磨削机理。建立涂层微磨具的磨削力/热有限元仿真模型,对比分析不同涂层厚度的涂层微磨具磨削力/热在不同磨削参数下的分布范围与变化规律,进而研究磨削力/热对加工表面的影响规律,与实验结果进行比照验证,得出仿真模型的有效性与正确性。(4)涂层与未涂层微磨具磨损对比实验研究:选取不同粒度的涂层与未涂层微磨具进行磨损实验研究,总结涂层微磨具磨损过程中规律以及形貌的变化规律等,绘制磨损曲线,研究TiC涂层在减缓微磨具磨损、延长使用寿命方面的效果。