高速钢刀具固体润滑涂层的研究与应用

论文摘要

在切削过程中,刀具与切屑和工件发生剧烈摩擦,摩擦的结果造成刀具磨损。控制刀具磨损最有效的办法就是润滑。在刀具表面涂覆固体润滑涂层是干切削加工的有效办法,符合绿色制造的要求。课题重点研究了高速钢刀具固体润滑涂层技术中的磷化工艺以及复合涂层材料的最佳配比,主要成果及结论如下:高速钢刀具磷化后表面粗糙度影响着固体润滑涂层的摩擦学性能。高速钢刀具磷化工艺最优参数为:氧化锌4.8%,浓度85%的磷酸23.8%,水71.4%,微量硫酸铜,磷化温度90℃,磷化时间为25min。当磷化膜表面粗糙度为Ra2~Ra4μm时,制备的固体润滑涂层的摩擦学性能最好。设计了一种简单的磷化涂敷设备,为高速钢固体润滑涂层工艺在工厂中的推广提供了基础。石墨,二硫化钼等固体润滑材料的摩擦学性能受环境湿度,工作温度以及成分的配比影响很大。复合固体润滑涂层具有优良的摩擦学性能。研究结果表明,当固体润滑材料质量比MoS2:石墨:Al2O3:Sb2O3=7:4:2.5:4时,涂层的摩擦学性能最佳。对摩擦学性能影响最大的为Sb2O3,其次是Al2O3。高速钢固体润滑涂层刀具在切削过程中呈现出优良的切削性能。研究结果表明,高速钢固体润滑涂层刀具切削的切削力、变形系数和表面粗糙度值都比乳化液作润滑剂时的值小。固体润滑涂层的润滑效果要优于乳化液,可大大提高刀具的切削性能,实现干切削。利用有限元分析软件进行了三维切削的有限元动态分析,研究了在固体润滑涂层条件下切削过程中切削温度、切削力、变形系数的变化规律。研究结果表明,其变化规律与实际切削试验基本相同。借助于扫描电镜,分析了磷化膜、涂层润滑状态以及涂层成份对刀具固体润滑涂层摩擦学性能的影响,研究了固体润滑涂层刀具减摩抗磨的润滑机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 刀具的磨损及抗磨损方法
• 1.1.1 金属切削过程
• 1.1.2 刀具的磨损
• 1.1.3 减摩抗磨方法
• 1.2 高速钢刀具固体润滑涂层技术
• 1.2.1 高速钢刀具
• 1.2.2 固体润滑材料的种类
• 1.2.3 刀具固体润滑剂涂覆工艺
• 1.2.4 本课题所选的固体润滑材料
• 1.3 课题研究的意义、目标和内容
• 1.3.1 研究的意义
• 1.3.2 研究的目标和内容
• 2 实验原理及实验设计
• 2.1 实验原理
• 2.1.1 边界润滑理论
• 2.1.2 固体润滑涂层摩擦磨损机理
• 2.1.3 摩擦化学理论
• 2.2 实验设计
• 2.2.1 刀具的前处理
• 2.2.2 刀具固体润滑涂层的制备
• 2.2.3 固体润滑涂层性能评价
• 3 高速钢刀具磷化处理
• 3.1 主要试剂与仪器
• 3.2 试验方法
• 3.3 磷化液的制备
• 3.3.1 磷化液配制工艺
• 3.3.2 最优化磷化参数
• 3.4 高速钢刀具磷化工艺
• 3.5 本章小结
• 4 固体润滑涂层的制备
• 4.1 主要试剂与仪器
• 4.2 试验方法
• 4.3 固体润滑涂层性能的研究
• 4.3.1 干湿固体润滑涂层性能的研究
• 4.3.2 不同固体润滑涂层成分性能的研究
• 4.3.3 不同固体润滑涂层烘干温度研究
• 4.4 固体润滑涂层的最优配比
• 4.5 涂层设备
• 4.6 本章小结
• 5 固体润滑涂层性能评价
• 5.1 涂层刀具车削试验
• 5.1.1 切削力
• 5.1.2 变形系数
• 5.1.3 已加工表面粗糙度
• 5.2 切削过程的有限元模拟
• 5.2.1 切削模型的建立
• 5.2.2 切削温度
• 5.2.3 变形系数和切削力
• 5.3 涂层刀具钻削试验
• 5.3.1 试验设备及方法
• 5.3.2 试验结果
• 5.4 本章小结
• 6 固体润滑涂层刀具润滑机理
• 6.1 金属切削的摩擦特点
• 6.2 固体润滑涂层润滑机理
• 6.2.1 磷化层的作用
• 6.2.2 固体润滑涂层润滑模型
• 6.2.3 固体润滑涂层成分作用机理
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 电镜分析图
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集