切削可加工陶瓷多维耦合刀具磨损规律及相关机理研究

基本信息
批准号:51275083
项目类别:面上项目
资助金额:74.00
负责人:马廉洁
学科分类:
依托单位:东北大学
批准年份:2012
结题年份:2016
起止时间:2013-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:单泉,王新刚,杨建宇,张金峰,王超,杨新院,阎旭强
关键词:
参数量化可加工陶瓷刀具磨损多维耦合切削机理
结项摘要

Rapid wear of the tool is the outstanding problems of the cutting of machinable ceramics. The key factors of tools wear are tool materials performance and cooling conditions. Current, theoretical research of parameter quantification related with them is lacking. Therefore, the study on tools wear models of multidimensional coupling in technical systems was proposed. In the model, based on the parameter quantification, all factors of technical systems are included, VB/V is a comprehensive evaluation function. So, it is closer to practical engineering. Multiple regression theory and gray clustering method will be applied to quantify parameters. Based on the Taylor Theorem and least-square regressive method, the multidimensional coupled tool wear law was studied in cutting machinable ceramics. These results can guide technical parameters decision-making of the complexity systems and solution tool rapid wear. Machinable ceramic's chip is powder (microscopic particles). It is the root causes of poor machining quality and rapid tool wear. And it is different of grinding engineering ceramics and metal's ribbon chips. Therefore, the chip formation mechanism of brittle fracture and massive collapse removal was proposed. The tools wear is due to high frequency impact loads and strong abrasive wear. By high-speed camera, SEM, TEM and energy spectrum analysis, we will observe the microstructure of machinable ceramics and tools, study chip formation mechanisms, micro-crack formation and growth mechanisms and tool wear mechanisms in the cutting process. These results can lay the foundation for machinable ceramics cutting theory.

刀具快速磨损是切削可加工陶瓷的突出问题,刀具性能、冷却条件是刀具磨损的关键因素,但目前缺乏二者定量表达理论研究。据此提出了更接近工程实际的工艺系统多维耦合刀具磨损模型,该模型以参数量化为前提,将工艺系统全要素考虑到模型之中,以VB/V作为综合评价指标。拟采用多元回归理论、灰色聚类法进行参数量化,基于Taylor定理和最小二乘多元回归法研究可加工陶瓷多维耦合刀具磨损规律。可为加工系统复杂工艺参数决策、刀具快速磨损问题的解决提供理论指导。可加工陶瓷切屑为粉末状(微观颗粒),这是加工质量差、刀具磨损快的根本原因,与工程陶瓷磨削及金属带状切屑均有区别。据此提出脆性断裂、块状崩除的成屑机制,而刀具磨损是受到高频冲击载荷和强磨粒磨损共同作用的结果。拟采用高速摄像、扫描电镜、透射电镜、能谱分析观察材料及刀具微观结构,研究其切削过程成屑、微裂纹形成与扩展、刀具磨损机制,为可加工陶瓷的切削理论研究奠定基础。

项目摘要

刀具快速磨损是切削可加工陶瓷的突出问题,项目针对可加工陶瓷切削机理、参数量化、刀具磨损多维耦合模型开展了相关研究工作。项目在切削实验的基础上,以可加工陶瓷材料断裂去除中的能量传递原理,分析了可加工陶瓷材料切削过程中的微观裂纹扩展中各个能量分项变化,提出了可加工陶瓷大规模挤裂、小规模挤裂的切削层去除机制。通过可加工陶瓷的磨削实验,提出了延性去除、延脆性去除、脆性去除三种材料去除模式,以延性域系数、延脆性域系数来构建延性-延脆性和延脆性-脆性两个临界磨削深度模型,从而更为准确的分析硬脆材料在加工成形中所处的阶段。根据可加工陶瓷试验,提出了复合磨削因子,并建立了表面粗糙度与复合磨削因子之间模型。以此来解释新表面形成机制、表面硬度机制、刀具磨损机制,以及切削力、切削温度的产生机制。.刀具磨损过程可以划分为初期磨损、稳定磨损和过度磨损三个阶段;切削可加工陶瓷时刀具磨损主要为刀尖磨损和后刀面磨损。磨损原因为磨料磨损、粘结磨损、刀具破损,刀具材料属性对刀具体积磨损影响最大。基于回归理论,建立了多个刀具磨损率一元模型;采用回归理论与遗传算法相结合,获得了多维耦合刀具磨损回归方程。确立了多维耦合刀具磨损模型,并与刀具磨损理论模型进行了比较,提出了切削可加工陶瓷刀具磨损率经验公式。以灰色聚类理论为基础,进行了特征参数提取,对刀具材料和被切削材料进行了参数量化研究。.分析了表面硬度和表面粗糙度随工艺参数的变化规律。基于PSO算法改进BP神经网络,利用最小二乘拟合,建立了表面粗糙度的多维耦合模型。建立了表面硬度关于工艺参数的一元模型,进一步根据正交实验,结合遗传算法和神经网络算法建立了多维耦合模型,以研究表面质量本身与工艺参数之间所存在的内在规律。利用PSO算法改进BP神经网络,再根据设置的粒子种群规模,进行了双目标优化,得到了一组最优工艺参数。.这些成果为可加工陶瓷的切削理论研究奠定基础。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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