基于无损检测技术的刀具故障检测方法研究

摘要

为延长高速切削刀具的使用寿命，涂层技术广泛应用于切削加工中。涂层的均匀性和刀具的完整性是影响涂层刀具寿命和产品加工质量的重要指标。无损检测是近年迅速发展的新型检测技术，其无破坏性、能在役实时检测的特点十分适用于刀具故障检测。因此，对涂层刀具涂层厚度和基体缺陷的无损检测方法的研究对保证切削加工精度和设备正常运行具有十分重要的意义。
　　本文对刀具故障的无损检测方法进行了讨论和分析。主要的研究工作和结论如下：
　　(1)通过有限元法建立了高精度涂层厚度检测系统的涡流场二维仿真模型，分析了探头提离高度和激励频率对涡流无损检测系统磁场分布的影响，并以此为依据设置涂层厚度检测系统的参数，得出涂层厚度与磁通密度Z分量以及Z分量的实部与虚部的关系。结果表明，磁通密度Z分量的实部与厚度的线性相关度更好，更适合用于厚度检测信号。
　　(2)实际的涡流检测信号十分微弱，有用信号淹没在噪声之中，本文采用小波分析方法对涡流厚度测试信号进行处理。建立合理的信号模拟实测信号，通过计算和图像分析选择合适的小波基、小波阈值和小波分解层数，并应用于实测信号的噪声滤除中，得到了噪声滤除效果好、波形平滑的消噪信号。
　　(3)采用有限元法模拟了二维切削过程，得到了切削过程中刀具的温度分布，分析了涂层厚度对刀具表面温度场的影响。在此基础上建立了基体含有缺陷的涂层刀具仿真模型，研究了缺陷对表面温度场的影响，讨论了缺陷长度、宽度和深度与表面温度的关系。结果表明，可通过热红外成像监控涂层刀具的表面温度来判断基体材料的完整性。
　　本文的研究成果是刀具涂层厚度检测和基体缺陷检测的理论和数值模拟研究，可对实际的工程应用如刀具状态监测仪器的开发提供参考和依据。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2厚度检测技术概述

1.3涡流检测信号的处理方法和研究现状

1.4结构缺陷检测方法概述

1.5论文研究内容和章节安排

第二章 热障涂层厚度的涡流无损检测方法研究

2.1 基础理论

2.2涡流无损检测的有限元建模

2.3热障涂层厚度的涡流无损检测方法

2.4本章小结

第三章 热障涂层厚度涡流无损检测中微弱信号的处理方法研究

3.1 小波分析基本理论

3.2 基于小波分析的涡流无损检测信号除噪

3.3小波分析仿真实验

3.5本章小结

第四章 含有热障涂层的刀具基体缺陷热成像方法研究

4.1二维无缺陷涂层刀具的数值模拟

4.2 二维有缺陷涂层刀具的数值模拟

4.3三维有缺陷涂层刀具的数值模拟

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2工作展望

致谢

参考文献

硕期间取得的研究成果