基于竹鼠切牙的梯度微织构车刀仿生设计研究

摘要

铝合金物理性能优异，被广泛应用于航空航天、机械加工制造中。但铝合金在车削加工中，切削温度高导致铝合金塑性高。高温高压下，刀具前刀面易发生粘结磨损，降低刀具的切削效率，增加工件的加工成本。研究发现，在刀具前刀面植入微织构有效降低刀具切削力和切削温度。但是，织构植入前刀面破坏刀具结构，降低刀具的结构强度，增大了刀具磨损量。因此，为降低刀具磨损量需设计一种既能实现降低刀具切削力，又能弱化织构对刀具结构损坏的梯度微织构就十分必要。 本文对竹鼠切牙切削特征、沟槽形貌对主切削力的影响以及梯度微织构的仿生设计展开了研究，主要有以下三个方面： （1）应用非接触激光扫描仪 EASCAN-Q 获取竹鼠切牙点云数据，应用逆向造型软件 GEOMAGIC 处理点云数据，重构了切牙三维模型。提取分析了切牙特征角度、特征曲线、“月牙洼”深度数据。同时，还发现了竹鼠切牙牙釉质硬度转折现象，对比分析了三种不同食性动物（猪、狗、竹鼠）切牙的自锐性，为仿生设计梯度微织构车刀提供了仿生依据。 （2）针对硬质合金 YG6A 刀具干车削铝合金 7075，利用有限元软件 Deform-3D建立了三维车削有限元模型，探究了沟槽形貌（沟槽到刃口的距离、沟槽深度、沟槽宽度、沟槽间距）对刀具主切削力的影响规律。在本文试验条件下，确定了织构到刃口距离10μm、沟槽深度7μm、沟槽宽度12μm、沟槽间距30μm时，主切削力降幅最大。同时，应用激光表面加工技术完成沟槽形貌的刻蚀，通过正交试验法验证了仿真结论的正确性，为仿生设计梯度微织构车刀提供了理论基础。 （3）应用竹鼠切牙的“月牙洼”深度数据，结合仿真与试验方法对梯度微织构车刀进行了设计。基于有限元软件ABAQUS建立了刀具切削力模型，通过校核刀具结构应力值，确定了梯度微织构车刀具有更好的结构强度，确定梯度微织构车刀达到了既能降低刀具主切削力，又能提高车刀结构强度的目的。

目录

第一部分

第二部分

第三部分

第四部分