車輪是重載列車走行部實現(xiàn)牽引與制動的關(guān)鍵部件之一。運行過程中的車輪踏面磨耗會導(dǎo)致重載列車運行性能下降,因此需要定期對踏面進(jìn)行修型與維護(hù)。踏面修型主要采用基于車削加工的鏇修工藝來完成,鏇修質(zhì)量對車輛的后期運行性能有重要影響,因此研究重載車輪鋼的切削加工機(jī)理與特性具有一定的工程意義。本文對重載列車使用的CL70車輪鋼切削成屑機(jī)理與微觀組織演變等進(jìn)行研究,具體研究內(nèi)容如下:根據(jù)金屬切削原理,并結(jié)合車輪鏇修工藝技術(shù),利用ANSYS/Ls-Dyna軟件,建立三維正交切削有限元模型。根據(jù)切削仿真過程中的應(yīng)力場、切削溫度與切削力的變化規(guī)律,分析了 CL70車輪鋼的切削成屑機(jī)理。基于單一變量原則設(shè)計仿真方案,分析了切削深度、切削速度及刀具前角對切削過程中的切削力和切削溫度的影響。設(shè)計了 CL70鋼車削加工正交實驗與對比實驗,依據(jù)測量的加工表面粗糙度數(shù)值,采用極差分析法,比較了切削速度、背吃刀量和進(jìn)給量對表面粗糙度的影響大小順序;基于單一變量原則,分析了車削用量對表面粗糙度的影響規(guī)律與切削速度對切屑形態(tài)的影響。利用掃描電子顯微鏡,觀察分析了車削加工表面形變層的微觀組織形貌演變規(guī)律,并以變形層厚度為指標(biāo),... 

【文章來源】：大連交通大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１材料滑移簡圖??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｓｌｉｐ??除第一變形區(qū)外，還有兩個變形區(qū)，三個變形區(qū)的位置關(guān)系如圖２．２所示

第二章切削基本理論與熱－力耦合建模??ｄ切＾／刀具??工件??圖２．２切削簡化模型??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｃｕｔｔｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ??在整個切削過程中三個變形區(qū)協(xié)同作用，三者同時進(jìn)行并且互相影響。根據(jù)以上分??析可以認(rèn)為，金屬切削過程的實質(zhì)是工件切削層在刀具前刀面的擠壓作用之下，產(chǎn)生的??以材料滑移為主的強(qiáng)塑性變形過程。??２．１．２切削溫度場機(jī)理??在金屬切削過程中消耗的能量約有９５％？９８％會轉(zhuǎn)化為熱量，當(dāng)切削塑性金屬時，??由于彈性變形量很小，切削熱的來源主要包括主切削區(qū)內(nèi)材料的塑性變形功與第二、三??變形區(qū)中兩個摩擦區(qū)域內(nèi)的摩擦功｜５（）］。對應(yīng)的切削熱源位置分別為：剪切面熱源、前刀??面－切屑摩擦區(qū)熱源、后刀面－加工表面摩擦區(qū)熱源。各熱源產(chǎn)生的熱量比例為：??（１）約５５％的熱量來源于剪切面的塑性變形；??（２）約３７％的熱量來源于切屑與前刀面之間的摩擦擠壓；??（３）其余部分來源于加工表面與后刀面之間的摩擦擠壓［５１］。??切削熱的形成與傳導(dǎo)關(guān)系可用方程（２．１）表示：??Ｑ?＝?Ｑ，ｆ?＋ＱＳ＋Ｑａｆ?＝?Ｑｄ，＋?Ｑｗ＋Ｑｃ＋?Ｑ，?（２．ｉ）??方程中：２為切削過程中產(chǎn)生的總切削熱；込、＆／和＾＾分別為三個熱源產(chǎn)生的熱??量；山為由切屑帶走的熱量；０Ｗ為傳入工件的熱量；為込傳入刀具的熱量；２，．為傳??入周圍介質(zhì)（空氣、切削液等）的熱量。??為直觀描述切削熱的產(chǎn)生區(qū)域和傳導(dǎo)關(guān)系，將切削熱的產(chǎn)生與傳遞路徑以圖２．３表??７］ｎ?〇??９??

?第二章切削基本理論與熱－力耦合建模???力大小的因素主要有：工件材料、切削用量（切削深度與切削速度等）、刀具幾何角度、??刀具材料等［５５）。??？－〒Ｉ—???Ｉ?■??▲???？??Ｆｆａ??Ｆｎａ??工件??圖２．４切削力表現(xiàn)形式??Ｆｉｇ．?２．４?Ｍａｎｉｆｅｓｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｕｔｔｉｎｇ?ｆｏｒｃｅ??２．２切削模型的建立??本節(jié)基于金屬切削機(jī)理，借助有限元軟件Ａｎｓｙｓ／Ｌｓ－Ｄｙｎａ建立ＣＬ７０車輪鋼的三維??直角切削模型，為模型設(shè)置了基本條件并對其進(jìn)行了有限元網(wǎng)格的劃分。??２．２．１有限元軟件概述??對ＣＬ７０車輪鋼的切削仿真借助于有限元軟件Ａｎｓｙｓ／Ｌｓ－Ｄｙｎａ進(jìn)行。該軟件主要應(yīng)??用于工程動力學(xué)有限元仿真分析領(lǐng)域，其內(nèi)置算法技術(shù)成熟，適用于機(jī)械加工制造、安??全與碰撞過程的模擬仿真，尤其適用于強(qiáng)塑性變形仿真分析領(lǐng)域。該軟件的原理可簡述??為：將塑性變形問題離散化，并根據(jù)虛功原理形成大量非線性方程組，基于軟件內(nèi)置動??力學(xué)算法原理，對方程組進(jìn)行求解，得出相關(guān)節(jié)點的應(yīng)力、溫度、接觸力等相關(guān)參數(shù)。??在該軟件中，存在三種適用于金屬切削大塑性變形研宄的非線性有限元描述方法：拉格??朗日有限元方法（Ｌａｇｒａｎｇｅ），歐拉有限兀方法（Ｅｕｌｅｒ）與任意拉格朗Ｈ－歐拉有限兀方??法（ＡＬＥ）。??１１??


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