【摘要】：隨著世界工業(yè)化和經(jīng)濟一體化不斷推進,源自德國的“工業(yè)4.0”、“中國制造2025”等新發(fā)展理念應運而生,對工業(yè)生產(chǎn)中的能源節(jié)約、環(huán)境保護、污染防控提出了更為嚴格的要求。受其影響,各國對汽車特別是大功率柴油汽車的排放量出臺了愈來愈嚴格的法規(guī),柴油發(fā)動機領(lǐng)域面臨巨大的沖擊和壓力。因此,提高柴油發(fā)動機的生產(chǎn)質(zhì)量、節(jié)省加工耗材、降低制造成本便成為了柴油發(fā)動機制造過程中的重中之重。作為柴油發(fā)動機中最為關(guān)鍵和核心的零部件,曲軸在工作過程中受到離心力和慣性力的共同作用,承受極高的彎曲扭轉(zhuǎn)載荷。為了滿足上述嚴苛的使用要求,曲軸的制造材料本身強度硬度極高,切削性能較差,機加工過程中的刀具磨損現(xiàn)象十分嚴重。因此,分析曲軸加工過程中的刀具磨損失效機理,開展刀具材料匹配及優(yōu)化切削參數(shù)是減小刀具磨損、降低生產(chǎn)成本的有效途徑。本文以曲軸材料42CrMo鋼為研究對象,對適合加工鋼材的刀具涂層材料進行了對比評價,為42CrMo鋼選擇了最優(yōu)涂層材料;以恒金屬去除體積為前提,設(shè)計開展了 42CrMo鋼的正交車削實驗,研究了車削參數(shù)對刀具后刀面平均磨損量VB的影響規(guī)律并建立了刀具后刀面平均磨損量關(guān)于切削參數(shù)的預測模型;對曲軸生產(chǎn)線上刀具的失效模式和失效機理進行了研究。主要研究工作如下:(1)通過開展刀具匹配實驗,確定了 TiN-TiCN-TiN-Al2O3-TiN涂層為切削加工42CrMo鋼的最優(yōu)刀具材料。首先,綜合考慮經(jīng)濟性與實用性原則,選取了五種適合加工42CrMo鋼的涂層材料,借助SEM與EDS設(shè)備,觀察了五種涂層的表面形貌和組成結(jié)構(gòu)。然后,從刀具擴散磨損角度出發(fā),設(shè)計并開展了五種涂層材料與42CrMo鋼之間的擴散實驗,實驗結(jié)果表明,元素的擴散距離與溫度呈正相關(guān)關(guān)系,Ti元素的擴散程度比Fe元素劇烈,TiN-TiCN-TiN-Al2O3-TiN涂層的擴散距離最小,硬度降低程度也較低,在所有涂層中表現(xiàn)出了最好的抗擴散能力。其次,從刀具的磨粒磨損、粘結(jié)磨損角度出發(fā),設(shè)計了五種涂層材料與42CrMo鋼間的摩擦磨損實驗,實驗結(jié)果顯示,TiN-TiCN-TiN-Al2O3-TiN涂層和TiAlN涂層具有較小的摩擦因數(shù),TiN-TiCN-TiN-TiCN-A1203涂層和TiN-TiCN-TiN-A1203-TiN涂層的耐磨性最好。最后,開展了涂層劃痕實驗,實驗結(jié)果表明 TiN-TiCN-TiN-TiCN-A1203 涂層與 TiN-TiCN-TiN-A1203-TiN 涂層的結(jié)合力最大,而且表現(xiàn)出了較大的塑性,其余涂層表現(xiàn)出較大的脆性。(2)通過42CrMo鋼車削實驗,研究了刀具壽命隨去除體積的變化規(guī)律并建立了刀具平均磨損量VB關(guān)于切削參數(shù)的預測模型。首先,開展42CrMo鋼車削刀具壽命實驗,得到了VB隨金屬去除量的變化規(guī)律曲線。隨后,進行了恒金屬去除體積下的42CrMo鋼正交車削實驗,得到車削三要素對刀具后刀面平均磨損量VB影響的顯著程度為apfv;使VB值最小的車削參數(shù)組合為:v=200m/min,f=0.2mm/r,ap=1.5mm;以BP神經(jīng)網(wǎng)絡為基礎(chǔ)建立了后刀面平均磨損量VB關(guān)于車削三要素的預測模型,驗證結(jié)果表明該模型具有極高的預測準確性。(3)調(diào)研并統(tǒng)計了曲軸加工生產(chǎn)線上刀具的磨損情況,分析和研究了其失效模式和失效機理。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),刀具的磨損量普遍在0.5mm-0.8mm之間,磨損形態(tài)以前、后刀面磨損為主,磨損機理以擴散、氧化磨損為主。本研究為曲軸材料42CrMo鋼的加工匹配了最優(yōu)刀具涂層材料,對切削參數(shù)進行了選擇并建立了后刀面平均磨損量VB關(guān)于切削參數(shù)的預測模型,分析了曲軸加工線上刀具的失效模式和機理,本文結(jié)果可為曲軸生產(chǎn)過程中切削參數(shù)和刀具涂層的選取提供參考和幫助。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG711
【圖文】：

色、節(jié)能、環(huán)保逐漸成為各行業(yè)的追求目標和發(fā)展導向［１］。為迎合可持續(xù)發(fā)展的逡逑需求，燃燒效率高、能量損耗低、污染物排放少的發(fā)動機的發(fā)展形成了不可阻擋逡逑的趨勢［２］。柴油發(fā)動機（圖１－１）的功率大、排放低、電子控制效果良好等優(yōu)點將逡逑使其成為時代發(fā)展的新寵［３］。逡逑

本文編號：2720382