發(fā)布時間：2020-06-19 05:43

【摘要】：隨著世界工業(yè)化和經(jīng)濟(jì)一體化不斷推進(jìn),源自德國的“工業(yè)4.0”、“中國制造2025”等新發(fā)展理念應(yīng)運而生,對工業(yè)生產(chǎn)中的能源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)、污染防控提出了更為嚴(yán)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(yán)格的法規(guī),柴油發(fā)動機(jī)領(lǐng)域面臨巨大的沖擊和壓力。因此,提高柴油發(fā)動機(jī)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(jī)制造過程中的重中之重。作為柴油發(fā)動機(jī)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(yán)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(jī)加工過程中的刀具磨損現(xiàn)象十分嚴(yán)重。因此,分析曲軸加工過程中的刀具磨損失效機(jī)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(jìn)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(yù)測模型;對曲軸生產(chǎn)線上刀具的失效模式和失效機(jī)理進(jìn)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(jì)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(kuò)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(kuò)散實驗,實驗結(jié)果表明,元素的擴(kuò)散距離與溫度呈正相關(guān)關(guān)系,Ti元素的擴(kuò)散程度比Fe元素劇烈,TiN-TiCN-TiN-Al2O3-TiN涂層的擴(kuò)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(kuò)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(yù)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(jìn)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(luò)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(yù)測模型,驗證結(jié)果表明該模型具有極高的預(yù)測準(zhǔn)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(jī)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(jī)理以擴(kuò)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(jìn)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(yù)測模型,分析了曲軸加工線上刀具的失效模式和機(jī)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(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(biāo)和發(fā)展導(dǎo)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(jī)的發(fā)展形成了不可阻擋逡逑的趨勢［２］。柴油發(fā)動機(jī)（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