本文關(guān)鍵詞：硬態(tài)車削淬硬鋼切屑形成機理及表面完整性研究

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【摘要】：硬態(tài)車削也稱“以車代磨”,是指把淬硬鋼的車削作為最終精加工工序的工藝方法。一般情況下,淬硬鋼工件的粗加工是在淬火前進行的,淬火后進行磨削精加工。但磨削加工成本高、效率低。隨著高硬刀具材料和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,可以采用PCBN刀具、陶瓷刀具或新型硬質(zhì)合金刀具在車床或車削加工中心對淬硬鋼進行車削,其加工質(zhì)量也可以達到精磨的水平。本文針對硬態(tài)車削典型淬硬模具鋼H13和Cr12MoV材料,采用仿真-理論和實驗相結(jié)合方法,借助有限元軟件Advantedge FEM和微觀形貌檢測手段,系統(tǒng)研究了硬態(tài)車削切屑形成機理及其加工表面完整性,為優(yōu)化切削參數(shù)、提高刀具壽命和模具鋼表面質(zhì)量提供了理論支撐。本文選用的陶瓷刀具(Si_3N_4)進行硬態(tài)車削過程仿真,分析不同切削參數(shù)對切屑形態(tài),切削力和切削溫度的影響規(guī)律,基于對車削過程中的應(yīng)變、應(yīng)變率、最大剪應(yīng)力以及切削力的分析,深入研究了硬態(tài)車削切屑形成機理,明確了形成鋸齒狀切屑的切削參數(shù)與條件;借助切屑最大厚度及其鋸齒形切屑連續(xù)部分的高度參數(shù),對切屑鋸齒化程度進行了定量表征,闡明了鋸齒狀切屑的形成機理,研究了各切削參數(shù)(切削速度v,進給量f,背吃刀量ap)對切屑鋸齒化程度的影響規(guī)律;通過有限元仿真分析了硬態(tài)車削切屑的形成過程,通過分析切削過程中的應(yīng)變率云圖,對切屑過程中切屑的變形過程進行了研究。本文中通過硬態(tài)車削實驗,驗證了有限元仿真的可靠性,采用超景深顯微鏡觀察了硬態(tài)車削中切屑的微觀形貌,對硬態(tài)車削切屑形成的微觀機理進行了分析;鋸齒狀切屑的產(chǎn)生是由于材料發(fā)生了塑性失穩(wěn)。對已加工表面進行表面完整性的研究,對硬態(tài)車削表面殘余應(yīng)力進行了仿真研究,比較了車削H13鋼和Cr12MoV鋼表面殘余應(yīng)力的分布及應(yīng)力大小,得到了不同切削速度、進給量和背吃刀量對殘余應(yīng)力的影響規(guī)律:其中進給量對切屑形態(tài)影響最大,切削速度次之。對殘余應(yīng)力影響最大的是材料自身的性能,切削參數(shù)中進給量對殘余應(yīng)力的影響最大,測量了表面粗糙度值和表面硬度,觀察了表面微觀形貌,研究分析了切削速度,進給量,背吃刀量對表面完整性的影響規(guī)律。
【關(guān)鍵詞】：硬態(tài)車削 淬硬鋼 切屑形成 有限元模擬 表面完整性
【學(xué)位授予單位】：濟南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG51
【目錄】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 研究目的和意義11-12
• 1.2 切屑形成機理12-14
• 1.2.1 硬態(tài)車削切屑形態(tài)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 硬態(tài)車削切屑形成機理研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 硬態(tài)車削已加工表面完整性的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 表面粗糙度14-15
• 1.3.2 殘余應(yīng)力15-16
• 1.3.3 白層與表面硬度16-17
• 1.4 有限元法在硬態(tài)車削中的應(yīng)用17-18
• 1.5 課題的提出及主要研究內(nèi)容18-21
• 1.5.1 存在的問題及課題的提出18
• 1.5.2 課題的研究內(nèi)容18-21
• 第二章 車削切屑形成過程模擬及機理分析21-39
• 2.1 硬態(tài)車削有限元模型的建立21-24
• 2.1.1 有限元模擬的關(guān)鍵技術(shù)21-23
• 2.1.2 幾何模型的建立23-24
• 2.2 模具鋼車削切屑形成特征及模擬24-26
• 2.2.1 研究材料的性能特征24-25
• 2.2.2 切屑形態(tài)分類25
• 2.2.3 硬態(tài)車削切屑的形成過程模擬25-26
• 2.3 車削參數(shù)對切屑形態(tài)的影響分析26-30
• 2.3.1 切削速度對切屑形態(tài)的影響26-28
• 2.3.2 進給量對切屑形態(tài)的影響28-29
• 2.3.3 背吃刀量對切屑形態(tài)的影響29-30
• 2.4 硬態(tài)車削切屑形成機理分析30-36
• 2.4.1 切屑形態(tài)的幾何表征31-32
• 2.4.2 鋸齒化程度的定量模型32-34
• 2.4.3 鋸齒狀切屑的切削力分析34-35
• 2.4.4 鋸齒狀切屑的應(yīng)力應(yīng)變分析35-36
• 2.5 工藝參數(shù)優(yōu)化方案確定36-37
• 2.6 本章小結(jié)37-39
• 第三章 硬態(tài)車削切屑形成機理的實驗研究39-51
• 3.1 車削實驗方案39-41
• 3.1.1 實驗工件的設(shè)計39
• 3.1.2 半精加工與精加工參數(shù)的確定39-40
• 3.1.3 實驗刀具的選擇40-41
• 3.2 切屑形態(tài)實驗分析41-42
• 3.2.1 切屑試樣的制備41
• 3.2.2 切屑形態(tài)微觀微觀實驗檢測41-42
• 3.3 車削用量對切屑形態(tài)特征的影響研究42-49
• 3.3.1 切削速度對切屑形態(tài)的影響規(guī)律42-46
• 3.3.2 進給量對切屑形態(tài)的影響規(guī)律46-47
• 3.3.3 背吃刀量對切屑形態(tài)的影響規(guī)律47-49
• 3.4 實驗與數(shù)值模擬的對比分析49-50
• 3.4.1 鋸齒化程度的對比驗證49
• 3.4.2 切屑上卷半徑的對比驗證49-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第四章 硬態(tài)車削表面完整性的實驗研究51-67
• 4.1 表面三維組織形貌檢測51-55
• 4.1.1 表面粗糙度的研究51-53
• 4.1.2 已加工表面微觀形貌53-55
• 4.2 加工表層殘余應(yīng)力模擬與分析55-59
• 4.2.1 加工表層殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機理55-56
• 4.2.2 影響加工表層殘余應(yīng)力的主要影響因素56-59
• 4.3 已加工表面加工硬化研究59-64
• 4.3.1 微觀檢測試樣的制備59-60
• 4.3.2 切削速度對表面硬度的影響60-62
• 4.3.3 進給量對表面硬度的影響62
• 4.3.4 背吃刀量對表面硬度的影響62-64
• 4.4 硬態(tài)車削切屑形態(tài)表征量與表面完整性的關(guān)系64-65
• 4.4.1 切屑宏觀形態(tài)與表面完整性的關(guān)系64-65
• 4.4.2 切屑微觀形態(tài)與表面完整性的關(guān)系65
• 4.5 本章小結(jié)65-67
• 第五章 結(jié)論與展望67-69
• 5.1 結(jié)論67-68
• 5.2 創(chuàng)新點68
• 5.3 展望68-69
• 參考文獻69-75
• 致謝75-77
• 附錄77

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本文編號：965758