發(fā)布時間：2017-10-03 17:23

  本文關鍵詞：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技術的發(fā)展,可以采用PCBN刀具、陶瓷刀具或新型硬質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變、應變率、最大剪應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)車削表面殘余應力進行了仿真研究,比較了車削H13鋼和Cr12MoV鋼表面殘余應力的分布及應力大小,得到了不同切削速度、進給量和背吃刀量對殘余應力的影響規(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
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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)車削中的應用17-18
• 1.5 課題的提出及主要研究內容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 有限元模擬的關鍵技術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 鋸齒狀切屑的應力應變分析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 加工表層殘余應力模擬與分析55-59
• 4.2.1 加工表層殘余應力的產生機理55-56
• 4.2.2 影響加工表層殘余應力的主要影響因素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系64-65
• 4.4.1 切屑宏觀形態(tài)與表面完整性的關系64-65
• 4.4.2 切屑微觀形態(tài)與表面完整性的關系65
• 4.5 本章小結65-67
• 第五章 結論與展望67-69
• 5.1 結論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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