【摘要】：EA4T因具有較高的強(qiáng)度、韌性和抗疲勞強(qiáng)度，是高速空心車軸廣泛采用的一種材料。目前高鐵、地鐵和動(dòng)車組等高速列車在我國(guó)及全球范圍蓬勃發(fā)展，對(duì)高品質(zhì)空心車軸的需求劇增�？招能囕S深孔加工的質(zhì)量和效率很大程度上決定了車軸的生產(chǎn)效率和加工成本。EA4T的高效深孔鉆削技術(shù)及相關(guān)鉆削理論的研究受到了業(yè)界足夠地重視。本文以TiN涂層硬質(zhì)合金B(yǎng)TA深孔鉆鉆削EA4T車軸工藝為研究對(duì)象，從深孔鉆削模型及鉆削力、深孔切屑形態(tài)學(xué)及刀具磨損等方面開(kāi)展相關(guān)研究，主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下： （1）深孔鉆削模型及鉆削力的研究。建立深孔BTA鉆削模型，分析了考慮切削彎矩、刀具鈍圓半徑和刀具磨損等的正交鉆削模型，進(jìn)行了切削力及相關(guān)參量的理論計(jì)算。研究了錯(cuò)齒BTA鉆的總體受力，根據(jù)靜力學(xué)平衡原理，結(jié)合微刃力學(xué)分析切削模型，建立了考慮工件材料耦合刀具結(jié)構(gòu)、切削用量及刀具磨損等多參量影響的鉆削力及轉(zhuǎn)矩的基本方程，并進(jìn)行了仿真及試驗(yàn)研究。 （2）深孔切屑形態(tài)學(xué)的研究。為了構(gòu)建深孔切屑形態(tài)學(xué)的基本評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，反映深孔切屑的形態(tài)特征、變形特征和斷屑特征。本文通過(guò)EA4T、40CrMoA深孔鉆削試驗(yàn)，研究鉆削條件對(duì)深孔切屑形態(tài)的影響規(guī)律；用切屑寬度、切屑長(zhǎng)度及曲率半徑等指標(biāo)，可準(zhǔn)確區(qū)分切屑的來(lái)源；用切屑?jí)嚎s比、切屑斷屑率、切屑的容屑系數(shù)和切屑曲率半徑等指標(biāo)定量的評(píng)價(jià)切屑形態(tài)與鉆削條件的基本規(guī)律，初步建立了深孔切屑形態(tài)學(xué)的基本評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。推導(dǎo)了切屑?jí)嚎s率、切屑斷屑率、切屑容屑系數(shù)和切屑曲率半徑等與切削用量之間的關(guān)系。依據(jù)最大應(yīng)變理論，研究了切屑折斷的條件，建立了基于深孔切屑形態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的斷屑條件。最后依據(jù)切屑斷屑率指標(biāo)提出EA4T深孔加工的最佳鉆削條件。分析了影響斷屑的因素，闡述了深孔鉆削中切屑的控制方法，在工件材料和刀具參數(shù)一定的情況下，匹配合理的切削速度和進(jìn)給量是保證理想切屑形態(tài)的關(guān)鍵因素。 （3）BTA鉆頭磨損特征及磨損機(jī)理的研究�；跀U(kuò)散理論和層剝理論，通過(guò)深孔鉆削EA4T的刀具磨損試驗(yàn)，分析了錯(cuò)齒BTA鉆和單齒BTA鉆的磨損特征，研究了錯(cuò)齒BTA鉆三個(gè)刀齒的磨損形態(tài)特征及磨損機(jī)理。邊齒、中間齒和中心齒的的磨損特征為：邊齒后刀面以帶狀磨損和邊界磨損為主，前刀面以啃洼磨損為主要特征，刀具的失效以刀尖處涂層剝落、崩刃為主；中間齒的典型磨損特征是積屑瘤，粘結(jié)磨損突出；中心齒以邊界磨損為主，特別是刀尖處由于存在零速切削出現(xiàn)劇烈的邊界磨損，甚至出現(xiàn)碎裂、崩刃和脆斷等刀具失效特征。 對(duì)刀具前、后刀面的磨損部位用掃描電鏡和能譜進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，中心齒、邊齒和中間齒的前刀面上都出現(xiàn)了啃洼磨損形態(tài)；啃洼部位元素?cái)U(kuò)散活躍，磨損機(jī)理是以擴(kuò)散為主，粘結(jié)和磨粒磨損同時(shí)起作用的結(jié)果，，磨損較嚴(yán)重，而位于兩側(cè)啃洼的中間部位則是以粘結(jié)磨損為主；后刀面磨損帶主要出現(xiàn)的是粘結(jié)磨損、磨粒磨損和微崩刃；刀尖部位的邊緣磨損嚴(yán)重，三個(gè)刀齒的刀尖均出現(xiàn)了嚴(yán)重的破損，導(dǎo)致刀具的失效。 （4）TiN涂層BTA鉆頭分段磨損研究。TiN涂層存在時(shí)是BTA鉆頭第一磨損階段，是刀具的主要工作階段，磨損原因是Ti和N元素的擴(kuò)散流失；TiN涂層消失后是BTA鉆頭第二磨損階段，刀具磨損劇烈，會(huì)在短期內(nèi)造成刀具失效，主要磨損原因是硬質(zhì)合金刀具基體與工件之間的擴(kuò)散磨損和粘結(jié)磨損共同作用的結(jié)果。通過(guò)不同切削條件對(duì)刀具磨損的試驗(yàn)研究得到：①切削速度比進(jìn)給量對(duì)刀具磨損的影響更顯著；②單齒BTA鉆比錯(cuò)齒BTA鉆的刀具磨損及破損更嚴(yán)重，刀具切削穩(wěn)定性差；③TiN涂層可顯著的提高刀具的耐用度。通過(guò)對(duì)刀具磨損率的理論研究，建立了不同溫度范圍刀具磨損率預(yù)測(cè)模型。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG52

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2443239