本文關(guān)鍵詞：金屬模具表面高效低成本的精密加工新技術(shù)研究

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【摘要】：本文研究了一個(gè)高效、低成本的金屬模具加工工藝,提出了電脈沖輔助金屬切削加工技術(shù),并通過(guò)電脈沖和超聲外場(chǎng)耦合處理金屬表面,制備出納米梯度層以提高表面機(jī)械性能,初步討論了電脈沖加速晶粒細(xì)化提高金屬塑性的作用機(jī)制。首先,介紹了一種切削加工性能改良的新型模架專用鋼XGY55C。通過(guò)對(duì)切削溫度,切削力和刀具磨損三個(gè)方面的研究,分析比較了新型模架鋼XGY55C與傳統(tǒng)模架鋼S50C的切削加工性能。研究表明新型模架鋼切削時(shí)切屑表面最高溫度值較低,主切削力較小,因而刀具磨損小,具有更優(yōu)的切削加工性能,可以為模具行業(yè)提供一種更優(yōu)的鋼材選擇。其次,研究了電脈沖作為一種提高材料加工性能的新方法被引入到調(diào)質(zhì)45鋼的切削加工中。電脈沖對(duì)切削性能、顯微結(jié)構(gòu)演變和表面質(zhì)量等方面的影響進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明電脈沖對(duì)切削過(guò)程有明顯的改善作用,分為以下三個(gè)方面:(1)急劇地減小了主切削力、被加工樣品表面硬度和表面粗糙度;(2)提高了加工效率,延長(zhǎng)了刀具使用壽命;(3)減小了切削過(guò)程中由加工硬化造成的流變硬化層的厚度。隨著電流密度的增加,切屑明顯增長(zhǎng),切屑形貌和顯微組織也不斷改善。電脈沖不僅可以提高塑性變形能力,還能增加樣品與刀具之間的潤(rùn)滑性能。最后,研究了高能電脈沖與超聲耦合處理調(diào)質(zhì)45鋼對(duì)其表面性能和顯微組織演變的影響。通過(guò)與超聲表面處理相比,聲電耦合表面處理可以得到更細(xì)小的顯微結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明表面強(qiáng)化層的厚度為700μm,增加了40%。表面納米層的晶粒尺寸減小到30~50nm。調(diào)質(zhì)45鋼的表面粗糙度減至0.25μm,表面硬度大幅提高到460HV。室溫下顯微結(jié)構(gòu)和表面硬度的提升,主要是由于在電脈沖作用下表面強(qiáng)化層內(nèi)的原子加速擴(kuò)散,提高了表層塑性變形的能力。正是由于電脈沖輔助超聲強(qiáng)化表面作用,表面納米化進(jìn)程才能得以更快更顯著。
【關(guān)鍵詞】：聲電耦合表面處理 電切削 微觀組織演變 表面納米化
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG506;TG174.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 引言8-18
• 1.1 模架鋼發(fā)展現(xiàn)狀8-9
• 1.2 金屬表面加工技術(shù)概述9-13
• 1.2.1 表面加工9-10
• 1.2.2 表面改性10-11
• 1.2.3 表面納米化11-13
• 1.3 電脈沖在金屬加工中的應(yīng)用13-15
• 1.3.1 電致塑性13
• 1.3.2 電脈沖對(duì)材料性能的影響13-14
• 1.3.3 電脈沖對(duì)金屬切削性能的影響14-15
• 1.4 超聲表面強(qiáng)化在金屬加工中的應(yīng)用15-16
• 1.4.1 超聲處理表面技術(shù)15
• 1.4.2 超聲處理表面技術(shù)的優(yōu)劣15-16
• 1.5 選題意義與研究?jī)?nèi)容16-18
• 1.5.1 選題意義16-17
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容17-18
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容18-27
• 2.1 研究思路18-19
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備19-22
• 2.2.1 新型模架鋼測(cè)試切削性能實(shí)驗(yàn)設(shè)備19
• 2.2.2 電脈沖輔助金屬切削加工實(shí)驗(yàn)設(shè)備19-21
• 2.2.3 聲電耦合外場(chǎng)加工金屬表面實(shí)驗(yàn)設(shè)備21-22
• 2.3 實(shí)驗(yàn)材料22-23
• 2.3.1 模架鋼切削實(shí)驗(yàn)材料22-23
• 2.3.2 電切削與聲電耦合表面加工實(shí)驗(yàn)材料23
• 2.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法23-25
• 2.4.1 模架鋼切削性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)23
• 2.4.2 電脈沖輔助金屬切削實(shí)驗(yàn)23-24
• 2.4.3 聲電耦合處理金屬表面實(shí)驗(yàn)24-25
• 2.5 實(shí)驗(yàn)表征25-27
• 2.5.1 刀具磨損25-26
• 2.5.2 表面形貌和顯微組織表征26-27
• 第3章 新型易切削模架專用鋼加工性能的研究27-37
• 3.1 力學(xué)與熱學(xué)性能27-29
• 3.2 金相組織和硫化物29-30
• 3.3 加工過(guò)程主切削力和產(chǎn)生的切屑30-33
• 3.4 刀具加工區(qū)切削最高溫度33-34
• 3.5 刀具壽命和磨損34-36
• 3.6 本章總結(jié)36-37
• 第4章 電脈沖對(duì)切削金屬過(guò)程的影響37-51
• 4.1 電切削 20Cr對(duì)其表面粗糙度的影響37-38
• 4.2 脈沖頻率和電流密度對(duì)切削力的影響38-41
• 4.3 加工后表面粗糙度和切屑表面最高溫度41-44
• 4.4 切削后表面質(zhì)量和表層顯微結(jié)構(gòu)44-47
• 4.5 切屑形貌和組織的變化47-48
• 4.6 電脈沖作用機(jī)理分析48-49
• 4.7 本章總結(jié)49-51
• 第5章 聲電耦合處理金屬表面對(duì)其性能的影響51-64
• 5.1 表面形貌51-54
• 5.2 表層硬度梯度54-56
• 5.3 表層顯微組織56-60
• 5.4 表層晶粒尺寸和應(yīng)力分布60-62
• 5.5 本章總結(jié)62-64
• 第6章 結(jié)論64-65
• 參考文獻(xiàn)65-71
• 致謝71-73
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果73

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本文編號(hào)：764747