一、高强度淬硬钢的切削加工(论文文献综述)
孔祥成,李国和,何朕,孙勇[1](2021)在《45钢高速切削加工切削变形和切削力研究进展》文中研究表明45钢具有较高的强度和良好的切削加工性,淬火后硬度和耐磨性较高,被广泛用于齿轮、轴和活塞销等零件制造。国内外学者采用实验研究、理论建模和有限元模拟方法对45钢高速切削加工开展了大量的研究工作,有力推动了高速切削加工技术的理论研究和应用推广。本文重点总结了45钢高速切削加工中的切削变形和切削力方面研究进展,分析讨论了目前研究中存在的问题,并指出了未来发展方向。
王志敏[2](2021)在《20CrMnTi淬硬钢硬态切削与表面完整性研究》文中研究表明20CrMnTi淬硬钢因其优良的综合性能被广泛应用于工程机械和汽车领域的传动件中。针对20CrMnTi淬硬钢在工程应用中存在的刀具磨损快、表面质量难以控制等问题,依据金属切削理论,采用试验与有限元分析相结合的方法,开展了以下研究:刀-屑接触区特性影响着整个加工过程,为了更好的研究硬态切削规律,探究材料摩擦因数、质量热容和热导率随着温度的升高所呈现的动态变化规律。基于摩擦理论,采用圆锥台-圆盘摩擦试验构建了关于温度的摩擦因数表达式。借助热物理试验,建立了质量热容、热导率随温度变化的经验模型。基于均匀性假设和一维应力波假设,通过不同应变速率和不同温度(20℃到800℃)下的霍普金森压杆试验,对20CrMnTi淬硬钢进行了应力-应变、应变速率敏感性和温度敏感性综合分析,探讨了该材料的动态力学行为,结果发现其是一种对应变速率和温度双敏感性材料。通过数据拟合建立了该材料精度较好的J-C(Johnson-Cook)本构模型。根据三维向二维转换假设、切削过程假设,利用Advant Edge建立直角切削20CrMnTi淬硬钢的有限元模型。通过直角切削试验,验证了有限元模型的有效性。进一步分析了不同切削参数对切削力、切削温度的影响。研究了切削工艺参数对表面完整性评价指标(残余应力、表面粗糙度、白层)的影响。对残余应力进行有限元分析,研究其不同工况下的分布规律;采用白光干涉仪对表面形貌进行观测,获得表面粗糙度;利用场发射扫描电镜对白层进行研究。探讨了切削用量对表面完整性的影响。基于上述建立了硬态切削有限元模型,分析了不同切削工况对各评价加工质量指标的影响,为难加工材料的绿色切削工艺和最佳切削参数研究提供技术支持,研究成果可广泛应用到机械制造领域。
云昊[3](2021)在《废硬质合金刀片切削性能再生及其清洁回收工艺研究》文中研究指明硬质合金刀具的用量随着制造业的飞速发展越来越大,钨、钴资源作为制造硬质合金的重要原材料储量有限且不可再生。面对硬质合金材料的大量消耗和原材料不足的矛盾,废硬质合金刀具的价值逐渐受到重视。开展硬质合金材料的循环利用研究,最大限度的利用钨、钴资源,是可持续发展的必然要求。硬质合金原材料再生周期长,回收料与新品质量差距较大,因此,废硬质合金不建议直接回收钨和钴再生利用。本文以废硬质合金刀片切削性能再生及其清洁回收工艺为研究对象,针对切削性能可再生的废硬质合金刀片,通过改制或焊接修复实现其高效、高质量利用;设计并制备梯度PCBN刀头材料用于焊接修复废硬质合金刀片,进一步提升其再生切削性能。废硬质合金刀片切削性能无法再生,通过回收基体材料中的有价物质再生利用。此时由于大部分的刀片都具有涂层,涂层与硬质合金成分差别较大,为了提高再生料的质量,必须将涂层去除,由此本文又提出了激光-水射流复合加工去除涂层工艺,提高基体的回收质量和再生料的纯净度。废硬质合金刀片的再利用应首先对其回收质量进行评估,切削性能可再生的废硬质合金刀片经过改制或焊接修复重新用于切削加工。建立BP神经网络用于改制刀片剩余寿命评估,发现BP神经网络预测模型的最大相对误差在10%以内,能够较好的评估改制刀片的剩余寿命;在合理的加工方式及工艺参数条件下,改制刀片的剩余寿命为1000-1500m,表明刀片改制是一种高效、合理利用废硬质合金刀片的方式,能够有效延长刀片的总使用寿命,提高废硬质合金刀片的回收效率。利用焊接修复使废硬质合金刀片切削性能再生,提出了切削性能再生的技术性、经济性和绿色性评价方法,并结合连续切削淬硬钢和断续切削球墨铸铁试验验证评价方法的可行性。结果表明:初步利用均质PCBN 刀头材料焊接修复废硬质合金刀片,不仅刀片的再生切削性能优于原涂层硬质合金刀片,而且降低了刀具的使用成本和回收过程的资源和能源消耗,更符合可持续利用的要求。分析均质PCBN刀头材料连续切削淬硬钢和断续切削球墨铸铁的失效形式,以提高均质PCBN材料强度、耐磨性和抗热震性为目标,将梯度结构引入PCBN材料。通过工件与刀具之间的物化相容性分析确定了梯度PCBN刀头材料体系:基体相为CBN,粘结相为TiC、Al和Co。建立了三层梯度PCBN刀头材料的宏观结构模型,利用有限元仿真分析层厚比和层间组分对残余应力分布的影响,并据此优化梯度结构。针对断续切削对刀具材料韧性的要求,通过仿真分析对比梯度和均质PCBN刀头材料的抗机械冲击能力;针对连续切削对刀具材料耐磨性的要求,通过仿真分析均质和梯度PCBN刀头材料连续切削淬硬钢的切削合力和切削热。结果表明:梯度PCBN刀头材料形成了以径向应力为主的残余应力,表层为压应力,中间层为拉应力,适当的增大层间组分梯度、减小层厚比能形成更有利的残余应力分布形式,提升梯度PCBN刀头材料的力学性能。在相同的冲击条件下,梯度PCBN刀头材料具有较好的抗机械冲击的能力;连续切削淬硬钢,梯度PCBN刀头材料切削性能较优,切削合力较小、切削温度较低。根据梯度PCBN刀头材料的设计方案,采用粉末分层铺填和高温高压烧结技术制备梯度PCBN刀头材料,通过优化梯度结构、层间组分和烧结工艺以达到力学性能最优。结果表明:层间组分为C1/C4/Cl,层厚比为0.3,烧结温度为1500℃,保温时间为10 min,梯度PCBN刀头材料的力学性能最优。与均质PCBN 刀头材料,梯度PCBN 刀头材料抗弯强度和硬度分别提高13%和14%。对烧结温度进行优化,发现材料组分中的Al和Co可以与CBN发生化学反应,烧结温度低于1450℃,反应产物为AlN和Co2B;烧结温度高于1450℃时,反应产物中的AlN逐渐向AlB2转化,Co2B含量基本不变,烧结温度达到1550℃时,Al的化合物只存在AlB2,而产物AlB2对材料力学性能存在不利影响。因此,梯度PCBN刀头材料的烧结需要合理控制烧结温度,抑制不利于材料性能产物的生成。对比裂纹在均质和梯度PCBN刀头材料层间的扩展形式,发现梯度材料的裂纹扩展在局部会产生更多的偏转,材料断裂时消耗更多的能量;对比裂纹在两种材料表层的扩展形式,发现均质材料裂纹扩展路径较为平直,裂纹扩展形式以穿晶为主;梯度材料裂纹在扩展路径中发生明显的偏转和桥联,裂纹扩展形式同时包含了穿晶和沿晶,表明梯度PCBN刀头材料的韧性较优。梯度PCBN刀头材料的强韧化机理从两个方面进行分析:梯度PCBN刀头材料层间热膨胀系数失配,在表层形成残余压应力;混合粒径烧结的梯度PCBN刀头材料,小粒径CBN颗粒具有“钉扎”强化的作用。对比均质和梯度PCBN刀头材料连续切削淬硬钢和断续切削球墨铸铁的性能,发现焊接式梯度PCBN 刀片切削性能较优,其刀具寿命相比焊接式均质PCBN刀片分别提升约31.4%和14.7%。废硬质合金刀片切削性能无法再生时,只能回收基体中的有价物质再生利用。本文重点研究废涂层硬质合金的清洁再生方法,提出了激光-水射流复合加工去除涂层工艺,建立了激光-水射流复合加工能效模型优化工艺参数,利用遗传算法求解能效模型。结合试验对比单目标与多目标工艺参数优化,发现利用能效模型优化工艺参数是在保证加工效率的前提下实现了能耗的最小化。对比高温氧化+球磨的传统涂层去除工艺,激光-水射流复合加工去除涂层精度较高,对基体的损伤较小,能够完全去除涂层,达到了基体材料清洁、高质量回收的目的;而高温氧化+球磨去除涂层对基体的损伤较大,损失了部分有价物质,并且存在涂层残留,基体回收质量较低。
孙哲飞[4](2021)在《石墨烯/氧化铝基陶瓷刀具研制与性能研究》文中研究指明氧化铝基陶瓷刀具材料具有硬度高、化学稳定性好、耐热性和耐磨性好等优点,因此在高速干切削加工领域具有不可比拟的优势。但是,脆性高是氧化铝基陶瓷刀具的主要短板,这也限制了其在高速切削加工领域的进一步应用。自石墨烯(Graphene)被用透明胶带法分离出来以来,其优异的热力学性能为强韧化陶瓷刀具材料提供了新的方法。另一方面,计算机模拟技术的迅猛发展,为陶瓷刀具性能预报和快速研制提供了新的技术支持。本文提出了一种石墨烯在陶瓷刀具材料三维微观结构中的表征方法,基于Python构建了 Al2O3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料微观结构性能预报模型。在ABAQUS软件中进行了 Al2O3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料力学性能分析,研究了不同因素对Al2O3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料力学性能的影响规律,TiN和Graphene的添加很好地提高了陶瓷刀具材料的力学性能。在ABAQUS有限元仿真中,当对Al2O3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料微观结构模型进行力学性能预报时,观察到裂纹扩展模式与实验观察到而的现象基本相符,这证明了所构建的Al2O3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料微观结构模型的有效性。基于Al2O3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料微观结构预报模型结果,采用实验的方法对Al2O3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料进行制备,然后测量了 Al2O3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料力学性能。测试结果与有限元模拟结果基本相符,这也验证了提出的微观结构性能预报模型的有效性。通过SEM和EDS对陶瓷刀具材料断面进行了观察和元素分析。结果表明:TiN和Graphene可以均匀地分布在陶瓷基体中。分别用自制陶瓷刀具ATG和商用刀具SG4进行了干切削淬硬钢T10A的车削试验。分析了不同情况下切削用量三要素对切屑、切削力、淬硬钢T10A表面粗糙度等的作用,通过SEM观察陶瓷刀具材料的磨损形貌。结果表明:较高的切削速度可以得到较好的表面粗糙度,刀具ATG的刀具寿命在高速下优于刀具刀具SG4。研究了不同陶瓷刀具的摩擦磨损性能,对自制刀具和商用刀具进行对比发现:自制刀具和商用刀具的摩擦系数随着载荷或者摩擦速度的增加呈现下降的趋势,且自制刀具的摩擦磨损性能优于商用刀具。
薛明明[5](2021)在《涂层PCBN刀具切削淬硬钢磨损研究》文中研究指明淬硬钢广泛应用于轴承、汽车、模具行业,但其硬度和强度高,切削加工性较差,属于典型的难加工材料。PCBN刀具有较高的硬度和耐磨性,良好的热稳定性和化学稳定性等综合性能,已成为淬硬钢材料切削的常选刀具材料。然而,加工过程中的高热载荷和机械载荷会导致PCBN刀具寿命降低,涂层PCBN刀具在加工淬硬钢方面可有效解决寿命低的问题。对涂层PCBN刀具切削淬硬钢的磨损进行深入研究具有重要的理论意义和工程实践价值。本文主要工作如下:(1)优选适合加工淬硬钢的涂层PCBN刀具及其合理的切削速度范围。采用涂层PCBN刀具(BNC2010、BNC2020)和非涂层PCBN刀具(BN2000)进行切削试验,结果表明:BNC2010刀具寿命相比于未涂层的BN2000刀具提升约30%,而BNC2020刀具与未涂层的BN2000相比刀具寿命差别不大,因此BNC2010可做为切削淬硬钢的首选刀具材料。采用BNC2010刀具在不同切削速度下对切削力、表面粗糙度、切削效率的影响进行综合研究,优选出切削速度范围为103-125m/min。(2)借助高清光学显微镜对刀具磨损过程进行研究。结果表明:BNC2010刀具月牙洼磨损速率明显低于BNC2020刀具,BNC2010刀具的磨损值明显小于未涂层BN2000刀具;切削速度超过125m/min时,三种刀具月牙洼边界均出现贝壳状的刀具材料剥落,但BNC2010刀具出现剥落出现的时间较晚;在低速下后刀面磨损值近似成比例增加,但在高速下后刀面磨损到一定程度后磨损速率有加快的趋势;BNC2010刀具后刀面磨损值在切削一定时间后明显低于另外两种刀具。(3)借助SEM扫描电镜和能谱分析仪对刀具微观磨损形貌和磨损机理研究。结果表明:三种刀具均发生了硬质点磨损、粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损;BNC2010刀具粘结磨损和氧化磨损相对较轻;BNC2020刀具粘结磨损和氧化磨损相对严重,高速下硬质点磨损加剧;随着切削速度的增大,粘结磨损和氧化磨损的程度加重,在超过125m/min时尤其明显。(4)利用DEFORM-3D软件对刀具进行切削温度有限元仿真研究。仿真结果表明:涂层PCBN刀具的切削温度低于未涂层的PCBN刀具,而带有Ti Al N涂层的PCBN刀具切削温度低于带有Ti CN涂层的PCBN刀具,表明涂层可以有效降低PCBN刀具的切削温度,减缓刀具磨损。
赵金富[6](2021)在《TiAlN刀具涂层对刀-屑热量分配及切削温度影响规律的研究》文中指出切削刀具被誉为工业制造的“牙齿”,涂层刀具可视为有“牙冠保护的牙齿”,加工过程中刀具涂层避免工件材料与刀具基体直接接触,保护刀具基体。刀具涂层影响切削热量的产生与分配,阻碍热量进入刀具体,降低刀具基体温度,存在热障效果,从而影响切削热传导与切削温度。刀具涂层厚度、结构、组分等均影响涂层材料的热物理性能,进而影响切削热量分配与切削温度。本文以刀具涂层对刀-屑热量分配与切削温度的影响机理为研究主线,揭示刀具涂层厚度、组分与热物理性能对涂层刀具热传导的影响规律,以TiAlN涂层刀具加工GH4169为研究对象,通过材料性能表征、传热和切削理论分析、切削实验与模拟热传导实验观测对涂层刀具切削温度进行研究。通过揭示刀具涂层对刀-屑热量分配与切削温度的影响机理,指导涂层刀具设计和优选以降低切削温度。首先,分析刀具涂层导热系数的影响因素及其作用机理。用PVD-直流电弧法制备TiAlN刀具涂层,并测试其导热系数,基于测量结果与扩展不可逆热力学理论,阐述刀具涂层导热系数的温度效应与尺度效应,揭示TiAlN刀具涂层中Al组分含量对涂层导热系数的影响规律。研究表明:PVD Ti0.55Al0.45N涂层导热系数在25~500℃范围内随温度增加呈二次函数形式增长;数纳米厚度的TiAlN刀具涂层与其导热系数之间存在尺度效应,当TiAlN涂层厚度达到几十纳米-微米时,其导热系数的尺度效应可以忽略;不同Al组分含量的Ti1-xAlxN涂层晶体结构不同导致了涂层导热系数的差异,随着Al组分含量增加Ti1-xAlxN涂层导热系数减少,减至最小值后随着Al组分含量增加而增大,当Al/Ti原子比值为0.72时导热系数最小为 4.6W/(m·K)。其次,研究涂层刀具刀-屑热量分配规律。提出刀-屑接触微元体概念,建立涂层刀具时变刀-屑热量分配预测模型,阐明刀-屑热量分配系数的时变效应,以硬质合金涂层刀具连续车削与断续铣削镍基高温合金GH4169为例,揭示刀具涂层厚度、刀具涂层、刀具基体和工件热物理性能、断续铣削加工速度对于刀-屑热量分配的耦合影响机制,搭建双色测温装置测试切削温度验证了涂层刀具时变刀-屑热量分配模型的有效性。研究表明:在刀-屑初始接触时由于持续时间短,刀-屑热量的分配系数小,随着刀-屑接触时间延长,刀-屑热量的分配系数增加并逐渐趋于稳定;刀-屑初始接触时较厚刀具涂层可显着降低刀-屑热量的分配系数,随着刀-屑接触时间增加涂层厚度对于刀-屑热量的分配系数的影响逐渐减弱;具有更低导热系数和更高导温系数的刀具涂层与基体加工GH4169时刀-屑热量分配系数更大。然后,揭示刀具涂层的热障作用机理。建立单侧恒定温度的刀具涂层热障解析模型,分析加工过程中刀具涂层热障作用存在条件和持续时间,阐明随温度变化的刀具涂层与刀具基体的热物理性能对刀具涂层热障作用的影响机制。搭建恒温热传导模刀试验装置确定了从瞬态至稳态热传导所需时间,验证了刀具涂层热障解析模型的准确性。研究表明:刀具涂层显着热障作用时间范围在几-几十毫秒内;TiAlN刀具涂层引起的温度下降梯度随着刀具前刀面温度的增加而线性增加,在高温下刀具涂层的热障效果更显着;刀具基体的热物理性能影响刀具涂层热障作用。较低的涂层导热系数、较高的刀具基体导热系数和较低的刀具基体导温系数可增强刀具涂层的热障作用效果。最后,研究涂层刀具切削温度分布及其影响因素的作用机制。建立涂层刀具前刀面施加时变热源的瞬态与稳态切削热传导模型,阐述时变热源、刀具涂层厚度、刀具涂层和基体热物理性能、边界条件对涂层刀具切削温度分布的影响规律,指导设计涂层刀具几何尺寸及选用材料热物理性能参数,结合切削热传导模拟实验验证了模型的准确性。研究表明:不同时变热源类型造成涂层刀具前刀面单位面积上施加热量的差异,影响刀具体内部温升。瞬态热传导阶段,较厚TiAlN刀具涂层、较高涂层导热系数、较低涂层导温系数、较低刀具基体导热系数、较高刀具基体导温系数会降低涂层刀具体温度;稳态热传导阶段,较薄TiAlN刀具涂层、较高涂层导热系数会降低刀具涂层温度,较高刀具基体导热系数、较高刀具-刀柄接触面换热系数会降低涂层刀具体温度。结果表明,在车削GH4169时,宜选用涂层厚度较薄的TiAlN刀具涂层,另外相比PVD Ti0.55Al0.45N刀具涂层,Al组分含量高,具有更高导热系数的Ti0.41Al0.59N刀具涂层也可以降低加工GH4169时切削温度。
谢英星,陈梓英[7](2021)在《润滑方式对高速铣削淬硬钢的影响》文中提出使用Ti Si N和Ti Al N涂层刀具在3种不同冷却润滑方式下,在高速加工中心上采用固定的切削工艺参数,对淬硬钢SKD11(HRC 62)进行切削试验,研究加工工件的表面粗糙度、切削力、刀具磨损及切屑形态的不同。结果表明:Ti Si N涂层铣刀相对于Ti Al N涂层能更好地降低已加工面的表面粗糙度,减小切削力,降低刀具的磨损;在微量润滑(MQL)方式下,已加工面的表面粗糙度值低于干切削和冷风切削条件;在减小切削力、降低刀具磨损、改善切屑形态方面,冷风切削的效果优于干切削,MQL润滑方式增大了刀具切削力。
孙飞[8](2021)在《淬硬模具钢Cr12MoV高速铣削实验及参数优化研究》文中研究说明淬硬模具钢Cr12Mo V(60HRC)具有耐磨性强、淬硬性好等优点,被广泛应用于汽车模具制造中。但是在其铣削加工过程中,存在着铣削力大、铣削温度高、刀具易磨损和崩刃以及加工质量不易保证等问题。亟需在其切削加工机理及参数优化方面开展进一步的深入研究,为生产实践提供理论指导。通过淬硬模具钢Cr12Mo V(60HRC)高速铣削实验及参数优化,全面分析切削变形、切削力、切削温度及表面质量随切削参数的变化规律并给出优化工艺参数。主要研究内容及结论如下:(1)开展了锯齿形切屑形成机理及变化规律分析。分析了锯齿形切屑的形成机理及切屑形态随切削参数的变化规律。对锯齿化程度、锯齿间距和锯齿频率进行了定量分析并拟合锯齿化程度经验公式。结果表明产生锯齿形切屑的原因是切削过程中发生了绝热剪切。随着铣削速度和每齿进给量的增大,锯齿化程度增大。随着铣削速度和每齿进给量的增大,锯齿间距增大。随着铣削速度增大,锯齿频率增大,而随着每齿进给量的增大,锯齿频率减小。(2)进行了平均切削力及其频谱分析。研究了铣削力随铣削参数变化的规律,通过傅里叶变换绘出铣削力频谱图,并与锯齿频率进行比较分析。通过二次响应曲面法建立铣削力经验公式。结果表明铣削力随铣削速度的增加而降低,随每齿进给量和铣削深度的增加而增大。高速铣削的锯齿频率与铣削力频率趋势相同,说明锯齿形切屑是引起铣削力波动的一个主要因素。得到的铣削力经验公式显着性较好,预测值与实际值误差较小,具有有效性。(3)开展了铣削温度研究。分析了铣削温度随铣削参数变化的规律,通过二次响应曲面法建立了铣削温度经验公式。结果表明铣削温度随铣削速度、每齿进给量和铣削深度的增加而升高。得到的铣削温度经验公式拟合结果较好,满足工程实际需求。(4)进行了表面粗糙度的测量及分析。研究了表面粗糙度随铣削参数的变化规律,通过二次响应曲面法建立了表面粗糙度经验公式。结果表明表面粗糙度随铣削速度的增加而降低,随每齿进给量和铣削深度的增加而增大。获得的表面粗糙度经验公式误差最大为11%,精度较高,满足工程实际需求。(5)开展了铣削参数优化研究。以铣削速度、每齿进给量和铣削深度为优化变量,以最小铣削力、最低铣削温度、最低表面粗糙度和最优锯齿化程度为优化目标函数,采用遗传算法进行了铣削参数多目标优化,给出了优化铣削参数。
李斌训[9](2020)在《H13钢硬态切削显微组织演变及力学性能评定》文中研究说明随着高性能机床和超硬刀具材料的不断发展,具有明显技术优势和经济优势的硬态切削技术越来越多地被应用于金属加工领域,比如铸铁和淬硬钢的硬态铣削和车削。由于硬态切削过程中不使用切削液或仅使用微量可降解切削油,刀具—切屑(简称刀—屑)和刀具—工件(简称刀—工)接触区的强机械—热载荷耦合作用往往会引起切屑和切削亚表层材料的显微组织发生演变,诸如相变、动态再结晶、晶体取向等多种金相状态的改变,从而引起切屑和切削亚表层物理、力学甚至化学性能的变化,进而对切削加工零件的强度和使用寿命等产生影响。因此,研究淬硬钢硬态切削过程中的变形区显微组织演变机理以及由此引起的宏观力学性能变化,可以实现对硬态切削材料显微组织演变的准确预测;进而通过控制和优化切削工艺参数,获得符合宏观物理力学性能要求的特定显微组织,为淬硬钢硬态切削技术的推广应用提供技术支持。本文以淬硬AISI H13钢(简称H13钢)的硬态铣削工艺为研究对象,围绕硬态切削过程中变形区材料的显微组织演变机理、切削物理量(温度场、应力场和应变场等)对显微组织(相变含量、晶粒尺寸)和显微硬度演变的影响以及切削参数—亚表层厚度—宏观力学性能三者之间的映射关系等开展研究,从而构建H13钢形性协同的硬态切削工艺体系,实现淬硬模具钢的高性能硬态切削。本文的主要研究工作总结如下:建立了基于Abaqus/Explicit软件的温度—位移耦合场的H13钢硬态切削仿真模型,以切屑形貌几何特征参数、切削力和切削温度等作为评价指标,实验验证了仿真模型的有效性,该模型可以为后续H13钢硬态切削显微组织演变预测模型提供包括温度场、应力场和应变场等在内的必需场变量。修正了奥氏体临界相变温度方程,借助FORTRAN语言开发了基于相变机制的显微组织演变预测模型,验证了相变预测模型的有效性,并揭示了切屑显微组织演变机理。分析了硬态切削过程中应力、应变效应对奥氏体临界相变温度的影响,以切削速度为变量,运用构建的模型预测了 H13钢切屑中奥氏体相变及含量。导致切屑底面显微组织发生演变的主要机理包括,一是当材料流经第一变形区(剪切区)时在位错迁移机理下形成位错胞或胞状亚结构;二是切屑在流动过程中与前刀面的剧烈摩擦导致温度超过奥氏体临界相变温度引起奥氏体晶粒形核,与前刀面分离后的冷却淬火效应造成奥氏体晶核直接逆转变生成淬火马氏体,导致晶粒进一步细化。利用先进材料表征技术对H13钢硬态切削亚表层显微组织进行了观测分析,揭示了切削亚表层显微组织演变机理。切削亚表层大致可以划分为三部分:非晶结构区、塑性变形区和基体;当切削参数较小时(如进给量),亚表层仅可以看到塑性变形区和基体两部分。H13钢基体表现出沿X方向(RD){101}晶面的织构择优取向,而切削试样的晶体取向呈随机分布,小角度晶界(LAGBs)频率出现了不同程度的增大,与位错胞或亚晶结构的形成有关。切削亚表层亚晶结构(或位错胞)的形成过程如下“剪切拉伸变形→位错增殖、塞积→位错缠结形成胞壁→位错胞吸收周边晶体缺陷形成亚结构→亚结构晶界迁移、吞并周边位错缺陷形成亚晶组织”。基于Zener-Hollomon(Z-H)和Hall-Petch(H-P)方程建立并修正了用于H13钢切削亚表层晶粒尺寸和显微硬度预测的模型,开发了基于该模型的用户自定义子程序(User-defined subroutine),并进行了模拟仿真及模型验证。切削亚表层内部的晶粒尺寸介于300~800 nm之间,均小于1μm,同时显微硬度介于650~850 HV之间。切削亚表层的显微硬度随着切削速度、进给量和径向切削深度的变化趋势与再结晶晶粒尺寸的变化趋势恰好相反。借助TEM和EBSD技术以及纳米压痕仪对切削亚表层动态再结晶晶粒尺寸和显微硬度分别进行了定性和量化分析,验证了预测模型的有效性。基于自动球压痕法和连续损伤力学理论,研究了不同工艺参数下H13钢切削表面层材料宏观力学性能的变化规律。切削表面层的宏观力学性能不同于H13钢基体,表面层材料的屈服强度、最大抗拉强度、布氏硬度和断裂韧度总体上要小于基体对应的力学指标。不同工艺参数下,表面层材料的屈服强度、最大抗拉强度和布氏硬度随切削变量的变化趋势呈现一定的同步性;对于应变硬化指数,该力学指标的变化趋势与屈服强度、最大抗拉强度和硬度的变化规律正好相反。表面层材料力学性能的变化是硬态切削过程中强机械—热载荷耦合作用诱导显微组织演变的结果。本研究建立的显微组织预测模型、获得的实验数据和硬态切削优化参数可以为实现H13钢的高性能硬态切削提供理论依据和数据支持。
刘俊[10](2020)在《超硬轴类零件加工工艺方法研究》文中指出Gcr15轴承钢是一种含合金量较少的高碳铬轴承钢,同时由于其具有较高的淬透性,经过淬火、回火等热处理加工后可获得很高且均匀的硬度、优异的耐磨性以及较高的接触疲劳强度,广泛应用于制作机床的滚珠丝杆、涡轮喷气发动机喷嘴的喷口、柱塞、活门、衬套等,也可用来制造冲模、量具等工具,超硬刀具材料立方氮化硼(Cubic Boron Nitride)由于其硬度高、耐磨性及耐热性好而常被用来进行淬硬钢的硬态切削加工,在CBN刀具硬态切削淬硬钢过程中会产生很大的切削力,并伴随着大量的切削热,切削温度也会非常高,导致刀具磨损加剧。针对在超硬轴类零件的硬态切削过程中,产生切削力大以及刀具磨损加剧的现象,采用在零件表面预制凹坑织构的加工方法来降低切削力并减少刀具磨损。本文采用CBN刀具硬态切削Gcr15淬硬轴承钢,Gcr15轴承钢经淬火后硬度达到60±2HRC,选取切削速度、进给量、切削深度这三个切削参数设计三因素四水平正交实验,切削速度的水平为85m/min、94m/min、119m/min及151m/min,进给量水平为0.05mm/rev、0.1mm/rev、0.15mm/rev及0.2mm/rev,切削深度水平为0.1mm、0.2mm、0.3mm及0.4mm,利用金属切削仿真软件完成正交切削实验的模拟,并与正交切削实验进行对比,确定最优切削参数(切削速度85m/min、进给量0.1m/rev、切削深度0.3mm),在此切削条件下进行无织构切削实验获得最低切削力,最低切削力为71.48N。利用ANSYS对电火花预制凹坑织构温度场进行模拟,峰值电流(10A)、电压(15V)、放电通道半径(0.2mm)以及脉冲宽度(3ms)作为参数,0.5ms、1ms、1.5ms、2ms、2.5ms、3ms六个时刻作为研究对象,绘制出熔池的形貌并分析熔池深度及直径随脉冲宽度的变化趋势,温度场模拟得出凹坑织构的直径和深度分别为0.44mm和0.135mm。选取上述温度场模拟参数进行预制凹坑织构实验,凹坑织构均匀分布在Gcr15淬硬钢的表面,织构的轴向间距为5mm,周向夹角为30°,用超景深显微镜对织构的直径及深度进行测量,将模拟结果与实验结果进行对比分析,最终确定凹坑织构直径为0.4mm,深度为0.13mm。在正交实验确定的最优切削条件下,选取CBN刀具对预制织构的Gcr15淬硬钢进行硬态切削实验,测得的切削力值为44.64N,相比较于无织构切削所得最低切削力降低了大约37.55%。CBN刀具在同等切削条件下对无织构及预置织构的Gcr15淬硬钢进行16组硬态切削加工,通过超景深显微镜对刀具前刀面及后刀面形貌进行观测发现无织构切削的刀具磨损量远远高于预置织构切削条件下的刀具磨损量。通过对比发现预置织构的切削方法能有效降低切削力并减少刀具磨损。
二、高强度淬硬钢的切削加工(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、高强度淬硬钢的切削加工(论文提纲范文)
(1)45钢高速切削加工切削变形和切削力研究进展(论文提纲范文)
1 引言 |
2 切削变形 |
2.1 实验研究 |
2.2 理论建模 |
2.3 有限元模拟 |
3 切削力 |
3.1 实验研究 |
3.2 建模研究 |
3.3 有限元模拟研究 |
4 研究的不足和今后发展方向 |
5 结语 |
(2)20CrMnTi淬硬钢硬态切削与表面完整性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究目的与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 20CrMnTi淬硬钢的研究 |
1.2.2 金属材料本构模型的研究 |
1.2.3 有限元模拟技术在切削加工中的应用 |
1.2.4 已加工表面完整性研究 |
1.3 主要研究内容 |
第二章 20CrMnTi淬硬钢摩擦因数、热导率和热容测试 |
2.1 概述 |
2.2 考虑温度的材料摩擦因数测试 |
2.3 材料质量热容测试 |
2.4 材料热导率测试 |
2.5 本章小结 |
第三章 材料动态力学行为与本构模型 |
3.1 概述 |
3.2 试验原理 |
3.2.1 均匀性假设 |
3.2.2 一维应力波假设 |
3.3 试验方案 |
3.3.1 试验试件 |
3.3.2 试验设备 |
3.4 动态力学性能分析 |
3.4.1 20CrMnTi淬硬钢的应变-应力分析 |
3.4.2 20CrMnTi淬硬钢的应变速率影响分析 |
3.4.3 20CrMnTi淬硬钢的温度敏感性分析 |
3.5 本构模型的拟合与验证 |
3.5.1 本构模型的选择与拟合 |
3.5.2 拟合结果与误差分析 |
3.6 本章小结 |
第四章 直角切削有限元模型建立与试验验证 |
4.1 概述 |
4.2 切削过程假设 |
4.3 直角切削有限元建模 |
4.3.1 材料参数设定 |
4.3.2 几何模型的建立 |
4.3.3 切屑分离准则 |
4.3.4 网格划分 |
4.3.5 刀-屑接触摩擦模型 |
4.3.6 切削参数设置 |
4.4 直角切削试验验证 |
4.4.1 直角切削20CrMnTi淬硬钢试验方案 |
4.4.2 有限元验证 |
4.5 有限元仿真结果分析 |
4.5.1 切削力 |
4.5.2 切削温度 |
4.6 本章小结 |
第五章 直角切削20CrMnTi淬硬钢表面完整性分析 |
5.1 概述 |
5.2 表面粗糙度分析 |
5.3 残余应力模拟分析 |
5.3.1 切削速度对残余应力的影响 |
5.3.2 进给量对残余应力的影响 |
5.4 白层试验分析 |
5.4.1 白层观测试件制备 |
5.4.2 切削速度对白层的影响 |
5.4.3 进给量对白层的影响 |
5.5 本章小结 |
总结与展望 |
研究工作总结 |
研究工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
主要研究成果 |
(3)废硬质合金刀片切削性能再生及其清洁回收工艺研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 废硬质合金刀片回收利用的研究现状 |
1.1.1 废硬质合金刀片切削性能再生的研究现状 |
1.1.2 废硬质合金刀片再生利用的研究现状 |
1.2 焊接式刀片制备的研究现状 |
1.3 立方氮化硼材料制备及其应用的研究现状 |
1.3.1 立方氮化硼材料制备的研究现状 |
1.3.2 PCBN刀具应用的研究现状 |
1.4 梯度功能刀具材料制备及其应用的研究现状 |
1.5 废硬质合金刀片回收利用存在的问题 |
1.6 本文的研究目的、意义及主要研究内容 |
1.6.1 本文的研究目的和意义 |
1.6.2 本文的主要研究内容 |
第2章 废硬质合金刀片再生切削性能研究 |
2.1 基于回收质量的废硬质合金刀片再利用方式分析 |
2.2 改制刀片剩余寿命评估 |
2.2.1 改制刀片剩余寿命评估的BP神经网络模型 |
2.2.2 剩余寿命评估模型验证 |
2.3 基于高材料利用率的废硬质合金刀片焊接修复工艺设计 |
2.3.1 废硬质合金刀片焊接修复工艺设计 |
2.3.1.1 PCBN复合片修复废硬质合金刀片工艺设计 |
2.3.1.2 PCBN整体材料修复废硬质合金刀片工艺设计 |
2.3.2 硬质合金真空钎焊PCBN工艺设计 |
2.4 废硬质合金刀片切削性能再生评价方法 |
2.4.1 评价指标的确定 |
2.4.2 模糊物元法概述 |
2.5 废硬质合金刀片切削性能再生评价方法验证 |
2.5.1 基于模糊物元法的废硬质合金刀片再生切削性能综合评价 |
2.5.1.1 连续切削淬硬钢试验条件 |
2.5.1.2 连续切削淬硬钢废硬质合金刀片再生切削性能综合评价 |
2.5.1.3 断续切削球墨铸铁试验条件 |
2.5.1.4 断续削球墨铸铁废硬质合金刀片再生切削性能综合评价 |
2.5.2 废硬质合金刀片切削性能再生经济性评价 |
2.5.3 废硬质合金刀片切削性能再生绿色性评价 |
2.6 涂层硬质合金刀片和焊接式均质PCBN刀片失效机理分析 |
2.6.1 连续切削淬硬钢刀片失效机理 |
2.6.2 断续切削球墨铸铁刀片失效机理 |
2.7 本章小结 |
第3章 面向废硬质合金刀体的焊接式梯度PCBN刀头材料设计 |
3.1 梯度PCBN刀头材料体系的确定及物化相容性分析 |
3.1.1 梯度PCBN刀头材料体系确定 |
3.1.2 物理相容性分析 |
3.1.3 化学相容性分析 |
3.2 梯度PCBN刀头材料组分与结构设计 |
3.2.1 梯度PCBN刀头材料组分配比设计 |
3.2.2 梯度PCBN刀头材料结构设计 |
3.3 基于有限元仿真的梯度PCBN刀头材料设计 |
3.3.1 制备梯度PCBN 刀头材料的均质PCBN材料物性参数确定 |
3.3.2 梯度PCBN刀头材料的残余应力仿真分析 |
3.3.3 梯度PCBN刀头材料抗机械冲击性能仿真分析 |
3.3.4 梯度PCBN刀头材料连续切削性能仿真分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 废硬质合金刀体焊梯度PCBN刀头材料制备及切削性能研究 |
4.1 梯度PCBN刀头材料复合粉体制备及烧结工艺制定 |
4.2 力学性能与微观结构检测方法 |
4.3 梯度PCBN刀头材料层厚比优化 |
4.4 梯度PCBN刀头材料烧结工艺优化 |
4.4.1 烧结温度优化 |
4.4.2 保温时间优化 |
4.5 梯度PCBN刀头材料层间组分优化 |
4.6 梯度PCBN刀头材料的强韧化机理 |
4.7 梯度PCBN刀头材料连续切削淬硬钢性能研究 |
4.7.1 试验条件 |
4.7.2 刀片寿命 |
4.7.3 表面粗糙度 |
4.7.4 切削合力 |
4.7.5 磨损特征及磨损机理 |
4.8 梯度PCBN刀头材料断续切削球墨铸铁性能研究 |
4.8.1 试验条件 |
4.8.2 刀具寿命 |
4.8.3 切削合力 |
4.8.4 表面粗糙度 |
4.8.5 磨损特征及磨损机理 |
4.9 本章小结 |
第5章 废涂层硬质合金刀片清洁回收工艺研究 |
5.1 激光-水射流复合加工系统 |
5.2 激光-水射流复合加工去除涂层能效模型建立 |
5.2.1 激光-水射流复合加工涂层去除比能耗模型 |
5.2.2 激光-水射流复合加工涂层去除效率模型 |
5.2.3 激光-水射流复合加工涂层去除能效模型 |
5.3 基于试验的激光-水射流复合加工去除涂层工艺参数优化 |
5.3.1 能效模型参数确定 |
5.3.2 单目标与多目标工艺参数优化 |
5.4 能效模型验证 |
5.5 激光-水射流复合加工与高温氧化+球磨去除涂层机理及应用分析 |
5.5.1 激光-水射流复合加工去除涂层机理分析 |
5.5.2 激光-水射流复合加工去除涂层应用分析 |
5.5.3 高温氧化+球磨去除涂层机理分析 |
5.5.4 高温氧化+球磨去除涂层应用分析 |
5.6 本章小结 |
结论与展望 |
论文创新点摘要 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的科研成果及获得的奖励 |
致谢 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(4)石墨烯/氧化铝基陶瓷刀具研制与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 陶瓷刀具材料的研究现状 |
1.2.2 陶瓷刀具材料强韧化方法的研究现状 |
1.2.3 陶瓷刀具材料计算机模拟研究现状 |
1.2.4 石墨烯强韧化陶瓷刀具材料研究现状 |
1.2.5 微观结构建模方法 |
1.2.6 断裂行为模拟方法 |
1.3 本课题研究目的与研究意义 |
1.4 研究内容与论文框架 |
第2章 Al_2O_3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料建模方法 |
2.1 微观结构模型的构建 |
2.2 损伤演化准则 |
2.3 ABAQUS有限元模拟流程 |
2.4 裂纹面积计算 |
2.5 本章小结 |
第3章 Al_2O_3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料力学性能预报和制备 |
3.1 抗弯强度预报 |
3.1.1 有限元模型的建立 |
3.1.2 结果分析 |
3.2 断裂韧性预报 |
3.2.1 有限元模型的建立 |
3.2.2 结果分析 |
3.3 维氏硬度预报 |
3.3.1 有限元模型的建立 |
3.3.2 结果分析 |
3.4 Al_2O_3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料制备 |
3.4.1 原材料 |
3.4.2 陶瓷刀具材料力学性能测试 |
3.4.3 陶瓷刀具材料成分分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 Al_2O_3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料切削性能研究 |
4.1 试验条件 |
4.1.1 工件和设备条件 |
4.1.2 试验方案 |
4.2 试验结果 |
4.2.1 切屑宏观与微观形态 |
4.2.2 切削力和切削温度 |
4.2.3 表面粗糙度 |
4.2.4 刀具寿命 |
4.2.5 刀具磨损形貌 |
4.3 本章小结 |
第5章 Al_2O_3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料摩擦磨损性能研究 |
5.1 试验方法 |
5.1.1 试验条件 |
5.1.2 试验方案 |
5.2 刀具的摩擦特性研究 |
5.2.1 载荷对刀具ATG摩擦系数的影响 |
5.2.2 摩擦速度对刀具ATG摩擦系数的影响 |
5.2.3 摩擦系数对比 |
5.3 刀具的磨损性质研究 |
5.3.1 载荷对磨损率的影响 |
5.3.2 摩擦速度对磨损率的影响 |
5.3.3 刀具ATG磨损机理研究 |
5.4 本章小结 |
结论和展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研情况 |
致谢 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(5)涂层PCBN刀具切削淬硬钢磨损研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 本课题研究背景 |
1.2 硬态干式切削技术 |
1.2.1 硬态干式切削概念及特点 |
1.2.2 硬态干式切削技术刀具选择 |
1.2.3 硬态干式切削技术的应用 |
1.3 涂层PCBN刀具研究 |
1.3.1 涂层PCBN刀具发展 |
1.3.2 涂层PCBN刀具磨损研究 |
1.4 本课题的主要研究内容 |
2 试验条件与试验方案设计 |
2.1 试验条件 |
2.1.1 工件材料的选择 |
2.1.2 刀具的选择 |
2.1.3 试验机床及仪器 |
2.2 试验方案设计 |
2.2.1 试验方法 |
2.2.2 切削用量的确定 |
2.2.3 试验步骤 |
3 涂层PCBN刀具寿命及切削速度优选 |
3.1 刀具寿命 |
3.1.1 刀具寿命试验结果 |
3.1.2 切削速度对刀具寿命的影响 |
3.2 涂层PCBN刀具切削速度优选 |
3.2.1 切削速度对切削力的影响 |
3.2.2 切削速度对表面粗糙度的影响 |
3.2.3 切削效率与刀具寿命的关系 |
3.2.4 切削速度的优选 |
3.3 本章小结 |
4 涂层PCBN刀具磨损过程研究 |
4.1 前刀面磨损过程对比分析 |
4.1.1 低速下前刀面磨损过程分析 |
4.1.2 高速下前刀面磨损过程分析 |
4.2 后刀面磨损过程分析 |
4.3 本章小结 |
5 涂层PCBN刀具磨损机理 |
5.1 刀具微观磨损形貌分析 |
5.1.1 前刀面微观磨损形貌分析 |
5.1.2 后刀面微观磨损形貌分析 |
5.1.3 切削刃磨损 |
5.1.4 刀具材料剥落 |
5.2 刀具磨损机理分析 |
5.2.1 硬质点磨损分析 |
5.2.2 粘结磨损分析 |
5.2.3 氧化磨损分析 |
5.2.4 扩散磨损分析 |
5.3 本章小结 |
6 刀具切削温度有限元仿真分析 |
6.1 切削热和切削温度理论分析 |
6.1.1 切削热的产生与传出 |
6.1.2 切削温度理论分析 |
6.2 金属切削有限元理论及模型建立 |
6.2.1 金属切削的有限元理论 |
6.2.2 DEFORM-3D软件介绍 |
6.2.3 基于DEFORM-3D的有限模型建立 |
6.3 仿真结果与分析 |
6.3.1 刀具和工件温度场分析 |
6.3.2 刀具切削温度模拟结果对比分析 |
6.3.3 工件切削温度模拟结果分析 |
6.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(6)TiAlN刀具涂层对刀-屑热量分配及切削温度影响规律的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
主要符号及其单位 |
第1章 绪论 |
1.1 刀具涂层几何参数、组分及热物理性能的测试 |
1.1.1 刀具涂层厚度、组分的测量 |
1.1.2 刀具涂层导热系数的测量 |
1.2 涂层刀具刀-屑热量的分配 |
1.3 涂层刀具切削温度 |
1.3.1 刀具涂层的热障作用 |
1.3.2 涂层刀具切削温度预测 |
1.3.3 涂层刀具切削温度的测量方法 |
1.4 TiAlN涂层刀具加工GH4169 |
1.5 存在问题、研究目标与研究内容 |
1.5.1 存在问题 |
1.5.2 研究目标 |
1.5.3 研究内容 |
第2章 刀具涂层导热系数的影响因素分析 |
2.1 TiAlN刀具涂层制备 |
2.2 刀具涂层导热系数的测量 |
2.3 涂层导热系数影响因素的作用机制 |
2.3.1 温度对TiAlN刀具涂层导热系数的影响 |
2.3.2 刀具涂层厚度对涂层导热系数的影响 |
2.3.3 Al组分含量对TiAlN刀具涂层导热系数的影响 |
2.4 本章小结 |
第3章 涂层刀具刀-屑热量分配 |
3.1 涂层刀具刀-屑热量分配的建模及求解 |
3.2 连续车削加工涂层刀具刀-悄热量分配 |
3.2.1 涂层厚度对刀-屑热量分配的影响 |
3.2.2 刀具涂层热物理性能对刀-屑热量分配的影响 |
3.2.3 刀具基体热物理性能对刀-屑热量分配的影响 |
3.2.4 工件材料热物理性能对刀-屑热量分配的影响 |
3.3 断续铣削加工涂层刀具刀-屑热量分配 |
3.4 涂层刀具刀-屑热量分配模型验证 |
3.4.1 与现有刀-屑热分配模型比较验证 |
3.4.2 切削温度测量实验验证 |
3.5 本章小结 |
第4章 刀具涂层的热障机理 |
4.1 刀具涂层热障解析模型的建立及求解 |
4.1.1 瞬态热传导阶段刀具涂层热障解析模型及求解 |
4.1.2 稳态热传导阶段刀具涂层热障解析模型及求解 |
4.2 刀具涂层热障效果的分析 |
4.2.1 刀具涂层热障效果存在条件及持续时间 |
4.2.2 刀具前刀面温度对涂层热障效果的影响 |
4.2.3 刀具涂层和基体热物理性能对涂层热障效果的影响 |
4.2.4 刀具涂层对瞬态热传导至稳态热传导的时间段的影响 |
4.3 恒温热传导模拟试验与模型验证 |
4.3.1 恒温加热平台及试验条件 |
4.3.2 实验结果与理论预测值比较 |
4.4 本章小结 |
第5章 涂层刀具切削温度分布 |
5.1 涂层刀具切削热传导模型 |
5.2 涂层刀具瞬态温度分布及影响因素 |
5.2.1 时变热源类型对涂层刀具瞬态温度分布的影响 |
5.2.2 刀具涂层厚度对涂层刀具瞬态温度分布的影响 |
5.2.3 刀具涂层热物理性能对涂层刀具瞬态温度分布的影响 |
5.2.4 刀具基体热物理性能对涂层刀具瞬态温度分布的影响 |
5.3 涂层刀具稳态温度分布及影响因素 |
5.4 涂层刀具切削热传导模型试验验证 |
5.5 应用案例 |
5.5.1 TiAlN刀具涂层厚度优选 |
5.5.2 TiAlN刀具涂层Al组分含量优选 |
5.6 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间所发表的论文及科研情况 |
致谢 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(7)润滑方式对高速铣削淬硬钢的影响(论文提纲范文)
0 引言 |
1 试验环境与方法 |
1.1 试验条件 |
1.2 试验方案 |
2 试验结果及分析 |
2.1 刀具后刀面磨损的对比 |
2.2切削力大小对比 |
2.3 表面粗糙度值的对比 |
2.4 切屑形态的对比 |
3 结语 |
(8)淬硬模具钢Cr12MoV高速铣削实验及参数优化研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 研究现状 |
1.3 主要研究内容 |
第2章 切削变形实验及分析 |
2.1 实验条件 |
2.1.1 工件材料 |
2.1.2 实验刀具 |
2.1.3 实验设备 |
2.2 实验方案和测试分析方法 |
2.2.1 实验参数选定 |
2.2.2 切屑试样的制作与观察 |
2.3 实验结果及分析 |
2.3.1 超景深显微镜观测结果及分析 |
2.3.2 金相显微镜观测结果及分析 |
2.3.3 锯齿形切屑表征 |
2.4 本章小结 |
第3章 铣削力实验及分析 |
3.1 单因素实验 |
3.1.1 实验设备 |
3.1.2 实验结果分析 |
3.2 中心旋转复合多因素实验 |
3.2.1 实验设计 |
3.2.2 实验结果分析 |
3.3 本章小结 |
第4章 铣削温度实验及分析 |
4.1 发射率标定实验 |
4.1.1 实验方案 |
4.1.2 实验结果及分析 |
4.2 单因素实验 |
4.2.1 实验设计 |
4.2.2 实验结果分析 |
4.3 中心旋转复合多因素实验 |
4.3.1 实验设计 |
4.3.2 实验结果分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 表面粗糙度实验及分析 |
5.1 单因素实验 |
5.1.1 实验设计 |
5.1.2 实验结果分析 |
5.2 中心旋转复合多因素实验设计 |
5.2.1 实验设计 |
5.2.2 实验结果分析 |
5.3 本章小结 |
第6章 铣削参数优化 |
6.1 最优化方法基本理论 |
6.1.1 最优化方法设计步骤 |
6.1.2 最优化问题标准形式 |
6.1.3 多目标函数的优化设计方法 |
6.2 遗传算法 |
6.2.1 遗传算法的特点 |
6.2.2 遗传算法的基本流程 |
6.2.3 遗传算法的模式 |
6.3 铣削用量优化模型的建立 |
6.3.1 优化变量 |
6.3.2 优化目标函数 |
6.3.3 优化模型的目标函数 |
6.3.4 优化模型的约束条件 |
6.3.5 评价函数的构建 |
6.4 优化模型实现及结果分析 |
6.4.1 优化模型实现 |
6.4.2 优化结果 |
6.4.3 多目标优化 |
6.4.4 多目标优化结果 |
6.5 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
申请学位期间的研究成果及发表的学术论文 |
(9)H13钢硬态切削显微组织演变及力学性能评定(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
主要符号与单位 |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景和研究意义 |
1.2 硬态切削变形区显微组织及性能国内外研究现状 |
1.2.1 H13钢显微组织及力学性能 |
1.2.2 切屑显微组织演变及力学性能测试 |
1.2.3 切削亚表层显微组织表征及力学性能测试 |
1.2.4 切亚表层显微组织动态演变机理 |
1.2.5 切削变形区材料的相变仿真 |
1.2.6 切削亚表层材料的晶粒尺寸仿真 |
1.2.7 切削表面层材料的宏微力学性能 |
1.3 目前研究存在的问题 |
1.4 论文来源及研究目标 |
1.5 技术路线及研究内容 |
第2章 H13钢硬态切削实验及切削仿真模型 |
2.1 H13钢硬态切削实验 |
2.2 切屑形貌,切削力和切削温度 |
2.3 机械—热耦合条件下的切削仿真模型 |
2.3.1 三维模型的等效简化 |
2.3.2 切削仿真模型的建立 |
2.3.3 本构方程参数的选择 |
2.3.4 切削仿真模型验证 |
2.4 本章小结 |
第3章 基于相变动力学的H13钢硬态切削切屑显微组织动态演变仿真 |
3.1 显微组织表征和显微硬度测试 |
3.1.1 H13钢基体显微组织表征 |
3.1.2 H13钢基体和切屑显微硬度测试 |
3.2 切屑显微组织演变机理 |
3.3 切屑显微组织动态演变仿真 |
3.3.1 理论相变模型的构建 |
3.3.2 相变仿真模型的实现 |
3.3.3 切削相变仿真结果分析 |
3.3.4 切屑相变仿真模型实验验证 |
3.4 本章小结 |
第4章 H13钢硬态切削亚表层显微组织表征及晶粒细化机理 |
4.1 切削亚表层显微组织表征及力学性能测试 |
4.1.1 显微组织表征 |
4.1.2 微观力学性能测试 |
4.2 机械—热耦合载荷下材料塑性变形模型 |
4.3 切削参数对亚表层显微组织演变和亚表层厚度的影响 |
4.3.1 切削速度对显微组织演变和亚表层厚度的影响 |
4.3.2 进给量对显微组织演变和亚表层厚度的影响 |
4.3.3 径向切深对显微组织演变和亚表层厚度的影响 |
4.3.4 刃口钝圆半径对显微组织演变和亚表层厚度的影响 |
4.4 切削亚表层显微组织的EBSD分析 |
4.4.1 晶界 |
4.4.2 Schmid因子 |
4.4.3 反极图 |
4.5 切削亚表层纳米硬度 |
4.6 切削亚表层晶粒细化机理 |
4.7 本章小结 |
第5章 基于动态再结晶的H13钢硬态切削亚表层晶粒尺寸和显微硬度动态演变仿真 |
5.1 切削亚表层晶粒尺寸和显微硬度动态演变仿真 |
5.1.1 晶粒尺寸和显微硬度预测模型的构建 |
5.1.2 模型参数的确定和实现 |
5.2 仿真结果讨论 |
5.2.1 切削速度对晶粒尺寸和显微硬度的影响 |
5.2.2 进给对晶粒尺寸和显微硬度的影响 |
5.2.3 径向切削深度对晶粒尺寸和显微硬度的影响 |
5.3 仿真与实验结果对比 |
5.4 本章小结 |
第6章 切削表面层力学性能评定及硬态切削工艺优化 |
6.1 自动球压痕实验 |
6.1.1 实验条件 |
6.1.2 实验结果分析 |
6.2 基于自动球压痕法的表面层力学性能评定 |
6.2.1 屈服强度,应变硬化指数,抗拉强度和硬度计算 |
6.2.2 断裂韧度的计算 |
6.3 实验结果与讨论 |
6.3.1 切削速度对力学性能的影响 |
6.3.2 进给对力学性能的影响 |
6.3.3 径向切削深度对力学性能的影响 |
6.3.4 刃口钝圆半径对力学性能的影响 |
6.3.5 刀尖圆弧半径对力学性能的影响 |
6.3.6 工艺参数、亚表层厚度和力学性能之间的映射关系 |
6.4 基于切削亚表层厚度的硬态切削工艺参数优化 |
6.4.1 基于中心组合响应曲面法硬态切削实验设计 |
6.4.2 切削亚表层厚度预测模型 |
6.4.3 工艺参数对亚表层厚度的影响及最优工艺参数组合 |
6.5 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 主要研究结论 |
7.2 主要创新点 |
7.3 研究展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间所发表的论文及科研情况 |
致谢 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(10)超硬轴类零件加工工艺方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题的研究背景与意义 |
1.2 硬态切削技术 |
1.2.1 CBN刀具切削性能 |
1.2.2 硬态切削与磨削 |
1.3 硬态切削国内外研究现状 |
1.3.1 硬态切削力国内研究现状 |
1.3.2 硬态切削力国外研究现状 |
1.3.3 国内刀具磨损研究现状 |
1.3.4 国外刀具磨损研究现状 |
1.4 主要研究内容 |
第2章 金属切削原理 |
2.1 金属切削理论 |
2.1.1 切削变形理论 |
2.1.2 切削力理论 |
2.1.3 刀具磨损 |
2.2 AdvantEdge FEM的应用 |
2.2.1 AdvantEdge FEM主要特点 |
2.2.2 AdvantEdge FEM三维外圆切削仿真基本流程 |
第3章 无织构Gcr15淬硬钢切削仿真 |
3.1 切削仿真设计与分析方法 |
3.1.1 正交实验定义 |
3.1.2 信噪比分析方法 |
3.1.3 正交实验结果分析方法 |
3.1.4 正交切削仿真实验设计 |
3.2 切削仿真前置处理 |
3.2.1 工件模型及材料 |
3.2.2 刀具模型及材料 |
3.3 切削仿真模拟过程 |
3.3.1 仿真条件及参数设置 |
3.3.2 工件及刀具网格划分 |
3.3.3 切削仿真后处理 |
3.4 仿真切削力结果及其分析 |
第4章 无织构Gcr15淬硬钢切削试验 |
4.1 实验条件 |
4.1.1 实验设备 |
4.1.2 实验工件 |
4.1.3 实验刀具 |
4.1.4 切削用量 |
4.2 正交实验 |
4.2.1 正交实验条件 |
4.2.2 正交实验结果及分析 |
4.2.3 极差分析 |
4.2.4 方差分析 |
第5章 基于表面织构的Gcr15淬硬钢切削试验 |
5.1 电火花加工 |
5.1.1 电火花加工原理 |
5.1.2 电火花加工特点 |
5.1.3 电火花加工要求 |
5.2 电火花加工温度场模型 |
5.2.1 热源模型 |
5.2.2 数学模型 |
5.3 织构加工的温度场有限元仿真 |
5.3.1 有限元仿真条件 |
5.3.2 温度场结果分析 |
5.4 织构加工实验 |
5.5 表面织构工件切削实验及分析 |
5.5.1 切削力结果分析 |
5.5.2 刀具磨损结果分析 |
第6章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
攻读硕士学位期间研究成果 |
四、高强度淬硬钢的切削加工(论文参考文献)
- [1]45钢高速切削加工切削变形和切削力研究进展[J]. 孔祥成,李国和,何朕,孙勇. 工具技术, 2021
- [2]20CrMnTi淬硬钢硬态切削与表面完整性研究[D]. 王志敏. 厦门理工学院, 2021(08)
- [3]废硬质合金刀片切削性能再生及其清洁回收工艺研究[D]. 云昊. 山东大学, 2021(11)
- [4]石墨烯/氧化铝基陶瓷刀具研制与性能研究[D]. 孙哲飞. 山东大学, 2021(12)
- [5]涂层PCBN刀具切削淬硬钢磨损研究[D]. 薛明明. 大连理工大学, 2021(01)
- [6]TiAlN刀具涂层对刀-屑热量分配及切削温度影响规律的研究[D]. 赵金富. 山东大学, 2021
- [7]润滑方式对高速铣削淬硬钢的影响[J]. 谢英星,陈梓英. 机械制造与自动化, 2021(02)
- [8]淬硬模具钢Cr12MoV高速铣削实验及参数优化研究[D]. 孙飞. 天津职业技术师范大学, 2021(06)
- [9]H13钢硬态切削显微组织演变及力学性能评定[D]. 李斌训. 山东大学, 2020(04)
- [10]超硬轴类零件加工工艺方法研究[D]. 刘俊. 长春大学, 2020(01)