激光冲击强化高速钢刀具表面耐磨性能研究

发布时间：2019-09-27 04:00

【摘要】：高速钢刀具作为机械加工中常用的关键基础件,常常在切削加工过程中因磨损而失效。因此采用合适的工艺以保证切削力的稳定、加工件的表面质量、工件的尺寸精度、刀具的使用寿命及良好的耐磨性能至关重要。本文采用激光冲击技术(Laser Shock Peening,LSP)对W9钢进行冲击强化,采用实验和数值模拟相结合的方法,讨论工艺参数对表层性能的影响,分析了激光冲击强化后高速钢表面摩擦性能的变化,并研究了激光冲击高速钢刀具的切削性能,主要工作如下:(1)从激光冲击原理、压力模型等方面介绍了激光冲击技术;探讨了激光冲击技术对材料的表面质量、微观组织、力学性能的影响机理;阐述了刀具的磨损机理及激光工艺参数对摩擦性能影响的相关理论。(2)进行不同能量和冲击次数的W9钢试样单点冲击,并测量了冲击表面形貌、残余应力、纳米硬度、弹性模量、微观组织。结果表明:随着激光能量和冲击次数的增加,表面塑性变形、残余应力、纳米硬度、弹性模量、晶粒细化影响层深度都增加,但随着冲击次数的变大,增加的幅值逐渐减小。同时,采用ABAQUS软件对冲击强化过程进行模拟,并对表面形貌和残余应力进行表征,结果表明:模拟结果与激光冲击的实验结果具有较好的一致性,验证了数值模拟模型的正确性。(3)基于Box-benhken实验设计进行多点冲击强化表面的摩擦磨损实验,研究发现:随着激光能量的增加,摩擦系数和磨损量增加;横向搭接率越大,摩擦系数和质量磨损也增大,而当纵向间距增大时,摩擦系数和磨损质量先减小后增大。通过冲击强化刀具和未处理刀具的切削实验发现:两把刀具的切削力都随着背吃刀量、进给量、切削速度的增加逐渐增加,但激光冲击强化刀具的切削力均小于未处理的刀具,而且耐磨性能更好。与未处理刀具相比,冲击强化刀具在进给量f=0.08 mm/r,切削速度vc=30m/min,背吃刀量ap=0.8 mm的切削参数下,以磨损带宽度VB=0.4 mm为磨钝基准,刀具寿命提高了约40%。对在不同激光工艺参数下强化的刀具进行切削寿命测试,结果表明:激光能量和搭接率的增大能有效的提高刀具的使用寿命。未处理刀具以粘着磨损和磨粒磨损为主,而冲击强化后的刀具由于硬度较大,磨粒磨损现象不明显,而且前刀面的粘结物减少,只有在刀尖位置存在明显的黏着现象。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG711;TG665

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本文编号：2542497