42CrMo钢的刀具材料匹配及切削性能分析

发布时间：2020-06-19 05:43

【摘要】：随着世界工业化和经济一体化不断推进,源自德国的“工业4.0”、“中国制造2025”等新发展理念应运而生,对工业生产中的能源节约、环境保护、污染防控提出了更为严格的要求。受其影响,各国对汽车特别是大功率柴油汽车的排放量出台了愈来愈严格的法规,柴油发动机领域面临巨大的冲击和压力。因此,提高柴油发动机的生产质量、节省加工耗材、降低制造成本便成为了柴油发动机制造过程中的重中之重。作为柴油发动机中最为关键和核心的零部件,曲轴在工作过程中受到离心力和惯性力的共同作用,承受极高的弯曲扭转载荷。为了满足上述严苛的使用要求,曲轴的制造材料本身强度硬度极高,切削性能较差,机加工过程中的刀具磨损现象十分严重。因此,分析曲轴加工过程中的刀具磨损失效机理,开展刀具材料匹配及优化切削参数是减小刀具磨损、降低生产成本的有效途径。本文以曲轴材料42CrMo钢为研究对象,对适合加工钢材的刀具涂层材料进行了对比评价,为42CrMo钢选择了最优涂层材料;以恒金属去除体积为前提,设计开展了 42CrMo钢的正交车削实验,研究了车削参数对刀具后刀面平均磨损量VB的影响规律并建立了刀具后刀面平均磨损量关于切削参数的预测模型;对曲轴生产线上刀具的失效模式和失效机理进行了研究。主要研究工作如下:(1)通过开展刀具匹配实验,确定了 TiN-TiCN-TiN-Al2O3-TiN涂层为切削加工42CrMo钢的最优刀具材料。首先,综合考虑经济性与实用性原则,选取了五种适合加工42CrMo钢的涂层材料,借助SEM与EDS设备,观察了五种涂层的表面形貌和组成结构。然后,从刀具扩散磨损角度出发,设计并开展了五种涂层材料与42CrMo钢之间的扩散实验,实验结果表明,元素的扩散距离与温度呈正相关关系,Ti元素的扩散程度比Fe元素剧烈,TiN-TiCN-TiN-Al2O3-TiN涂层的扩散距离最小,硬度降低程度也较低,在所有涂层中表现出了最好的抗扩散能力。其次,从刀具的磨粒磨损、粘结磨损角度出发,设计了五种涂层材料与42CrMo钢间的摩擦磨损实验,实验结果显示,TiN-TiCN-TiN-Al2O3-TiN涂层和TiAlN涂层具有较小的摩擦因数,TiN-TiCN-TiN-TiCN-A1203涂层和TiN-TiCN-TiN-A1203-TiN涂层的耐磨性最好。最后,开展了涂层划痕实验,实验结果表明 TiN-TiCN-TiN-TiCN-A1203 涂层与 TiN-TiCN-TiN-A1203-TiN 涂层的结合力最大,而且表现出了较大的塑性,其余涂层表现出较大的脆性。(2)通过42CrMo钢车削实验,研究了刀具寿命随去除体积的变化规律并建立了刀具平均磨损量VB关于切削参数的预测模型。首先,开展42CrMo钢车削刀具寿命实验,得到了VB随金属去除量的变化规律曲线。随后,进行了恒金属去除体积下的42CrMo钢正交车削实验,得到车削三要素对刀具后刀面平均磨损量VB影响的显著程度为apfv;使VB值最小的车削参数组合为:v=200m/min,f=0.2mm/r,ap=1.5mm;以BP神经网络为基础建立了后刀面平均磨损量VB关于车削三要素的预测模型,验证结果表明该模型具有极高的预测准确性。(3)调研并统计了曲轴加工生产线上刀具的磨损情况,分析和研究了其失效模式和失效机理。经研究发现,刀具的磨损量普遍在0.5mm-0.8mm之间,磨损形态以前、后刀面磨损为主,磨损机理以扩散、氧化磨损为主。本研究为曲轴材料42CrMo钢的加工匹配了最优刀具涂层材料,对切削参数进行了选择并建立了后刀面平均磨损量VB关于切削参数的预测模型,分析了曲轴加工线上刀具的失效模式和机理,本文结果可为曲轴生产过程中切削参数和刀具涂层的选取提供参考和帮助。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG711
【图文】：

色、节能、环保逐渐成为各行业的追求目标和发展导向［１］。为迎合可持续发展的逡逑需求，燃烧效率高、能量损耗低、污染物排放少的发动机的发展形成了不可阻挡逡逑的趋势［２］。柴油发动机（图１－１）的功率大、排放低、电子控制效果良好等优点将逡逑使其成为时代发展的新宠［３］。逡逑

本文编号：2720382