干式硬态车削不同淬硬状态下Cr12MoV白层的研究

发布时间：2017-07-19 21:06

  本文关键词：干式硬态车削不同淬硬状态下Cr12MoV白层的研究

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【摘要】：对干式硬态车削已加工表面质量进行评价的指标有很多,白层是其中比较重要的一个因素。白层具有特殊的物理性能:一方面相比于加工材料本身,白层的耐磨性好,硬度高;另一方面又比较脆,加工参数控制不好会在组织内部产生微裂纹,使用过程中零件表层材料会伴随裂纹的扩展而脱落。只有对干式硬态车削中产生的白层进行深入研究,才能获得较高的已加工表面质量。因此,对已加工表面白层的形成机理,需要进行试验分析研究;对于已加工表面白层的厚度,也需要建立预测模型,这样才能为实际加工生产过程中切削参数的合理选择提供科学的理论依据。目前,国内外学者主要对轴承钢GCr15已加工表面白层进行了研究,对淬硬冷作模具钢Cr12Mo V研究的不多,在研究白层厚度影响因素方面,对不同淬硬状态对白层厚度的影响也鲜有研究。本文对聚晶立方氮化硼刀具(PCBN)干式硬态车削淬硬模具钢进行了有限元模拟和试验研究,对已加工表面白层组织形态以及切削参数对其厚度的影响进行了分析并建立了白层厚度预测模型。主要工作内容和研究成果如下:(1)通过有限元模拟分析的方法建立了PCBN刀具干式硬态车削淬硬模具钢Cr12Mo V的直角车削模型,对加工过程中的等效应力、等效应变和热-力作用进行了分析。(2)对试验获得的已加工表面的样件在扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱(EDS)下进行了扫描,分析干式硬态车削Cr12Mo V已加工表面的微观组织演变过程以及白层的形成机理。(3)采用单因素法,设定切削参数(切削速度v、进给量f、背吃刀量ap)以及工件材料硬度为自变量,白层厚度为因变量,根据试验数据,探究各个切削参数对白层厚度的影响规律并运用多元非线性回归的方法建立了白层厚度的预测模型。研究结果表明:较大的等效应力会在干式硬态车削已加工表面产生,切削温度也从已加工表面向工件内部传导;已加工表面白层的形成是热-力共同作用下的结果;对白层厚度影响较大的切削参数是切削速度和背吃刀量,对白层厚度影响不显著的切削参数是进给量;建立的白层厚度预测模型经过复相关系数检验和F检验可知,该预测模型的回归效果非常显著,能够对白层的厚度进行较为准确的预测。
【关键词】：白层 有限元仿真 干式硬态车削 微观机理 预测模型
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG51
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 课题研究背景及意义14-15
• 1.2 干式硬态车削技术15-18
• 1.2.1 干式硬态车削概述15
• 1.2.2 干式硬态车削的特点15-16
• 1.2.3 干式硬态车削刀具的选择16-18
• 1.3 干式硬态车削过程的有限元建模与仿真18
• 1.4 白层研究现状18-21
• 1.4.1 白层形成条件18-19
• 1.4.2 白层的形成机理的研究19-20
• 1.4.3 白层厚度的建模预测20-21
• 1.5 课题来源及研究内容21-22
• 1.5.1 课题来源21
• 1.5.2 研究主要内容21-22
• 第2章 试验方案的确定22-33
• 2.1 工件制备22-23
• 2.1.1 试件材料选取22
• 2.1.2 试件预处理22-23
• 2.2 PCBN刀具选择23-24
• 2.3 试验方案的确定24-31
• 2.3.1 切削试验系统24-27
• 2.3.1.1 切削加工系统25-26
• 2.3.1.2 切削力测量系统26-27
• 2.3.1.3 切削温度测量系统27
• 2.3.2 试验方案27-28
• 2.3.3 试样制备28-31
• 2.3.4 扫描电镜（ SEM）观察和X射线能谱仪（ EDS）扫描分析31
• 2.4 本章小结31-33
• 第3章 有限元建模分析33-46
• 3.1 有限元仿真软件ABAQUS简介33
• 3.2 有限元建模分析过程33-38
• 3.2.1 几何模型的建立34
• 3.2.2 材料本构模型34-36
• 3.2.3 切屑分离准则36-37
• 3.2.4 接触摩擦模型37-38
• 3.2.5 网格划分38
• 3.3 有限元建模仿真结果分析38-44
• 3.3.1 模拟切削力与试验对比分析38-40
• 3.3.2 不同工件硬度对等效应力和等效塑性应变的影响40-41
• 3.3.3 不同切削速度对切削温度的影响41-44
• 3.3.5 切削过程中热 -力效应对已加工表面的影响44
• 3.4 本章小结44-46
• 第4章 白层形成机理研究46-52
• 4.1 表面白层形成机理分析46-47
• 4.2 试件的制备47-48
• 4.3 白层扫描电镜（ SEM）观察和能谱仪（ EDS）扫描分析48-50
• 4.3.1 扫描电镜（ SEM）观察分析48-49
• 4.3.2 X射线能谱仪（ EDS）扫描分析49-50
• 4.4 已加工表面白层形成机理50
• 4.5 本章小结50-52
• 第5章 影响白层厚度因素的分析52-65
• 5.1 切削速度对白层厚度的影响52-54
• 5.2 进给量对白层厚度的影响54-56
• 5.3 背吃刀量对白层厚度的影响56-57
• 5.4 不同工件硬度对白层厚度的影响57-59
• 5.5 白层厚度预测模型的建立59-64
• 5.5.1 多元线性回归分析方法简介59-62
• 5.5.1.1 多元线性回归模型的定义及其标准形式59-60
• 5.5.1.2 多元线性回归方程求解60-61
• 5.5.1.3 多元线性回归模型的检验61-62
• 5.5.2 非线性回归模型62-63
• 5.5.3 白层厚度预测的非线性回归模型63-64
• 5.5.4 回归模型的显著性检验64
• 5.6 本章小结64-65
• 总结与展望65-67
• 参考文献67-72
• 致谢72-73
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录73

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本文编号：564827