重型铣削硬质合金刀具疲劳损伤特性研究

发布时间：2020-04-14 12:36

【摘要】：水室封头部件是核岛核电站蒸汽发生器的重要零件,材料为高强钢508Ⅲ钢,水室封头毛坯件为整体锻造成形,尺寸和重量大,同时造成其加工余量也较大。其制造过程为极端制造,取决于零件的大尺寸、加工的余量以及加工的难度,主要的加工方式为重型铣削加工。其表面存在锻造缺陷,使得硬质合金刀具在加工中承受随机的较大冲击和振动,同时循环的机械-热载荷作用造成刀具的失效严重、刀具寿命低,特别是疲劳损伤严重影响加工效率。因此,进行水室封头重型铣削过程的刀具疲劳损伤研究,分析硬质合金刀具在加工过程中裂纹扩展损伤演化,为提高刀具切削性能及加工效率奠定坚实的基础。首先,进行损伤力学应用可行性研究,利用损伤力学进行硬质合金刀具在重型铣削时的初始状态、裂纹扩展以及材料破坏失效的过程分析,描述刀具在循环机械-热载荷作用下的损伤演化;进行重型铣削现场试验,确定刀具失效形式为磨损和疲劳破损,对不同铣削时间下的刀片进行观测,研究裂纹扩展微观形貌及破损等宏观行为;最后从循环载荷与温变化两方面分析硬质合金刀具微裂纹扩展行为,为研究刀具材料裂纹扩展提供理论基础。其次,进行损伤参数研究,定义损伤变量描述材料内部损伤量,并建立其与宏观参数定量关系,分析铣削过程中材料内部塑性变化及能量耗散的损伤动力学关系;建立应力强度因子值表征裂纹尖端应力状态,分析刀具裂纹尖端机械应力分布及热源分布,为仿真研究提供理论参数;最后进行疲劳裂纹扩展原理分析,建立Paris公式描述裂纹扩展稳定阶段损伤变化,分析应力强度因子及定义裂纹尖端塑性区尺寸,得到硬质合金刀具材料疲劳损伤模型,为重型铣削硬质合金刀具疲劳损伤特性及演化分析提供理论研究。再次,进行硬质合金材料疲劳裂纹扩展试验分析,建立循环次数与裂纹长度关系图,同时拟合数据得到应力强度因子幅值与裂纹扩展速率曲线,分析裂纹扩展稳定阶段损伤变化程度;进行硬质合金刀具材料高温力学性能试验,分析在高温状态下硬质合金材料的强度及模量的变化趋势,为后期仿真提供参数,同时为研究硬质合金刀具材料的疲劳裂纹扩展特性提供基础性研究。最后,建立裂纹尖端内聚力-位移模型,分析裂纹表面应力与张开位移关系;进行硬质合金材料三点弯曲仿真,分析在裂纹扩展过程中应力及位移变化,建立疲劳损伤演化曲线,探究硬质合金刀具材料内部损伤演变,为硬质合金材料疲劳寿命研究及提高抗疲劳性能提供技术支持。
【图文】：

水室,封头,部件

哈尔滨理工大学工学硕士学位论文第1章绪论的目的与意义、航空航天等领域的快速发展，对大型异形零零部件的要求越来越高[1]。这类零件特征复杂几百吨。大型异形件的加工难点有：型面特大[2,3]，特别是第三代核电站 AP1000 核岛蒸发如图 1-1 所示)，，是目前世界上最先进、设备制构由蒸汽出口管嘴、蒸汽干燥器、旋叶式汽水

形貌,铣削

图 1-2 车削与铣削部分Fig. 1-2 Turning and Milling铣削前圆刀片 b)铣削后破损刀片图 1-3 铣削前后刀片形貌Fig.1-3 Blade morphology before and after milling头加工过程中，由于超大型的锻造件同时伴随着较大领域属于在极端制造超重型切削领域。进给量与切削中切削力相比于中型要增大 40-50 倍，进给量也要达时 508Ⅲ钢材料中含有很多的高熔点元素，如 Cr、
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG714

【参考文献】