硬质合金刀具粘结破损行为的建模与分析

发布时间：2020-06-04 01:59

【摘要】：随着现代工业的发展,筒节材料2.25Cr-1Mo-0.25V作为加氢反应器的首选材料广泛的应用在石油、煤化化工等行业。硬质合金刀具具有强度高,耐磨性好,具有一定韧性等一系列的优点,是切削筒节材料的理想刀具材料之一。但是在切削过程中刀具由于交变载荷、交变温度和磨损共同作用,结果刀具频繁的发生粘结破损现象,此时的刀具破损是个关键问题,所以了解硬质合金的断裂机理,对提高硬质合金刀具的使用性能,延长刀具寿命,提高材料的加工效率具有重要意义。本文在国家自然科学基金“重型切削中硬质合金刀具前刀面粘焊层损伤机理研究”(项目编号:51575146)的支持下,针对硬质合金刀具车削筒节材料出现的破损失效问题,从损伤力学理论的角度出发,分析了硬质合金刀具的疲劳失效行为,搭建了硬质合金刀具粘结破损的试验平台,获得了刀具粘结破损切削力和切削温度的实验数据,提出刀具破损过程形成条件,进而对刀具破损断口形貌进行失效分析以及损伤形式的确定,最后选取了合适的损伤变量,建立了硬质合金材料的损伤演化模型,为揭示硬质合金刀具材料失效提供理论基础。首先,基于损伤力学,分析了硬质合金刀具粘结破损的疲劳失效行为。针对硬质合金刀具车削筒节材料过程中刀具破损现象进行研究。搭建了硬质合金刀具车削筒节材料的切削力和切削温度试验平台,采用了高-速摄影机观察了刀具破损的切削状态,获得了刀具发生粘结破损的刀片试样。然后,采用响应曲面建立了有效的切削力和切削温度数学模型。依据金属切削原理,探究切削用量对切削力和切削温度的影响规律,提出了刀具前刀面出现粘结破损的边界条件。最后,采用扫描电镜对金属断裂典型断口失效形貌进行了观察与分析,从断裂性质以及断裂机理方面解释了刀具前刀面破坏的微观形貌。确定了硬质合金刀具的损伤形式,依据损伤类型选取应变能密度作为损伤参量,基于有限元仿真软件Abaqus进行模拟,获取了硬质合金材料应力应变曲线,得到了损伤值。通过拟合对数据进行处理,导出损伤演化方程,从而可根据切削时间,预测刀具的损伤程度。
【图文】：

实验装置

图 3-2 切削力采集数据Fig.3-2 Cutting force collecting data高温高强度钢材料加工中，采用红外测温的方法对刀具表面切削温度验研究，得到在不同切削参数条件下的切削温度，去分析不同的切削参削温度的影响规律。由于工件材料本身性质与切削温度有关，红外热像用受被测对象发射率的影响，因此在使用前必须正确设置目标发射率和围。本次实验对发射率的标定方法：取试件，并对其进行加热 100℃、2000℃，400℃，500℃，调节红外点温仪的温度到相应温度，可以获得相应射率。综合考虑，对高强度钢 2.25Cr1Mo0.25V 筒节材料的发射率取 0.14获取较为可靠的测量切削温度，切削温度采集数据如图 3-3。
【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】：TG711

【参考文献】

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本文编号：2695713