切削筒节材料过程中刀具力热特性与裂纹扩展行为研究
发布时间：2021-03-06 18:40
由于硬质合金刀具切削加工筒节材料时,在高温高压以及大切削参数的加工环境下,容易出现粘结破损问题。本文基于国家自然基金项目“重型切削中硬质合金刀具前刀面粘焊变质层损伤机理研究”（51575146）。针对硬质合金刀具前刀面破损问题,深入研究了粘结破损后刀具前刀面的力热特性与表面形貌,并且针对刀具前刀面的粘结破损问题深入研究了其裂纹的扩展行为。首先,根据刀具前刀面上存在的破损形式为裂纹,并且确定裂纹的类型;从力学角度分析了三种类型裂纹扩展时尖端的应力场与位移场;引出了裂纹应力强度因子,确定了硬质合金刀具前刀面断裂的最大主应力准则;结合硬质合金刀具切削筒节材料的应力与结合力分析了裂纹是导致粘结破损发生的前提。其次,从切削筒节材料2.25Cr-1Mo-0.25V的试验中获得粘结破损发生时的切削力与切削温度,通过高速摄影技术获得的切削加工时的实际刀-屑粘结情况,针对发生粘结的刀具设计一系列观测试验,观测分析粘结破损发生时刀具前刀面出现的表面缺陷。之后,利用仿真软件模拟粘结发生时的切削加工过程,获得刀具粘结破损发生时的力热特性、切屑状态以及前刀面主要磨损量变化;通过切削仿真模拟得到的数据与试验中获得...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
加工现场硬质合金刀具粘结破损图
b) 张开型（Ι 型） b) 滑开型（ΙΙ 型） c) 撕开型（ΙΙΙ 型）图 2-1 裂纹类型Fig.2-1 Crack type根据切削筒节材料 2.25Cr-1Mo-0.25V 时实际的加工状态以及发生粘结时表面破损形式——裂纹受力的分析，刀具前刀面不仅仅受到垂直于表面的作用，而且还存在剪切力以及摩擦力的共同作用，所以在粘结物从刀具面撕裂的过程不能简单描述为一种裂纹形式的存在，常常以一种复合形式纹存在。由分析可得，我们确定硬质合金刀具前刀面裂纹的形式为 Ι、ΙΙ、合型裂纹。.2 刀具材料断裂判据.2.1 应力强度因子本文主要研究硬质合金刀具前刀面的缺陷形式主要是裂纹的扩展情况，研究与裂纹扩展息息相关的应力强度因子的变化规律。对裂纹扩展进行有仿真时裂纹尖端的应力是无穷大的（即应力奇异性）一直是一难题，之前
图 2-2 裂纹尖端坐标系与应力分布 2-2 Crack tip coordinate system and stress distrib，表示了沿 X 轴方向裂纹尖端的应力分量展时裂纹的尖端的应力具有的 r-1/2奇异性的应力问题无法表示更无法解决，而应力第一次制定了应力强度因子的准则，从此来，作为裂纹扩展不可缺少的物理量，如K = σπa的应力，可理解为：裂纹尺寸远远小于被认为是外界施加的应力；a为裂纹长度
【参考文献】：
期刊论文
[1]硬质合金刀具高速车铣和铣削TC4钛合金磨损试验对比[J]. 石莉,姜增辉. 工具技术. 2017(07)
[2]钛合金Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr切削力与刀具磨损的试验研究[J]. 刘霞,刘二亮,赵立国,韩甲栋. 工具技术. 2017(01)
[3]温度对裂纹尖端张开位移的影响[J]. 李有堂,栾秋慧. 兰州理工大学学报. 2016(06)
[4]航空发动机叶片TC4钛合金振动疲劳裂纹扩展研究及剩余寿命预测[J]. 孙宇博,雷娟娟. 表面技术. 2016(09)
[5]基于ABAQUS平台的裂纹扩展数值模拟分析[J]. 胡序春,芮执元,冯瑞成. 机械制造. 2016(05)
[6]裂纹尖端附近应力场和位移场精确解分析[J]. 薛建阳,董金爽,尚鹏. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2016(02)
[7]XFEM计算3D打印PLA材料拉伸试样的裂纹扩展[J]. 付远,程香平,万珍珍,王德. 塑性工程学报. 2016(02)
[8]用于难加工材料高效切削异面涂层刀具的研制[J]. 余凌国,蒲春雷,吴胜斌,刘浏,李孝成,熊刘华,王洋,杨树宝,朱国辉. 工具技术. 2016(03)
[9]重型切削过程中硬质合金刀具扩散磨损行为研究[J]. 严复钢,李艳国,刘利,程耀楠,吕亚飞. 工具技术. 2016(03)
[10]加氢反应器用2.25Cr1Mo0.25V锻件的研制[J]. 张智峰,李向,陈永波. 装备机械. 2014(01)
博士论文
[1]基于钛合金高速铣削刀具失效演变的硬质合金涂层刀具设计与制造[D]. 李安海.山东大学 2013
[2]铝合金与不锈钢低温扩散焊及界面主组元扩散行为研究[D]. 吴铭方.江苏大学 2011
硕士论文
[1]2.25Cr-1Mo-0.25V筒节材料断续车削及刀具失效机理研究[D]. 吕祥.山东大学 2011
[2]大型加氢筒节粗加工刀具设计与切削性能研究[D]. 何耿煌.哈尔滨理工大学 2011
[3]难加工材料3Cr-1Mo-1/4V钢的切削及刀具破损机理的研究[D]. 敖晓春.哈尔滨理工大学 2005
本文编号：3067604
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
加工现场硬质合金刀具粘结破损图
b) 张开型（Ι 型） b) 滑开型（ΙΙ 型） c) 撕开型（ΙΙΙ 型）图 2-1 裂纹类型Fig.2-1 Crack type根据切削筒节材料 2.25Cr-1Mo-0.25V 时实际的加工状态以及发生粘结时表面破损形式——裂纹受力的分析，刀具前刀面不仅仅受到垂直于表面的作用，而且还存在剪切力以及摩擦力的共同作用，所以在粘结物从刀具面撕裂的过程不能简单描述为一种裂纹形式的存在，常常以一种复合形式纹存在。由分析可得，我们确定硬质合金刀具前刀面裂纹的形式为 Ι、ΙΙ、合型裂纹。.2 刀具材料断裂判据.2.1 应力强度因子本文主要研究硬质合金刀具前刀面的缺陷形式主要是裂纹的扩展情况，研究与裂纹扩展息息相关的应力强度因子的变化规律。对裂纹扩展进行有仿真时裂纹尖端的应力是无穷大的（即应力奇异性）一直是一难题，之前
图 2-2 裂纹尖端坐标系与应力分布 2-2 Crack tip coordinate system and stress distrib，表示了沿 X 轴方向裂纹尖端的应力分量展时裂纹的尖端的应力具有的 r-1/2奇异性的应力问题无法表示更无法解决，而应力第一次制定了应力强度因子的准则，从此来，作为裂纹扩展不可缺少的物理量，如K = σπa的应力，可理解为：裂纹尺寸远远小于被认为是外界施加的应力；a为裂纹长度
【参考文献】：
期刊论文
[1]硬质合金刀具高速车铣和铣削TC4钛合金磨损试验对比[J]. 石莉,姜增辉. 工具技术. 2017(07)
[2]钛合金Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr切削力与刀具磨损的试验研究[J]. 刘霞,刘二亮,赵立国,韩甲栋. 工具技术. 2017(01)
[3]温度对裂纹尖端张开位移的影响[J]. 李有堂,栾秋慧. 兰州理工大学学报. 2016(06)
[4]航空发动机叶片TC4钛合金振动疲劳裂纹扩展研究及剩余寿命预测[J]. 孙宇博,雷娟娟. 表面技术. 2016(09)
[5]基于ABAQUS平台的裂纹扩展数值模拟分析[J]. 胡序春,芮执元,冯瑞成. 机械制造. 2016(05)
[6]裂纹尖端附近应力场和位移场精确解分析[J]. 薛建阳,董金爽,尚鹏. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2016(02)
[7]XFEM计算3D打印PLA材料拉伸试样的裂纹扩展[J]. 付远,程香平,万珍珍,王德. 塑性工程学报. 2016(02)
[8]用于难加工材料高效切削异面涂层刀具的研制[J]. 余凌国,蒲春雷,吴胜斌,刘浏,李孝成,熊刘华,王洋,杨树宝,朱国辉. 工具技术. 2016(03)
[9]重型切削过程中硬质合金刀具扩散磨损行为研究[J]. 严复钢,李艳国,刘利,程耀楠,吕亚飞. 工具技术. 2016(03)
[10]加氢反应器用2.25Cr1Mo0.25V锻件的研制[J]. 张智峰,李向,陈永波. 装备机械. 2014(01)
博士论文
[1]基于钛合金高速铣削刀具失效演变的硬质合金涂层刀具设计与制造[D]. 李安海.山东大学 2013
[2]铝合金与不锈钢低温扩散焊及界面主组元扩散行为研究[D]. 吴铭方.江苏大学 2011
硕士论文
[1]2.25Cr-1Mo-0.25V筒节材料断续车削及刀具失效机理研究[D]. 吕祥.山东大学 2011
[2]大型加氢筒节粗加工刀具设计与切削性能研究[D]. 何耿煌.哈尔滨理工大学 2011
[3]难加工材料3Cr-1Mo-1/4V钢的切削及刀具破损机理的研究[D]. 敖晓春.哈尔滨理工大学 2005
本文编号：3067604
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