高强度钢42CrMo硬态切削切屑形成机理的研究
发布时间：2021-11-23 15:30
使用整体淬硬或表面硬化处理的高强度钢制造机械零件,通常能在接近材料物理力学极限的条件下工作,可以充分发挥材料的性能。随着对机械零件性能要求的提高,各种高强、高硬钢的应用范围越来越大,“以切代磨”的硬态切削技术取得了很大的进展,越来越多地替代磨削作为零件的最终加工工序。目前在硬态切削的切削力、切削热、绝热剪切理论以及锯齿形切屑形成机理等方面已经开展了比较深入的研究,并取得了非常有价值的成果,然而,硬态切削切屑形成机理在很多方面尚不明确,且尚未形成系统的科学研究体系。淬硬钢的硬态切削是当今工业生产及科学研究的很有意义的课题,是近年来金属切削研究领域的热点之一。本文的主要工作及成果如下:1.通过高速摄像技术,获得弹簧式快速落刀装置在落刀过程中刀杆的运动轨迹,分析该装置的落刀速度、加速度。结果表明,该装置完全胜任本文实验研究硬态切削过程切屑形成机理的需要,使用该装置得到的切屑根部试样真实、可靠。2.通过快速落刀实验获得切屑根部试样制成的金相标本,研究硬态切削锯齿形切屑形成过程中多场强作用机制。根据其低倍显微形态将硬态切削42Cr Mo的锯齿形切屑形成过程划分为4个阶段。对切屑形成4个阶段的切屑...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号说明
缩略词
第一章 绪论
1.1 课题背景和意义
1.2 高强度钢 42CrMo材料特性及应用
1.3 国内、外硬态切削的研究及应用现状
1.4 锯齿形切屑形成机理研究
1.5 本文的主要研究工作
1.6 本章小结
第二章 基于快速落刀装置的切屑根部试样获取研究
2.1 获得锯齿形切屑根部的快速落刀装置
2.1.1 快速落刀装置“冻结”切屑根部的瞬间状态
2.1.2 弹簧式快速落刀装置
2.2 弹簧式快速落刀装置的性能的研究
2.2.1 快速落刀装置的性能评价指标
2.2.2 弹簧式快速落刀装置的性能研究
2.3 硬态切削切屑形成过程实验研究的各个要素
2.3.1 直角切削实验方式的确定
2.3.2 试样的材料热处理与制作
2.3.3 实验选用的刀片性能
2.4 快速落刀及切屑根部试样的金相制备
2.5 根据切屑根部形态划分切屑形成阶段
2.5.1 硬态切削工件变形区的划分
2.5.2 锯齿形切屑形成阶段的划分
2.6 本章小结
第三章 基于切屑根部试样的切屑形成过程研究
3.1 锯齿形切屑形成的初始阶段
3.1.1 前刀面对工件材料的挤压作用
3.1.2 刀尖作用区绝热剪切带的萌生
3.2 锯齿形切屑正在形成阶段
3.2.1 前刀面对工件的挤压作用使得裂纹源萌生
3.2.2 锯齿形切屑正在形成阶段的剪切带
3.2.3 刀尖作用区切屑底层金属的流动
3.2.4 上一个切屑形成周期的切屑节段内剪切带形态
3.3 切屑节段基本形成阶段
3.3.1 前刀面对工件材料的挤压作用
3.3.2 切屑体中的剪切带的形态
3.3.3 刀尖作用区切屑底层材料的分层流动
3.4 锯齿形切屑完全形成阶段
3.4.1 在前刀面作用下切屑节段的最终形成和分离
3.4.2 剪切带形式
3.4.3 切屑底层金属的分层流动
3.5 锯齿形切屑切屑形成过程模型
3.5.1 锯齿形切屑形成过程中剪切角特征
3.5.2 锯齿形切屑形成过程中绝热剪切带行为特征
3.5.3 切屑底面材料的流动特征及其对刀具磨损的影响
3.6 本章小结
第四章 切屑形成过程有限元仿真模拟
4.1 有限元方法的计算过程
4.2 直角自由切削的有限元模型
4.2.1 金属切削方式的确定
4.2.2 弹性变形阶段的有限元模型
4.2.3 塑性变形阶段的有限元模型
4.3 材料本构模型和接触模型
4.3.1 材料的热—粘塑性本构模型
4.3.2 金属切削仿真过程中材料断裂以及切屑分离准则
4.3.3 刀具前、后刀面上的接触情况以及摩擦类型的控制
4.4 锯齿形切屑形成过程的有限元仿真
4.4.1 切削仿真的边界条件
4.4.2 计算与分析
4.5 锯齿形切屑形成过程的有限元仿真与分析
4.5.1 锯齿形切屑的形成过程的切削力特征
4.5.2 锯齿形切屑的形成过程的切削温度特征
4.5.3 锯齿形切屑形成过程的周期性分析
4.5.4 切屑形成过程的周期性特点总结
4.6 不同切削参数下切屑形成的仿真
4.7 硬态切削锯齿形切屑形成模型
4.8 本章小结
第五章 硬态切削已加工表面形成实验研究
5.1 直角自由切削实验的分析
5.1.1 直角自由切削实验安排及实验结果
5.1.2 直角自由切削影响因素研究
5.2 已加工表面层的实验研究
5.2.1 已加工表面波动
5.2.2 已加工表面白层的研究
5.3 本章小结
第六章 硬态切削以车代磨的研究
6.1 淬硬钢以车代磨的外圆车削工艺参数实验研究
6.1.1 外圆车削正交试验安排及结果
6.1.2 实验指标影响因素研究
6.1.3 硬态车削实验结果回归分析
6.2 通过切屑的形态推测切削温度
6.3 硬态切削负前角刀具—工件作用模型
6.3.1 负前角刀具对工件的挤压作用
6.3.2 负前角刀具切削刃前的应力分布
6.3.3 硬态切削负前角刀具—工件作用模型
6.4 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 总结
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
在学期间研究成果及参加科研情况
攻读博士学位期间发表论文及专利
攻读博士学位期间参加科研项目情况
附录：快速落刀刀杆下落速度、加速度计算过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用FEM修正法测量Ti6Al4V管件表面残余应力[J]. 孟龙晖,何宁,杨吟飞,赵威. 哈尔滨工业大学学报. 2015(05)
[2]42CrMo钢大直径长轴件的淬火冷却工艺[J]. 管敏超,李振华,左训伟,陈乃录. 金属热处理. 2015(01)
[3]SKD11硬切削锯齿形切屑形成机理试验研究[J]. 景璐璐,陈明,安庆龙. 中国机械工程. 2014(23)
[4]Method for Measuring Residual Stresses Induced by Boring in Internal Surface of Tube and Its Validation with XRD Method[J]. 孟龙晖,何宁,杨吟飞,赵威,戎斌. Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. 2014(05)
[5]TC4管状零件内壁加工残余应力计算及其有限元分析[J]. 孟龙晖,何宁,李亮. 中国机械工程. 2014(19)
[6]TC4零件铣削加工残余应力自平衡前值的测量及其有限元分析[J]. 孟龙晖,何宁,李亮,杨吟飞,赵威. 稀有金属材料与工程. 2014(08)
[7]硬态切削工件表面白层厚度预测方法[J]. 徐颖强,李娜娜,李万钟,郭彩虹. 机械工程学报. 2015(03)
[8]高速切削过程绝热剪切局部化断裂的特性试验[J]. 谷丽瑶,王敏杰,孙传俊. 机械工程学报. 2014(15)
[9]42CrMo钢车轮锻件在淬火过程中的残余应力研究[J]. 李永奎,陈俊丹,陆善平. 金属学报. 2014(01)
[10]凹模异形精密模具以车代磨技术与应用[J]. 文德林. 金属加工(冷加工). 2013(23)
博士论文
[1]高强高硬钢硬态切削的切削性能实验研究[D]. 杨昊.北京理工大学 2014
[2]多硬度拼接淬硬钢铣削动力学研究[D]. 王扬渝.浙江工业大学 2013
[3]大型筒节零件高效切削及刀具技术研究[D]. 何耿煌.哈尔滨理工大学 2013
[4]模具钢硬态切削过程刀具磨损及表面淬火效应研究[D]. 岳彩旭.哈尔滨理工大学 2012
[5]高速切削锯齿形切屑的形成机理及表征[D]. 杨奇彪.山东大学 2012
[6]淬硬工具钢的精密干式硬态车削机理研究[D]. 唐林虎.兰州理工大学 2012
[7]高速切削锯齿形切屑形成过程与形成机理研究[D]. 苏国胜.山东大学 2011
[8]基于韧性失效的航空轻合金切削机理研究[D]. 陈光.天津大学 2012
[9]高速切削航空铝合金变形理论及加工表面形成特征研究[D]. 付秀丽.山东大学 2007
[10]航空整体结构件切削加工过程的数值模拟与实验研究[D]. 成群林.浙江大学 2006
硕士论文
[1]涂层氮化硅刀具切削性能及其应用扩展研究[D]. 汪家华.广东工业大学 2014
[2]40CrNiMo钢硬态切削过程及表面形貌研究[D]. 赵晶晶.郑州大学 2014
[3]烧结和热处理参数对注射成形4140合金钢的影响[D]. 潘王虎.中南大学 2014
[4]淬硬Gcr15轴承钢高速切削仿真及切屑形成机理研究[D]. 杨挺.昆明理工大学 2014
[5]高速硬切削加工表层特征的试验与数值模拟研究[D]. 王晓婷.哈尔滨理工大学 2014
[6]基于有限元仿真的PCBN刀具磨损研究[D]. 张佳奕.哈尔滨理工大学 2014
[7]42CrMo磁轭拉杆的调质处理及表面滚压强化[D]. 肖娟.武汉科技大学 2013
[8]低温MQL流体动力学分析及冷却润滑性能研究[D]. 邹林涛.山东大学 2013
[9]聚晶立方氮化硼刀具硬切削粉末冶金气门座圈的研究[D]. 周前进.合肥工业大学 2013
[10]整体CBN刀具高速切削淬硬高强度钢的机理研究[D]. 朱坤杰.沈阳理工大学 2013
本文编号：3514167
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号说明
缩略词
第一章 绪论
1.1 课题背景和意义
1.2 高强度钢 42CrMo材料特性及应用
1.3 国内、外硬态切削的研究及应用现状
1.4 锯齿形切屑形成机理研究
1.5 本文的主要研究工作
1.6 本章小结
第二章 基于快速落刀装置的切屑根部试样获取研究
2.1 获得锯齿形切屑根部的快速落刀装置
2.1.1 快速落刀装置“冻结”切屑根部的瞬间状态
2.1.2 弹簧式快速落刀装置
2.2 弹簧式快速落刀装置的性能的研究
2.2.1 快速落刀装置的性能评价指标
2.2.2 弹簧式快速落刀装置的性能研究
2.3 硬态切削切屑形成过程实验研究的各个要素
2.3.1 直角切削实验方式的确定
2.3.2 试样的材料热处理与制作
2.3.3 实验选用的刀片性能
2.4 快速落刀及切屑根部试样的金相制备
2.5 根据切屑根部形态划分切屑形成阶段
2.5.1 硬态切削工件变形区的划分
2.5.2 锯齿形切屑形成阶段的划分
2.6 本章小结
第三章 基于切屑根部试样的切屑形成过程研究
3.1 锯齿形切屑形成的初始阶段
3.1.1 前刀面对工件材料的挤压作用
3.1.2 刀尖作用区绝热剪切带的萌生
3.2 锯齿形切屑正在形成阶段
3.2.1 前刀面对工件的挤压作用使得裂纹源萌生
3.2.2 锯齿形切屑正在形成阶段的剪切带
3.2.3 刀尖作用区切屑底层金属的流动
3.2.4 上一个切屑形成周期的切屑节段内剪切带形态
3.3 切屑节段基本形成阶段
3.3.1 前刀面对工件材料的挤压作用
3.3.2 切屑体中的剪切带的形态
3.3.3 刀尖作用区切屑底层材料的分层流动
3.4 锯齿形切屑完全形成阶段
3.4.1 在前刀面作用下切屑节段的最终形成和分离
3.4.2 剪切带形式
3.4.3 切屑底层金属的分层流动
3.5 锯齿形切屑切屑形成过程模型
3.5.1 锯齿形切屑形成过程中剪切角特征
3.5.2 锯齿形切屑形成过程中绝热剪切带行为特征
3.5.3 切屑底面材料的流动特征及其对刀具磨损的影响
3.6 本章小结
第四章 切屑形成过程有限元仿真模拟
4.1 有限元方法的计算过程
4.2 直角自由切削的有限元模型
4.2.1 金属切削方式的确定
4.2.2 弹性变形阶段的有限元模型
4.2.3 塑性变形阶段的有限元模型
4.3 材料本构模型和接触模型
4.3.1 材料的热—粘塑性本构模型
4.3.2 金属切削仿真过程中材料断裂以及切屑分离准则
4.3.3 刀具前、后刀面上的接触情况以及摩擦类型的控制
4.4 锯齿形切屑形成过程的有限元仿真
4.4.1 切削仿真的边界条件
4.4.2 计算与分析
4.5 锯齿形切屑形成过程的有限元仿真与分析
4.5.1 锯齿形切屑的形成过程的切削力特征
4.5.2 锯齿形切屑的形成过程的切削温度特征
4.5.3 锯齿形切屑形成过程的周期性分析
4.5.4 切屑形成过程的周期性特点总结
4.6 不同切削参数下切屑形成的仿真
4.7 硬态切削锯齿形切屑形成模型
4.8 本章小结
第五章 硬态切削已加工表面形成实验研究
5.1 直角自由切削实验的分析
5.1.1 直角自由切削实验安排及实验结果
5.1.2 直角自由切削影响因素研究
5.2 已加工表面层的实验研究
5.2.1 已加工表面波动
5.2.2 已加工表面白层的研究
5.3 本章小结
第六章 硬态切削以车代磨的研究
6.1 淬硬钢以车代磨的外圆车削工艺参数实验研究
6.1.1 外圆车削正交试验安排及结果
6.1.2 实验指标影响因素研究
6.1.3 硬态车削实验结果回归分析
6.2 通过切屑的形态推测切削温度
6.3 硬态切削负前角刀具—工件作用模型
6.3.1 负前角刀具对工件的挤压作用
6.3.2 负前角刀具切削刃前的应力分布
6.3.3 硬态切削负前角刀具—工件作用模型
6.4 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 总结
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
在学期间研究成果及参加科研情况
攻读博士学位期间发表论文及专利
攻读博士学位期间参加科研项目情况
附录：快速落刀刀杆下落速度、加速度计算过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用FEM修正法测量Ti6Al4V管件表面残余应力[J]. 孟龙晖,何宁,杨吟飞,赵威. 哈尔滨工业大学学报. 2015(05)
[2]42CrMo钢大直径长轴件的淬火冷却工艺[J]. 管敏超,李振华,左训伟,陈乃录. 金属热处理. 2015(01)
[3]SKD11硬切削锯齿形切屑形成机理试验研究[J]. 景璐璐,陈明,安庆龙. 中国机械工程. 2014(23)
[4]Method for Measuring Residual Stresses Induced by Boring in Internal Surface of Tube and Its Validation with XRD Method[J]. 孟龙晖,何宁,杨吟飞,赵威,戎斌. Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. 2014(05)
[5]TC4管状零件内壁加工残余应力计算及其有限元分析[J]. 孟龙晖,何宁,李亮. 中国机械工程. 2014(19)
[6]TC4零件铣削加工残余应力自平衡前值的测量及其有限元分析[J]. 孟龙晖,何宁,李亮,杨吟飞,赵威. 稀有金属材料与工程. 2014(08)
[7]硬态切削工件表面白层厚度预测方法[J]. 徐颖强,李娜娜,李万钟,郭彩虹. 机械工程学报. 2015(03)
[8]高速切削过程绝热剪切局部化断裂的特性试验[J]. 谷丽瑶,王敏杰,孙传俊. 机械工程学报. 2014(15)
[9]42CrMo钢车轮锻件在淬火过程中的残余应力研究[J]. 李永奎,陈俊丹,陆善平. 金属学报. 2014(01)
[10]凹模异形精密模具以车代磨技术与应用[J]. 文德林. 金属加工(冷加工). 2013(23)
博士论文
[1]高强高硬钢硬态切削的切削性能实验研究[D]. 杨昊.北京理工大学 2014
[2]多硬度拼接淬硬钢铣削动力学研究[D]. 王扬渝.浙江工业大学 2013
[3]大型筒节零件高效切削及刀具技术研究[D]. 何耿煌.哈尔滨理工大学 2013
[4]模具钢硬态切削过程刀具磨损及表面淬火效应研究[D]. 岳彩旭.哈尔滨理工大学 2012
[5]高速切削锯齿形切屑的形成机理及表征[D]. 杨奇彪.山东大学 2012
[6]淬硬工具钢的精密干式硬态车削机理研究[D]. 唐林虎.兰州理工大学 2012
[7]高速切削锯齿形切屑形成过程与形成机理研究[D]. 苏国胜.山东大学 2011
[8]基于韧性失效的航空轻合金切削机理研究[D]. 陈光.天津大学 2012
[9]高速切削航空铝合金变形理论及加工表面形成特征研究[D]. 付秀丽.山东大学 2007
[10]航空整体结构件切削加工过程的数值模拟与实验研究[D]. 成群林.浙江大学 2006
硕士论文
[1]涂层氮化硅刀具切削性能及其应用扩展研究[D]. 汪家华.广东工业大学 2014
[2]40CrNiMo钢硬态切削过程及表面形貌研究[D]. 赵晶晶.郑州大学 2014
[3]烧结和热处理参数对注射成形4140合金钢的影响[D]. 潘王虎.中南大学 2014
[4]淬硬Gcr15轴承钢高速切削仿真及切屑形成机理研究[D]. 杨挺.昆明理工大学 2014
[5]高速硬切削加工表层特征的试验与数值模拟研究[D]. 王晓婷.哈尔滨理工大学 2014
[6]基于有限元仿真的PCBN刀具磨损研究[D]. 张佳奕.哈尔滨理工大学 2014
[7]42CrMo磁轭拉杆的调质处理及表面滚压强化[D]. 肖娟.武汉科技大学 2013
[8]低温MQL流体动力学分析及冷却润滑性能研究[D]. 邹林涛.山东大学 2013
[9]聚晶立方氮化硼刀具硬切削粉末冶金气门座圈的研究[D]. 周前进.合肥工业大学 2013
[10]整体CBN刀具高速切削淬硬高强度钢的机理研究[D]. 朱坤杰.沈阳理工大学 2013
本文编号：3514167
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