水室封头加工刀具残余应力产生原因探究及有限元分析

发布时间：2017-07-08 19:03

  本文关键词：水室封头加工刀具残余应力产生原因探究及有限元分析

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【摘要】：在对水室封头切削加工工艺进行研究过程中，发现在其拉荒过程中重型焊接车刀的破损情况严重，，导致生产效率极低。而刀具残余应力是造成刀具在切削过程中过早失效的重要原因之一，对于重型焊接车刀而言残余应力的来源主要有两方面，即由焊接产生的残余应力和由切削产生的残余应力，本文分别对这两种来源的残余应力进行研究分析。 首先，从焊接车刀的各部分（YT5刀片，钎料，45钢刀体）的材料属性和焊接工艺进行分析，探究焊接残余应力产生的主要原因，并进行焊接试验，再针对焊接过程相关参数对焊接残余应力进行有限元仿真分析，根据仿真结果分析焊接车刀中焊接残余应力分布情况，并为焊接残余应力测试中测试点位置的确定提供依据。 其次，对切削过程中温度场和应力场进行分析，通过有限元仿真分析切削温度和切削应力对刀具残余应力影响，并利用切削试验对理论分析结论进行验证，同时对刀片进行磨损试验，确定月牙洼磨损中心位置，分析切削残余应力与月牙洼磨损之间的关系。 进而，对纳米压痕法基本原理进行分析基础上，优选纳米压痕法测试的最佳理论模型，对焊接刀片焊缝处和刀片切削区域进行残余应力测试试验，并分别对试验结果进行分析。在对焊接刀片测试之前，先利用扫描电镜选择无明显焊接缺陷并且焊接各部分元素扩散良好的试件进行测试。 最后，在对重型焊接刀具焊接残余应力和切削残余应力的研究基础上，尝试对两种形式的残余应力进行控制，为了降低焊接残余应力，对焊后的刀具进行振动时效和超声冲击处理，并对处理后样件进行验证性试验。而为了降低切削残余应力，利用有限元仿真优化切削参数，并且根据重型切削加工要求设计新型三维槽型刀片。
【关键词】：刀具残余应力 硬质合金 纳米压痕法 振动时效 水室封头
【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】：2015
【分类号】：TG404;TG506
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题来源及研究目的和意义10-13
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 课题研究目的和意义10-13
• 1.2 残余应力国内外研究现状13-17
• 1.2.1 残余应力的主要来源13-14
• 1.2.2 焊接残余应力国内外研究现状14
• 1.2.3 切削残余应力的研究现状14-15
• 1.2.4 残余应力测试方法研究现状15-16
• 1.2.5 残余应力调整及控制方法研究现状16-17
• 1.3 课题研究的主要内容17-19
• 第2章 重型焊接车刀残余应力分析19-29
• 2.1 重型车刀焊接工艺分析19-22
• 2.2 焊接残余应力产生原因探究22-24
• 2.3 焊接残余应力的数值模拟分析24-28
• 2.3.1 焊接数值模拟基本理论24-26
• 2.3.2 硬质合金刀片焊接有限元分析26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 刀具切削残余应力产生机理分析29-45
• 3.1 切削温度对刀具残余应力的影响29-35
• 3.1.1 车削过程中刀具温度场分布研究29-31
• 3.1.2 二维车削温度场有限元理论分析31-33
• 3.1.3 由切削温度引起的残余应力分析33-35
• 3.2 切削应力对刀具残余应力的影响35-40
• 3.2.1 前刀面应力分布规律研究35-37
• 3.2.2 水室封头材料 508Ⅲ钢切削试验37-40
• 3.3 切削应力场及温度场仿真分析40-41
• 3.4 切削残余应力与月牙洼磨损关系探讨41-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 残余应力测试试验研究45-57
• 4.1 纳米压痕测试实验45-46
• 4.2 纳米压痕测试原理分析46-50
• 4.2.1 纳米硬度测量原理分析46-47
• 4.2.2 纳米压痕测试残余应力原理分析47-50
• 4.3 残余应力测试试验50-56
• 4.3.1 焊接残余应力测试分析50-55
• 4.3.2 切削残余应力测试分析55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 刀具残余应力的控制方法研究57-73
• 5.1 振动时效法对焊接残余应力影响57-61
• 5.1.1 振动时效法消除残余应力机理分析57-58
• 5.1.2 振动时效工艺研究58-61
• 5.2 振动时效试验研究61-66
• 5.2.1 传统振动时效处理试验62-63
• 5.2.2 超声冲击试验63-65
• 5.2.3 两种试验效果对比分析65-66
• 5.3 切削残余应力控制方法研究66-71
• 5.3.1 切削参数仿真优化66-68
• 5.3.2 刀具结构优化设计68-71
• 5.4 本章小结71-73
• 结论73-75
• 参考文献75-78
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文78-79
• 致谢79

【参考文献】

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本文编号：535838