硬质合金刀具粘结破损热力学分析及熵产生模型建立

发布时间：2017-07-17 11:20

  本文关键词：硬质合金刀具粘结破损热力学分析及熵产生模型建立

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【摘要】：2.25Cr1Mo0.25V钢是我国石油工业生产中使用的核心设备加氢反应器筒节的重要金属材料，2.25Cr1Mo0.25V具有强度高、塑性好、耐高温等优点，是一种非常难加工的材料，刀具破损现象频发，严重制约了生产效率的提高与生产成本的控制。本文依托国家自然科学基金(课题编号：51075109)“高效重型切削筒节材料刀具粘结破损机理研究”，，针对硬质合金刀具切削2.25CrlMo0.25V过程中刀具粘结破损严重问题，利用热力学理论对刀具的粘结破损进行分析研究。 首先，搭建了以工件材料为2.25Cr1Mo0.25V钢的切削实验平台，进行了硬质合金刀具粘结破损对比实验，从中选择出了粘结破损更为严重的YG8刀具；分析了刀-屑接触状态，建立了刀-屑接触面积的计算公式；根据切削力实验数据建立了切削力经验公式，并通过实验进行了验证。 其次，根据切削热的传导模型计算出了传入刀具的热流密度；分析了刀具材料和切削参数对切削温度的影响规律；通过Thirdwave有限元仿真软件，对刀具温度场进行了仿真分析，并获得了刀具前刀面的温度分布，发现距切削刃大约0.5mm处时切削温度达到最大值，为研究切削温度对粘结破损的影响规律提供了基础。 最后，简要分析了硬质合金刀具粘结破损的形成条件和形成过程，并分析了切削温度和微裂纹对粘结破损的影响；通过建立的粘结破损吉布斯自由能函数对粘结破损进行热力学分析，建立了刀具粘结破损深度和粘结吉布斯自由能之间的关系式。根据最小熵产生原理建立了塑性变形区和刀-屑接触区的熵产生模型，并对模型进行了简要的分析和验证。
【关键词】：硬质合金刀具 粘结破损 热力学 熵产生模型
【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】：TG711
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 切削力和切削温度的研究现状11-12
• 1.3 刀具粘结破损热力学研究现状12-14
• 1.4 刀具粘结破损的热力学基础14-15
• 1.4.1 热力学的经典物理概念14
• 1.4.2 非平衡态热力学局部平衡假设14-15
• 1.5 论文主要研究内容15-17
• 第2章 刀具切削 2.25Cr1Mo0.25V 钢切削力分析17-29
• 2.1 筒节材料粘结破损实验17-23
• 2.1.1 实验方案设计17-20
• 2.1.2 实验结果分析20-23
• 2.2 刀-屑接触区面积分析23-25
• 2.2.1 刀-屑接触状态分析23-24
• 2.2.2 刀-屑接触区面积分析24-25
• 2.3 刀具切削力经验公式的建立25-28
• 2.3.1 切削力经验公式建立25-27
• 2.3.2 切削力经验公式验证27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 刀具切削 2.25Cr1Mo0.25V 钢切削热分析29-42
• 3.1 切削热的产生及传导29-30
• 3.2 传入刀具的热流密度30-32
• 3.3 刀具切削过程中的切削温度分析32-35
• 3.3.1 刀具材料对切削温度影响分析33-34
• 3.3.2 切削参数对切削温度影响分析34-35
• 3.4 刀具温度场仿真35-40
• 3.4.1 工件材料本构模型36
• 3.4.2 仿真几何模型36-37
• 3.4.3 刀-屑接触区摩擦模型37-38
• 3.4.4 仿真结果分析38-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第4章 硬质合金刀具粘结破损的热力学分析42-52
• 4.1 粘结破损的形成过程分析42-47
• 4.1.1 粘结破损的条件42-43
• 4.1.2 粘结破损的形成过程43-45
• 4.1.3 切削温度对粘结破损的影响45-46
• 4.1.4 表面微裂纹对粘结破损的影响46-47
• 4.2 粘结破损吉布斯自由能47-48
• 4.3 粘结破损的热力学分析48-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 硬质合金刀具切削筒节材料的熵产生模型52-59
• 5.1 最小熵产生原理52
• 5.2 刀具切削筒节材料的熵产生模型52-55
• 5.2.1 塑性变形区的熵产生模型52-55
• 5.2.2 刀-屑接触区的熵产生模型55
• 5.3 熵产生模型的分析55-57
• 5.4 熵产生模型的验证57-58
• 5.5 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文64-65
• 致谢65

【参考文献】

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1 邵芳;难加工材料切削刀具磨损的热力学特性研究[D];山东大学;2010年

本文编号：553358