金属模具表面高效低成本的精密加工新技术研究

发布时间：2017-08-31 09:20

  本文关键词：金属模具表面高效低成本的精密加工新技术研究

  更多相关文章： 声电耦合表面处理 电切削 微观组织演变 表面纳米化

【摘要】：本文研究了一个高效、低成本的金属模具加工工艺,提出了电脉冲辅助金属切削加工技术,并通过电脉冲和超声外场耦合处理金属表面,制备出纳米梯度层以提高表面机械性能,初步讨论了电脉冲加速晶粒细化提高金属塑性的作用机制。首先,介绍了一种切削加工性能改良的新型模架专用钢XGY55C。通过对切削温度,切削力和刀具磨损三个方面的研究,分析比较了新型模架钢XGY55C与传统模架钢S50C的切削加工性能。研究表明新型模架钢切削时切屑表面最高温度值较低,主切削力较小,因而刀具磨损小,具有更优的切削加工性能,可以为模具行业提供一种更优的钢材选择。其次,研究了电脉冲作为一种提高材料加工性能的新方法被引入到调质45钢的切削加工中。电脉冲对切削性能、显微结构演变和表面质量等方面的影响进行了研究。研究结果表明电脉冲对切削过程有明显的改善作用,分为以下三个方面:(1)急剧地减小了主切削力、被加工样品表面硬度和表面粗糙度;(2)提高了加工效率,延长了刀具使用寿命;(3)减小了切削过程中由加工硬化造成的流变硬化层的厚度。随着电流密度的增加,切屑明显增长,切屑形貌和显微组织也不断改善。电脉冲不仅可以提高塑性变形能力,还能增加样品与刀具之间的润滑性能。最后,研究了高能电脉冲与超声耦合处理调质45钢对其表面性能和显微组织演变的影响。通过与超声表面处理相比,声电耦合表面处理可以得到更细小的显微结构。实验结果表明表面强化层的厚度为700μm,增加了40%。表面纳米层的晶粒尺寸减小到30~50nm。调质45钢的表面粗糙度减至0.25μm,表面硬度大幅提高到460HV。室温下显微结构和表面硬度的提升,主要是由于在电脉冲作用下表面强化层内的原子加速扩散,提高了表层塑性变形的能力。正是由于电脉冲辅助超声强化表面作用,表面纳米化进程才能得以更快更显著。
【关键词】：声电耦合表面处理 电切削 微观组织演变 表面纳米化
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG506;TG174.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 引言8-18
• 1.1 模架钢发展现状8-9
• 1.2 金属表面加工技术概述9-13
• 1.2.1 表面加工9-10
• 1.2.2 表面改性10-11
• 1.2.3 表面纳米化11-13
• 1.3 电脉冲在金属加工中的应用13-15
• 1.3.1 电致塑性13
• 1.3.2 电脉冲对材料性能的影响13-14
• 1.3.3 电脉冲对金属切削性能的影响14-15
• 1.4 超声表面强化在金属加工中的应用15-16
• 1.4.1 超声处理表面技术15
• 1.4.2 超声处理表面技术的优劣15-16
• 1.5 选题意义与研究内容16-18
• 1.5.1 选题意义16-17
• 1.5.2 研究内容17-18
• 第2章 实验方案和实验内容18-27
• 2.1 研究思路18-19
• 2.2 实验设备19-22
• 2.2.1 新型模架钢测试切削性能实验设备19
• 2.2.2 电脉冲辅助金属切削加工实验设备19-21
• 2.2.3 声电耦合外场加工金属表面实验设备21-22
• 2.3 实验材料22-23
• 2.3.1 模架钢切削实验材料22-23
• 2.3.2 电切削与声电耦合表面加工实验材料23
• 2.4 实验内容和实验方法23-25
• 2.4.1 模架钢切削性能对比实验23
• 2.4.2 电脉冲辅助金属切削实验23-24
• 2.4.3 声电耦合处理金属表面实验24-25
• 2.5 实验表征25-27
• 2.5.1 刀具磨损25-26
• 2.5.2 表面形貌和显微组织表征26-27
• 第3章 新型易切削模架专用钢加工性能的研究27-37
• 3.1 力学与热学性能27-29
• 3.2 金相组织和硫化物29-30
• 3.3 加工过程主切削力和产生的切屑30-33
• 3.4 刀具加工区切削最高温度33-34
• 3.5 刀具寿命和磨损34-36
• 3.6 本章总结36-37
• 第4章 电脉冲对切削金属过程的影响37-51
• 4.1 电切削 20Cr对其表面粗糙度的影响37-38
• 4.2 脉冲频率和电流密度对切削力的影响38-41
• 4.3 加工后表面粗糙度和切屑表面最高温度41-44
• 4.4 切削后表面质量和表层显微结构44-47
• 4.5 切屑形貌和组织的变化47-48
• 4.6 电脉冲作用机理分析48-49
• 4.7 本章总结49-51
• 第5章 声电耦合处理金属表面对其性能的影响51-64
• 5.1 表面形貌51-54
• 5.2 表层硬度梯度54-56
• 5.3 表层显微组织56-60
• 5.4 表层晶粒尺寸和应力分布60-62
• 5.5 本章总结62-64
• 第6章 结论64-65
• 参考文献65-71
• 致谢71-73
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果73

【参考文献】

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本文编号：764747