淬硬模具钢已加工表面变质层的研究

发布时间：2017-09-07 11:02

  本文关键词：淬硬模具钢已加工表面变质层的研究

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【摘要】：高强度钢由于较高的承载能力和综合性能而广泛应用于汽车制造、模具及航空航天等领域。高强度钢精密硬态切削工艺具有良好的加工柔性、经济性和环保性，是一种有广阔发展空间的先进加工工艺。高强钢硬态切削过程会在已加工表面和亚表面造成显著的淬火效应，淬火效应的体现指标就是已加工表面形成了变质层，变质层会对工件的使用性能产生较大的影响，因此研究变质层就显得很重要了。 针对已加工表面形成的变质层，本文结合材料学科相关知识，利用PCBN刀具切削加工模具钢Cr12MoV进行切削实验，深入研究模具钢Cr12MoV已加工表面形成的变质层。 首先，分析不同热处理方式下的Cr12MoV材料的金相组织结构，确定不同热处理方式下的金相组织结构，然后结合仿真模拟机械加工过程的温升过程，分析温升速率对相变点的影响情况； 其次，以PCBN刀具加工Cr12MoV模具钢实验为基础，通过测量已加工表面的显微硬度及表面硬度，以白层的厚度及其连续性和变质层的厚度为考察指标，分析切削条件对变质层形成的影响； 再次，从研究热力耦合作用出发，结合材料学相关知识，并且建立衍射曲线峰值和硬度的关系曲线，以此为依据将机械加工中的热力耦合作用进行分离； 最后，通过MATLAB数值仿真软件同时结合移动热源的改进模型对Cr12MoV已加工表面温度场分布进行研究，并且根据相变点理论提出一种变质层厚度预测的新方法，然后对已加工表面变质层厚度进行了工艺参数的优化，，初步实现淬火效应的可控化。
【关键词】：高强度钢 硬态切削 数值仿真 工艺参数优化
【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】：TG142.45
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题来源与研究的目的和意义11-12
• 1.1.1 课题来源11
• 1.1.2 课题研究的背景和意义11-12
• 1.2 已加工表面变质层的研究现状12-18
• 1.2.1 变质层概述12-13
• 1.2.2 变质层的形成机制的研究现状13-14
• 1.2.3 变质层对已加工表面质量的影响研究现状14-15
• 1.2.4 变质层厚度预测及建模的研究现状15-18
• 1.2.5 存在的问题18
• 1.3 论文的研究目标及主要研究内容18-21
• 1.3.1 论文的研究目标18-19
• 1.3.2 主要研究内容19-21
• 第2章 Cr12MoV 材料的相变机制21-33
• 2.1 Cr12MoV 材料属性简介21-23
• 2.1.1 二次淬火效应简介21
• 2.1.2 合金元素对 Cr12MoV 组织性能的影响21-22
• 2.1.3 Cr12MoV 材料的热处理特点22-23
• 2.2 不同热处理工艺下 Cr12MoV 的金相组织结构研究23-27
• 2.2.1 实验设备及实验方案23-24
• 2.2.2 金相组织结构分析24-26
• 2.2.3 不同热处理下 Cr12MoV 力学性能的分析26-27
• 2.3 切削加工中 Cr12MoV 相变机制的研究27-32
• 2.3.1 Cr12MoV 相变机制概述27-28
• 2.3.2 合金元素对 Cr12MoV 相变机制的影响28
• 2.3.3 高速切削加工中 Cr12MoV 材料温升时间的确定28-29
• 2.3.4 不同温升速率对 Cr12MoV 相变点的影响29-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 硬态切削加工中变质层的形成机理33-47
• 3.1 实验设备及方案33-36
• 3.1.1 实验材料及设备33-35
• 3.1.2 实验方案的制定35-36
• 3.2 切削加工中变质层微观机理分析36-38
• 3.2.1 试样的制备36
• 3.2.2 变质层微观金相组织的观察36-37
• 3.2.3 变质层微观组织的 SEM 观察37-38
• 3.3 切削条件对变质层形成的影响因素分析38-44
• 3.3.1 刀具磨损对变质层形成的影响38-40
• 3.3.2 切削速度对变质层形成的影响40-41
• 3.3.3 进给量对变质层形成的影响41-43
• 3.3.4 背吃刀量对变质层形成的影响43-44
• 3.3.5 连续白层形成的条件分析44
• 3.4 变质层厚度及硬度的相关性分析44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 淬火效应中热力耦合作用的研究47-60
• 4.1 高速切削加工中热力耦合作用的概述47-48
• 4.1.1 机械加工中热力耦合作用的研究指标简述47-48
• 4.1.2 热力耦合作用对变质层形成影响的分析48
• 4.2 热力耦合作用分离的理论基础48-51
• 4.2.1 X 衍射峰值与硬度的关系概述48-49
• 4.2.2 高斯曲线参数的计算49-50
• 4.2.3 热作用和机械作用的分离实验方案50-51
• 4.3 GCP-硬度曲线的获得51-54
• 4.3.1 热处理实验获得硬度分布51
• 4.3.2 x 衍射实验测量与硬度同位置的 GCP 值51-53
• 4.3.3 拟合 GCP-硬度曲线53-54
• 4.4 热作用和机械作用对变质层形成的影响研究54-59
• 4.4.1 热力耦合作用的分离准则54
• 4.4.2 结合切削速度分析热力耦合作用对变质层硬度的影响54-56
• 4.4.3 结合刀具磨损分析热力耦合作用对变质层硬度的影响56-57
• 4.4.4 结合进给量分析热力耦合作用对变质层硬度的影响57-58
• 4.4.5 结合背吃刀量分析热力耦合作用对变质层硬度的影响58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 变质层厚度的预测建模及工艺参数优化60-74
• 5.1 变质层厚度预测方法介绍60-63
• 5.1.1 均值法60-61
• 5.1.2 基于图像处理技术预测白层厚度61-62
• 5.1.3 拟合边界曲线法62-63
• 5.2 已加工表面温度场分布的研究63-68
• 5.2.1 刀具磨损对切削热的影响63-64
• 5.2.2 移动热源等效模型的建立64-66
• 5.2.3 基于 matlab 软件分析已加工表面温度场的分布66-68
• 5.3 变质层厚度的预测建模及参数优化68-72
• 5.3.1 变质层厚度的预测方法及验证68-70
• 5.3.2 变质层厚度及表面硬度的预测建模及优化70-72
• 5.4 变质层厚度及硬度的预测界面的建立72-73
• 5.5 验证实验分析优化结果73
• 5.6 本章小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-80
• 攻读学位期间发表的学术论文及专利80-81
• 致谢81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 张凌飞,张弘_";硬态车削表面白层厚度的影响因素分析[J];工具技术;2004年11期

2 冷艳;黄维刚;;热处理工艺对Cr12MoV钢组织、硬度及耐磨性的影响[J];四川冶金;2010年01期

3 王耀武;曹明宇;闫振;;Cr12MoV钢的锻造和热处理工艺[J];热处理;2014年04期

4 庞俊忠;王敏杰;李国和;段春争;;高速切削淬硬钢的研究进展[J];中国机械工程;2006年S2期

本文编号：809144