H13鋼硬態(tài)銑削切屑相變及加工表面完整性研究.pdf

1、H13鋼硬態(tài)切削具有大塑性變形、高應(yīng)變、高切削熱等特點(diǎn)，切削區(qū)材料的晶體會(huì)發(fā)生劇烈的變形和材料相變，形成變質(zhì)層。且切屑通常呈現(xiàn)鋸齒狀，鋸齒形切屑變質(zhì)層的存在對(duì)刀具與切屑之間的摩擦產(chǎn)生影響，影響切削溫度、切削力與刀具磨損等，因此研究切屑變質(zhì)層的形成機(jī)理具有重要的意義。
　　本文依托國(guó)家自然科學(xué)基金的資助，研究了切削過(guò)程應(yīng)力、應(yīng)變、溫度場(chǎng)等物理量的形成機(jī)理，并探究了切屑變質(zhì)層的相變機(jī)制，分析了加工表面完整性，為優(yōu)化銑削工藝，獲得性能符

2、合要求的工件提供技術(shù)支持。主要研究工作如下:
　　(1)建立了H13鋼硬態(tài)銑削二維有限元仿真模型，對(duì)銑削過(guò)程進(jìn)行了仿真模擬，并對(duì)有限元模型仿真結(jié)果的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。模型結(jié)果表明，銑削過(guò)程（順銑）中，切屑的厚度由厚變薄，在銑削初始階段切屑成鋸齒狀，進(jìn)而隨著刀具的運(yùn)動(dòng)，切屑厚度減小，切屑慢慢變成連續(xù)形態(tài)。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，仿真切削力的誤差不超過(guò)10％，驗(yàn)證了有限元模型的準(zhǔn)確性。研究分析了銑削過(guò)程中切削溫度隨切削速度與刀具鈍圓半徑的變化

3、規(guī)律
　　(2)基于有限元仿真的結(jié)果，分析了H13鋼切屑形成過(guò)程及變質(zhì)層相變。研究了切屑背面與絕熱剪切帶內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度分布與實(shí)驗(yàn)變質(zhì)層分布規(guī)律。結(jié)果表明，切屑背面與絕熱剪切帶內(nèi)變質(zhì)層分布與應(yīng)力、應(yīng)變、溫度高度吻合。絕熱剪切帶內(nèi)變質(zhì)層與晶粒變形、再結(jié)晶有關(guān)，切屑背面變質(zhì)層的形成與相變有關(guān)。通過(guò)理論分析研究了硬態(tài)銑削過(guò)程中合金元素、應(yīng)力、應(yīng)變能對(duì)奧氏體化相變溫度的影響規(guī)律。結(jié)合有限元仿真結(jié)果，對(duì)硬態(tài)銑削變質(zhì)層尺寸進(jìn)行了預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)

4、結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差不超過(guò)15％，對(duì)變質(zhì)層的相變機(jī)制研究有著重要的意義。
　　(3)結(jié)合不同切削參數(shù)，研究了考慮刀具鈍圓半徑影響的H13鋼硬態(tài)銑削表面完整性各評(píng)價(jià)指標(biāo)變化規(guī)律。對(duì)加工表面形貌進(jìn)行了分析，銑削表面形貌具有明顯的周期性。分析了不同參數(shù)對(duì)表面粗糙度的影響規(guī)律，建立了考慮刀具鈍圓半徑影響的表面粗糙度的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒⑦M(jìn)行了顯著性檢驗(yàn)。分析了不同參數(shù)對(duì)殘余應(yīng)力的影響規(guī)律，并建立了基于二次多項(xiàng)式的殘余應(yīng)力經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。以加工硬化作為評(píng)價(jià)指

5、標(biāo)分析不同參數(shù)條件下的工件表面質(zhì)量，研究了表層顯微硬度、表面層硬化程度隨參數(shù)的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，加工硬化程度隨鈍圓半徑的增大而顯著增大。對(duì)工件亞表層的顯微硬度分析發(fā)現(xiàn)，顯微維氏硬度隨層深的增大而逐漸減小，即隨著層深的增大，塑性強(qiáng)化作用逐漸減小，熱軟化作用逐漸加強(qiáng)，在一定深度內(nèi)熱軟化作用大于強(qiáng)化作用，硬度小于基體硬度。
　　本研究分析了切屑變質(zhì)層的形成機(jī)制，研究了H13鋼銑削加工表面完整性，可以為揭示H13鋼銑削機(jī)理、指導(dǎo)銑削加工