高強(qiáng)度鋼42CrMo硬態(tài)切削切屑形成機(jī)理的研究.pdf

1、使用整體淬硬或表面硬化處理的高強(qiáng)度鋼制造機(jī)械零件，通常能在接近材料物理力學(xué)極限的條件下工作，可以充分發(fā)揮材料的性能。隨著對(duì)機(jī)械零件性能要求的提高，各種高強(qiáng)、高硬鋼的應(yīng)用范圍越來越大，“以切代磨”的硬態(tài)切削技術(shù)取得了很大的進(jìn)展，越來越多地替代磨削作為零件的最終加工工序。目前在硬態(tài)切削的切削力、切削熱、絕熱剪切理論以及鋸齒形切屑形成機(jī)理等方面已經(jīng)開展了比較深入的研究，并取得了非常有價(jià)值的成果，然而，硬態(tài)切削切屑形成機(jī)理在很多方面尚不明確，且

2、尚未形成系統(tǒng)的科學(xué)研究體系。淬硬鋼的硬態(tài)切削是當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究的很有意義的課題，是近年來金屬切削研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。
　　本文的主要工作及成果如下：
　　1.通過高速攝像技術(shù)，獲得彈簧式快速落刀裝置在落刀過程中刀桿的運(yùn)動(dòng)軌跡，分析該裝置的落刀速度、加速度。結(jié)果表明，該裝置完全勝任本文實(shí)驗(yàn)研究硬態(tài)切削過程切屑形成機(jī)理的需要，使用該裝置得到的切屑根部試樣真實(shí)、可靠。
　　2.通過快速落刀實(shí)驗(yàn)獲得切屑根部試樣制成的金相

3、標(biāo)本，研究硬態(tài)切削鋸齒形切屑形成過程中多場(chǎng)強(qiáng)作用機(jī)制。根據(jù)其低倍顯微形態(tài)將硬態(tài)切削42CrMo的鋸齒形切屑形成過程劃分為4個(gè)階段。
　　對(duì)切屑形成4個(gè)階段的切屑根部試樣分別用高倍金相組織顯微鏡觀察，通過金相組織分析技術(shù)，結(jié)合顯微硬度測(cè)試結(jié)果，研究在切屑形成過程中工件材料經(jīng)歷的高應(yīng)力、高應(yīng)變、高應(yīng)變率過程以及溫度升高溫、熱量散失狀態(tài)下切削區(qū)動(dòng)態(tài)行為與變化規(guī)律，揭示切削過程中工件在多場(chǎng)強(qiáng)作用條件下形成鋸齒形切屑的機(jī)理，建立形成鋸齒形切

4、屑各階段的模型。
　　分析表明：在硬態(tài)切削42CrMo切屑形成過程中，絕熱剪切帶形成于刀尖附近，在切削過程中向材料內(nèi)部擴(kuò)展；鋸齒形切屑的裂紋源起始于工件自由表面，在切屑形成過程中向材料內(nèi)部擴(kuò)展。最終導(dǎo)致切屑分離的因素是裂紋的擴(kuò)展。
　　3.使用Abaqus軟件模擬硬態(tài)切削過程，從有限元仿真的可視化結(jié)果出發(fā)，著重分析了切屑形成過程各個(gè)階段的切削力、切削熱（溫度）變化特征，以及工件材料的應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)、溫度場(chǎng)情況。將仿真結(jié)果與實(shí)

5、驗(yàn)結(jié)果對(duì)照，有力地揭示了硬態(tài)切削42CrMo鋼的切屑形成機(jī)理，進(jìn)一步完善切屑形成過程模型。
　　通過考察一個(gè)完整的鋸齒形切屑形成周期的切削區(qū)應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)、溫度場(chǎng)變化過程，揭示了硬態(tài)切削鋸齒形切屑形成過程切削力、切削溫度、切削應(yīng)力各參數(shù)變化的周期性特征以及動(dòng)態(tài)過程不同步的特點(diǎn)。
　　4.建立直角自由切削、外圓車削研究硬態(tài)切削測(cè)力、測(cè)溫、切屑形態(tài)、切屑流動(dòng)、已加工表面質(zhì)量實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　　采用正交試驗(yàn)法，實(shí)驗(yàn)研究直角自由切

6、削條件下硬態(tài)切削42CrMo已加工表面白層形成的機(jī)制及工藝參數(shù)的影響。針對(duì)硬態(tài)切削加工過程形成鋸齒形切屑的特點(diǎn)，建立在負(fù)前角刀具作用下切屑—已加工表面形成過程的模型。
　　5.采用正交試驗(yàn)法，實(shí)驗(yàn)研究外圓硬態(tài)車削的工藝參數(shù)。外圓硬態(tài)車削過程中的切削力、已加工表面粗糙度結(jié)果受到加工參數(shù)的合理組合影響。建立硬態(tài)車削切削力、表面粗糙度模型。
　　本文旨在通過理論研究、仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究探索高強(qiáng)度鋼42CrMo硬態(tài)切削切屑形成機(jī)理，