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、高應變、高切削熱等特點，切削區(qū)材料的晶體會發(fā)生劇烈的變形和材料相變，形成變質層。且切屑通常呈現(xiàn)鋸齒狀，鋸齒形切屑變質層的存在對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，因此研究切屑變質層的形成機理具有重要的意義。
　　本文依托國家自然科學基金的資助，研究了切削過程應力、應變、溫度場等物理量的形成機理，并探究了切屑變質層的相變機制，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，對銑削過程進行了仿真模擬，并對有限元模型仿真結果的有效性進行了驗證。模型結果表明，銑削過程（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，進而隨著刀具的運動，切屑厚度減小，切屑慢慢變成連續(xù)形態(tài)。與實驗結果對比，仿真切削力的誤差不超過10％，驗證了有限元模型的準確性。研究分析了銑削過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果，分析了H13鋼切屑形成過程及變質層相變。研究了切屑背面與絕熱剪切帶內(nèi)的應力、應變、溫度分布與實驗變質層分布規(guī)律。結果表明，切屑背面與絕熱剪切帶內(nèi)變質層分布與應力、應變、溫度高度吻合。絕熱剪切帶內(nèi)變質層與晶粒變形、再結晶有關，切屑背面變質層的形成與相變有關。通過理論分析研究了硬態(tài)銑削過程中合金元素、應力、應變能對奧氏體化相變溫度的影響規(guī)律。結合有限元仿真結果，對硬態(tài)銑削變質層尺寸進行了預測，預測

4、結果與實驗結果誤差不超過15％，對變質層的相變機制研究有著重要的意義。
　　(3)結合不同切削參數(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價指標變化規(guī)律。對加工表面形貌進行了分析，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)驗模型并進行了顯著性檢驗。分析了不同參數(shù)對殘余應力的影響規(guī)律，并建立了基于二次多項式的殘余應力經(jīng)驗模型。以加工硬化作為評價指

5、標分析不同參數(shù)條件下的工件表面質量，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，塑性強化作用逐漸減小，熱軟化作用逐漸加強，在一定深度內(nèi)熱軟化作用大于強化作用，硬度小于基體硬度。
　　本研究分析了切屑變質層的形成機制，研究了H13鋼銑削加工表面完整性，可以為揭示H13鋼銑削機理、指導銑削加工