| 题名 | 淬硬工具钢的精密干式硬态车削机理研究 |
| 作者 | 唐林虎 |
| 答辩日期 | 2012 |
| 导师 | 黄建龙 |
| 关键词 | FDHT 淬硬工具钢 切削力 锯齿形切屑 温度 已加工表面 预测模型 |
| 学位名称 | 博士 |
| 英文摘要 | 干式硬态切削(Dry Hard Cutting, DHC)是用单刃刀具在不使用切削液或最小量润滑技术的条件下加工淬硬工件(50-70HRC),获得较高精度的切削技术。该技术是20世纪80年代以来发展起来的,它具有高效率、低能耗、无污染、已加工表面损伤小等优点,是最具应用前景的先进制造技术。目前,对这一新技术的研究还很少,这在很大程度上限制了其在生产中的推广和应用。针对精密干式硬态车削(Finish Dry Hard Turning, FDHT)加工不同淬硬状态工具钢Cr12MoV过程中的力学特性、锯齿形切屑、切削热与温度场、表面粗糙度、已加工表面微观形貌以及白层等问题,采用由数控车床、红外线测温仪、电子扫描镜、3D形貌仪等设备组成的试验测试系统,重点研究了聚晶立方氮化硼(Polycrystalline Cubic Boron Nitride, PCBN)刀具FDHT不同淬硬状态工具钢的车削机理。主要研究内容和贡献如下：(1)通过试验法获得了不同淬硬状态工具钢的拉、压力学性能以及摩擦磨损性能。(2)针对FDHT过程中的几何模型与车削条件,建立了小切深-大刀尖圆弧半径-斜角车削条件下,切削层单位面积切削力及材料去除率的计算模型;采用单因素法分析了FDHT加工淬硬工具钢时,切削用量、刀具前角、工件淬火硬度、刀尖圆弧半径等因素对切削力的影响规律;运用极差法与方差法,分析了切削用量、工件淬火硬度、刀尖圆弧半径的主效应及二次交互效应对主切削力FZ、径向力FY、进给力Fx影响的显著性,并优化了工艺参数;利用正交回归法(Orthogonal Regression Methodology, ORM)与响应曲面法(Response Surface Methodology, RSM),建立了以切削速度v、切削深度ap、走刀量f、工件淬火硬度H、刀尖圆弧半径rε为影响因素的主切削力FZ、径向力FY、进给力FX的指数与二次多项式预测模型。(3)分析了不同淬硬状态工具钢在各种车削参数下的切屑形态以及锯齿形切屑的成形机理;建立了锯齿形切屑形成过程中的流屑几何模型,并修正了锯齿形切屑的剪应变、剪切带的剪应变与剪应变率的理论计算模型。(4)建立了小切深-大刀尖圆弧半径-斜角车削条件下的机械能与热能的转换模型;结合试验研究与有限元建模,运用多步反向仿真法,利用ANSYS软件模拟了刀尖的温度;运用AbaqusTM有限元软件,建立了精密干式硬态直角车削(Finish Dry Hard Orthogonal Cutting,FDHOC)淬硬工具钢的有限元模型,并对刀具和工件温度场做了分析;运用ORM与RSM建立了指数和二次多项式预测模型,并用方差法分析了预测模型的可靠性。(5)采用多种试验手段与分析方法,揭示了FDHT淬硬工具钢时切削用量、刀具前角、工件淬火硬度、刀尖圆弧半径等因素对表面粗糙度的影响规律;运用极差法与方差法分析了切削用量、工件淬火硬度、刀尖圆弧半径的主效应以及二次交互效应对表面粗糙度影响的显著性,并优化了工艺参数;运用ORM与RSM建立了指数与二次多项式预测模型,且对其预测精度做了比较;同时,用Elman反馈神经网络预测了表面粗糙度;借助3D形貌仪与电子扫描镜等设备分析了热力学效应下已加工表面的形貌、材料侧流、白层等现象及其形成机理。本研究对认识不同淬硬状态工具钢的车削机理,进一步推动DHC基础理论的发展,促进其在实际生产中的推广和应用具有重要的意义。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 156 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/89825]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 唐林虎. 淬硬工具钢的精密干式硬态车削机理研究[D]. 2012. |
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