硬态干式切削材料被加工表面白层的研究

摘要

硬态切削是当今最富生气的切削技术之一.硬态切削是指采用超硬刀具对硬度大于50HRC的淬硬钢等硬质材料进行精密切削的加工工艺.硬态切削具有良好的加工柔性、经济性和环保性能,在精加工过程中采用硬态切削是加工淬硬钢的最佳选择.硬态切削已加工表面完整性的研究包括表面粗糙度和尺寸精度、已加工表面已硬化层深度、已加工表面的残余应力分布和白层的形成等方面,是决定能否采用硬态切削作为精加工手段的重要标志.白层是伴随着硬态切削过程所形成的一种组织形态,硬度比基体更高,能够抵抗一般的腐蚀,尺寸较薄,难于准确分析其组织特征.它具有独特的磨损特性:一方面硬度高,耐蚀性好;另一方面又表现出较高脆性,易引起早期剥落失效.该论文采用PCBN刀具硬态切削GCr15轴承钢工件,从刀具后刀面磨损量入手,找到白层产生的临界条件,通过正交试验改变切削速度、进给量、切削深度等切削参数,揭示白层厚度的影响规律,并进而讨论了白层的形成机制.白层厚度受切削深度和速度影响较大.随切削速度的增加,白层厚度减小;进给量越大,白层厚度越大;切削深度在0.2mm时获得较薄的白层,在0.3mm时白层厚度最大.实验发现白层以下的工件次表层呈暗黑色,硬度较低,认为是在温度影响下形成的回火层.回火层的厚度主要受后刀面磨损量的影响,随传入工件次表层的热量的增加而增加.作者认为白层特殊结构的形成,是由于切削过程中产生的热量使被加工表面温度达到α-γ相变温度又被迅速冷却的激冷激热导致的,属于摩擦热作用机制.切削力起到了细化晶粒的辅助作用.在此的基础上,通过建立硬态切削过程模型分析了白层的形成.论文通过用PCBN刀具硬态切削的和传统磨削的GCr15工件的耐磨性的实验对比,研究白层对零件耐磨性能的影响及白层的破坏机理.实验发现,在高相对滑动速率下,磨削加工的试件磨损量很小,耐磨性能明显优于车削加工的试件;而低相对滑动速率情况下,即使高速重载,车削加工试件与磨削加工试件的磨损量都很小,车削加工试件的耐磨性甚至优于磨削加工试件.从控制切削参数和改善材料韧性入手,可保证硬态切削零件的耐磨性能.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1本课题研究背景

1.2硬态切削原理

1.2.1硬态切削的概念及特征

1.2.2硬态切削原理

1.2.3硬态切削技术的应用现状

1.3 PCBN刀具简介

1.3.1 PCBN刀具的性能

1.3.2 PCBN刀具的切削、磨损特性

1.3.3 PCBN刀具的应用现状

1.4白层的研究现状

1.4.1白层的形成条件

1.4.2白层的基本特征

1.4.3白层的形成机制

1.4.4白层对后继磨损行为的影响

1.4.5硬态切削过程中被加工表面的白层

1.5本课题的主要研究工作

第二章影响白层产生的因素分析

2.1影响白层形成的主要因素

2.2白层形成的因素实验

2.2.1实验设计

2.2.2实验方法

2.2.3实验结果

2.3影响白层产生的因素分析

2.4本章小结

第三章影响白层厚度的因素分析

3.1正交实验

3.1.1正交实验数学方法简介

3.1.2正交实验设计

3.2影响白层厚度的因素分析

3.2.1各切削参数对白层厚度的影响

3.2.2硬态切削过程模型

3.2.3白层厚度的优化

3.3过回火黑层分析

3.4本章小结

第四章硬态切削对零件耐磨性能的影响分析

4.1现有的白层磨损机制模型

4.2耐磨性能对比实验

4.2.1实验设计

4.2.2实验一

4.2.3实验二

4.3硬态切削GCr15零件耐磨性实验的分析

4.4本章小结

第五章结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间发表论文

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