基于單顆磨粒切削的淬硬模具鋼磨削機理研究.pdf

1、淬硬模具鋼由于其硬度高及耐磨性好等優(yōu)點被廣泛應用于模具制造業(yè)。但是淬硬模具鋼磨削加工后表層/亞表層容易發(fā)生燒傷、白層軟化等變質現象,磨削表面容易產生殘余拉應力和微觀裂紋,嚴重影響產品的使用性能和使用壽命,因此有必要對淬硬模具鋼磨削機理進行深入研究。本論文從單顆磨粒切削過程研究入手,結合砂輪表面形貌測量和建模,將單顆磨粒切削機理與AISI D2淬硬模具鋼磨削實驗過程的磨削力、磨削溫度以及磨削表面質量聯系起來,揭示了砂輪狀態(tài)、磨削工藝參數與

2、表面完整性的聯系,為磨削表面質量控制和磨削工藝參數優(yōu)化提供了理論依據。所做的工作主要包括:
　　 (1)基于砂輪表面形貌測量的砂輪表面磨粒分布建模。用白光干涉儀對不同粒度氧化鋁砂輪表面形貌進行了測量;根據砂輪形貌的空間頻率組成,用功率譜密度分析法對測量結果進行了濾波,去掉了高頻分量和測量白噪聲,對砂輪表面形貌進行了重構;引入伯明翰三維粗糙度特征參數對砂輪表面磨粒密度、磨粒局部尖端形狀及磨粒鋒利程度進行了評價,對磨粒的出刃高度統(tǒng)計

3、結果進行參數檢驗,建立了磨粒出刃高度符合正態(tài)分布規(guī)律的氧化鋁砂輪模型。
　　 (2)單顆磨粒切削仿真有限元模型的建立及實驗驗證。根據單顆磨粒切削的物理模型建立了單顆磨粒切削的力學模型;建立了單顆磨粒切削的有限元模型,包括基于砂輪形貌測量的磨粒幾何模型,基于霍普金森壓桿實驗數據的AISI D2鋼材料本構關系建模,氧化鋁磨粒對AISI D2鋼的摩擦實驗等;通過直角切削實驗驗證了材料模型的準確性,進一步通過球一盤摩擦實驗驗證了單顆磨粒

4、切削有限元模型的可靠性。通過單顆磨粒切削有限元仿真,研究了磨粒粒度及切削參數對材料變形、耕犁一切削轉變臨界切深、切削力(比)、切屑厚度以及剪切角等物理量的影響規(guī)律。
　　 (3)AISI D2淬硬模具鋼的正交和單因素平面磨削實驗。進行了氧化鋁砂輪磨削AISI D2鋼的正交磨削實驗,建立了氧化鋁砂輪磨削AISI D2鋼的磨削力經驗模型,通過影響因素分析法判斷了砂輪粒度和磨削參數對磨削力的影響程度;進行了單因素磨削實驗,并利用單顆磨

5、粒切削機理研究的結論解釋了砂輪粒度和磨削工藝參數對磨削力(比)的影響規(guī)律。
　　 (4)基于砂輪表面磨粒分布和單顆磨粒切削力的磨削力預測及磨削實驗驗證。根據砂輪表面磨粒出刃高度分布模型,針對具體磨削工藝參數,假設單位時間內磨削去除材料體積等于磨削區(qū)域參與磨削的有效磨粒去除材料總體積,計算各有效磨粒的切削深度,將相應的單顆磨粒切削仿真力的結果在磨削區(qū)域內進行集成,預測磨削力;將磨削實驗獲得的磨削力和預測磨削力進行比較,驗證了磨削力

6、預測方法的可靠性。
　　 (5)磨削溫度估計及磨削表面質量的研究。將磨削過程與二次回火熱處理過程聯系起來,將不同溫度下二次回火后試樣的表層/亞表層硬度,與磨削實驗后磨削表層/亞表層硬度進行對比,對磨削區(qū)平均溫度進行了估計;利用白光干涉儀、金相顯微鏡、顯微硬度計和X射線殘余應力測試儀對AISI D2鋼磨削表面的表面完整性進行了測量分析,利用單顆磨粒切削機理研究的結論解釋磨削表面完整性的產生機理,揭示了砂輪粒度和磨削參數對磨削表面形