大型剪板機用刀具6CrW2Si鋼激光沖擊作用下殘余應(yīng)力場熱松馳機制研究.pdf

1、大型剪板機是機械制造工業(yè)中的重要設(shè)備。在許多行業(yè)中都要使用金屬板殼，特別是汽車行業(yè)需求量龐大，車型個性化、生產(chǎn)規(guī)?；约案采w件大型一體化。由于很多剪板加工設(shè)備服役環(huán)境的特殊性，尤其是處于熱剪狀態(tài)下的剪床刀片是對800～1000℃左右的初軋鋼鐵廠的鋼料實施剪切下料，除要求有一定硬度外，還應(yīng)有較高的紅硬性、耐磨性以及較好的韌性。熱剪刀片的熱穩(wěn)定性是直接影響刀具使用壽命的重要因素。
　　激光沖擊強化生成的殘余壓應(yīng)力能提高金屬材料表面的疲

2、勞強度及疲勞壽命，能夠有效抑制疲勞裂紋的形成和擴展，然而在中高溫工作條件下殘余應(yīng)力會發(fā)生松弛，從而減弱激光沖擊強化效果。所以研究激光沖擊強化對處于中高溫下的熱剪刀具的熱穩(wěn)定性很重要。本文運用有限元模擬和實驗研究相結(jié)合的研究方法，對激光沖擊強化熱剪刀具材料6CrW2Si鋼殘余應(yīng)力熱松弛過程進行了研究分析，主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)利用ANSYS/LS_DYNA有限元分析軟件，對激光沖擊強化熱剪刀具6CrW2Si鋼殘余應(yīng)力場

3、建立有限元模型，并進行了有限元數(shù)值分析。從模擬中沖擊應(yīng)力波的傳播以及模型各能量的變化為出發(fā)點，分析論證了模擬的合理性，分析了熱剪刀具6CrW2Si鋼殘余應(yīng)力場的模擬結(jié)果。
　　(2)利用有限元模擬分析了激光沖擊強化6CrW2Si鋼殘余壓應(yīng)力在300℃、400℃、500℃、600℃溫度下的變化特性，主要分析了保溫溫度以及保溫時間對殘余應(yīng)力及殘余應(yīng)力熱松弛的影響。研究表明:在既定的溫度下，6CrW2Si鋼的殘余壓應(yīng)力會發(fā)生熱松弛，松弛

4、速率在起始的30min時內(nèi)較快。在25℃～600℃溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，松弛速率變大，溫度大于600℃后，松弛速率逐漸變小，最后趨于穩(wěn)定。保溫溫度對殘余應(yīng)力的熱松弛影響要比保溫時間產(chǎn)生的影響明顯。運用有限元數(shù)值模擬方法分析了激光沖擊參數(shù)對激光沖擊強化處理6CrW2Si鋼殘余應(yīng)力的影響。
　　(3)通過實驗探討了300℃～600℃范圍內(nèi)的熱處理對激光沖擊強化處理6CrW2Si鋼殘余應(yīng)力的影響特性，對6CrW2Si鋼的硬度進行了

5、研究分析。結(jié)果表明:實驗測得的數(shù)據(jù)和模擬得到的數(shù)據(jù)有良好的一致性。殘余應(yīng)力松弛速率在起始的30min內(nèi)較大，隨著溫度的升高，松弛速率逐漸增大。在600℃的時候仍剩余一些殘余壓應(yīng)力，經(jīng)過保溫30min后6CrW2Si鋼的殘余應(yīng)力場分布更均勻。
　　(4)將激光沖擊強化技術(shù)運用到大型剪板機的熱剪刀具的實際生產(chǎn)中。生產(chǎn)應(yīng)用表明，未經(jīng)過激光沖擊強化的熱剪刀具在1600噸熱剪機上工作只能持續(xù)5天，并且在每個刃口處，剪切不到1500次就會軟化