PCBN刀具的磨损机理

通过切削实验研究了ＰＣＢＮ刀具切削淬硬钢和铸铁的磨损机理．实验结果显示，ＰＣＢＮ刀具的主要磨损机理是刀具的氧化磨损及刀具与工件接触区域元素之间的相互扩散磨损和刀具材料的微裂解．     

PCBN刀具硬态切削过程中金属软化效应的研究

通过分析PCBN刀具切削淬硬GCrl5轴承钢时，工件硬度和切削速度对切削力和切削温度的影响，给出了产生金属软化效应的条件．对比金属软化效应产生前后已加工表面粗糙度．硬化层深度和表层基体组织，得出了金属软化效应对已加工表面质量不存在负面影响的结论．     

硬态干式切削过程的有限元仿真

为研究硬态干式切削过程中切削条件对切削温度的影响规律,以通用有限元软件MARC为平台,运用局部网格加密技术,建立了PCBN刀具车削GCr15材料的二维热力耦合有限元模型．模拟结果表明,切削温度随切削速度、切削厚度增大而增大,当切削速度大于220m／min时,由于金属的软化效应,温度升高的趋势随速度的增加而变缓;切削厚度对温度的影响没有切削速度影响大;用圆弧倒棱代替负倒棱切削有利于降低刀具的最高温度．     

PCBN刀具切削淬硬GCr15轴承钢的切削力研究

通过系统的切削试验，研究了PCBN刀具硬态切削淬硬GCr15轴承钢时切削用量对切削力的影响规律，结果表明：径向力最大，其次是主切削力和轴向力；硬态切削粗加工时的切削力大致为精加工时的3倍；硬态切削力与切削深度和进给量在一定范围内呈线性上升的关系，而与切削速度呈非线性关系．     

金属切削刀具磨损模糊模式识别

模糊模式识别理论运用于金属切削刀具磨损，模糊综合评判刀具磨损标准，抽选刀具磨损特性指标，建立模糊模式Ａｉ和识别对象Ｂ的隶属函数，识别金属切削刀具磨损状态。     

基于热力学的PCBN加工模具钢扩散与氧化磨损

从热力学的角度研究了PCBN刀具扩散磨损和氧化磨损规律,利用热力学模型计算不同温度下PCBN刀具加工钢铁、镍基合金、铝合金和钛合金时刀具材料扩散溶入工件材料中的浓度值.用物质吉布斯自由能函数法,计算出不同温度下13个可能的化学反应的标准吉布斯自由能,理论计算表明产物中三氧化二硼和二氧化钛含量较多,实验结果与结论吻合较好,研究结果为刀具材料的研究和设计提供参考,并可实现对刀具磨损状态的预报.     

刀具磨损与动态切削温度关系的探讨

通过试验发现,在车削过程中,动态切削温度随着刀具磨损的增大而上升。当刀具磨损较小时,动态切削温度随刀具磨损上升缓慢,当刀具磨损较大时,动态切削温度随刀具磨损上升速度加快。本文还在理论上对此进行分析。从而证明了动态切削温度可以用于刀具磨损在线监测。     

切削温度与刀具磨损的关系

本文建立了用切削温度的分布密度函数方差值监测刀具磨损的数学模型，并定性分析了切削温度的自相关函数、概率分布曲线形状与刀具磨损状态的关系。     

Cr12MoV钢真空油淬工艺研究

利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪研究了Cr12MoV钢不同淬火工艺处理后的组织,并通过显微硬度计和磨损试验机测定了样品的显微硬度和耐磨性。结果表明,Cr12MoV钢真空油淬处理后,其组织主要由马氏体、碳化物和残余奥氏体组成。冷处理使残余奥氏体量下降,样品的硬度及耐磨性显著提高。     

Influences of Tool Wear on Residual Stress and Fatigue Life of Workpiece in Hard Cutting Process

硬态车削过程刀具磨损对残余应力和工件寿命的影响

岳彩旭,朱磊,冯磊,刘俊,郝胜宇,任广旭

（1. 哈尔滨工程大学 机电工程学院, 哈尔滨 150001;

2. 哈尔滨理工大学 机械与动力工程学院,哈尔滨 150080）

创新点说明：

本文主要研究淬硬钢Cr12MoV车削加工刀具磨损对加工表面残余应力和疲劳寿命的影响,研究结果为实际工况下工件已加工表面应力状态的控制和疲劳性能的控制提供了理论支持。

研究目的：

疲劳在金属零部件所有的失效形式中占有很大比例。特别是轴类零件,由于这类零件大多承受着不同的外载荷甚至多种载荷的交加,这种实际工况下的部件的意外事故多数是由于疲劳失效。由于疲劳失效给国家财产以及人身安全造成了巨大的隐患,因此有效的精确的预测与延长疲劳寿命成为制造工作者的一种使命。

残余应力是影响零部件疲劳性能最关键的因素之一,同时也是作为加工参数与表面性能中连接的桥梁。在传统的研究工作中达成的共识是残余压应力在延迟疲劳裂纹扩展与延长疲劳寿命中起着积极作用,但是没有整体的考虑残余应力的波动性与压应力分布模式在加工参数与疲劳性能中扮演的角色。

故本文主要研究硬态车削过程刀具磨损对残余应力和工件寿命的影响,研究结果为实际工况下工件已加工表面应力状态的控制和疲劳性能的控制提供了理论支持。

研究方法：

（1）采用不同磨损量的PCBN刀具,对淬硬模具钢Cr12MoV硬态车削过程展开实验研究。通过对残余应力离散度进行分析,拟合不同刀具磨损下的离散度指标与分布曲线,进而分析了刀具磨损对已加工表面残余应力分布的影响机制。

（2）结合疲劳力学与数理统计理论建立了应力离散度-疲劳寿命差异的数学模型,对切削后的标准试件进行了旋转弯曲实验研究,通过工件断口形貌和疲劳寿命的研究揭示了刀具磨损这一关键切削条件对工件疲劳寿命的影响。

（3）主要设备或仪器：大连机床厂生产的型号为CK6150的机床、株钻石公司牌号为MVJNR2020K16的PCBN刀具、加拿大PROTO公司的iXRD型X射线衍射应力测试系统和螺旋测微仪。

结果：

（1）残余应力离散度随着刀具磨损的增加而增大;同理,当刀具磨损在一定限度内,残余应力也随着刀具磨损的增加而增大,刀具磨损的增加会引起已加工表面压应力面积的增大和压应力层深度的增加;

（2）提出并建立了应力离散度-疲劳寿命差异数学模型,分析出残余应力引起应力幅值的波动与疲劳呈线性关系,通过疲劳弯曲试验验证了该模型的科学性和准确性。

（3）通过旋转弯曲疲劳断口裂纹特征分析,得到本文试件断口裂纹源区为半圆形,扩展区域类似沙滩粒;并且随着残余压应力面积增大,裂纹扩展距离增大,疲劳寿命越长。

（4）旋转弯曲疲劳实验结果表明刀具磨损量越大,疲劳寿命越长;反之,试件寿命越短。

结论：

（1）当刀具磨损在一定限度内,残余应力离散度和残余应力都随着刀具磨损的增加而增大,并且两者机理相同,主要是因为刀具磨损的增加会引起已加工表面压应力面积的增大和压应力层深度的增加;

（2）旋转弯曲疲劳试件断口的裂纹源区为半圆形,裂纹源区呈现的特点是较为光亮与平滑,这是由于其最先断裂扩展速度较为迟缓。随着旋转弯曲疲劳实验的进行,试件裂纹由裂纹源不断扩展,进而形成扩展速率较慢的裂纹扩展区,这里与裂纹扩展方向垂直的弧形线为该区域的重要标志,因为可以从其形状的变化来观察线端处所受应力的大小和组织形态。

（3）在刀具磨损在合理的范围内,当刀具磨损量增加时,使表面残余压应力面积越大,进而使得疲劳寿命越长;反之,试件寿命越短。为实际工况下工件已加工表面应力状态的控制和疲劳性能的控制提供了理论支持。

关键词：硬态车削,刀具磨损,表面残余应力,残余应力离散度,疲劳寿命

     

Cr12MoV化学镀镍磷

通过正交实验研究了Cr12MoV化学镀镍磷镀液组分含量及工艺参数对镀层沉积速度和表面质量的影响,并考察了在最佳工艺参数下获得的涂层的性能.研究表明,获得优良Ni-P合金镀层的最佳工艺参数是:硫酸镍30 g/L,乳酸20 mL/L,醋酸钠25 g/L,pH值为4.7;在最佳工艺条件下可获得由均匀胞状颗粒组成、致密无空隙、与基体结合良好的非晶态镀层.镀层经400℃热处理后,其硬度和耐磨性均显著优于基体.     

Cr12MoV钢热变形行为研究

利用Gleeble1500多功能热力模拟试验机对Cr12MoV钢金属塑性变形抗力进行试验研究,实测了不同变形温度、变形速率、变形程度下Cr12MoV钢的变形抗力,分析了各工艺参数对变形抗力的影响．回归计算得出Cr12MoV钢再结晶激活能;利用最小二乘法回归出峰值应力、峰值应变与Z参数的关系．     

刀具后刀面磨损量对切削力的影响

本文从动力学角度分析了车削过程中刀具后刀面磨损量对切削力的影响,得出切削力动态成分与刀具后刀面磨损量之间的关系。证实了用动态切削力监测刀具磨损的可行性。     

刀具磨损与动态切削力关系的探讨

本文通过实验结果及理论分析发现,在车削过程中,动态切削力随着刀具磨损的增大而增大.证明了可用动态切削力作为刀具磨损在线监测的信号源.     

5Cr15MoV马氏体不锈钢冷轧工艺研究

5Cr15MoV马氏体不锈钢宽带材(>1 200mm)的冷轧目前在国内尚属空白,研究其冷轧及轧后热处理工艺对产品结构优化及拓宽市场有着极其重要的意义.该钢种热轧态为马氏体组织,边部碳化物析出不均,具有硬度高、塑性差的特点,冷轧前对材料进行均值化热处理,改善了组织形态,可以有效地防止边裂;经过试制,在森吉米尔廿辊轧机上采用小张力、小压下且轧制速度在100m/min以下的轧制方式,能够顺利完成冷轧;轧后冷连续退火,板温控制在700～750℃,卷取采用小张力,避免出现180°以上折弯,以免发生断带的危险.     

高强度钢Cr12MoV硬态切削已加工表面变质层形成机理

在高强度钢的精加工中,硬态切削已经逐步成为了部分代替磨削的先进新兴工艺.已加工表面质量直接影响精加工后工件的使用性能,在诸多已加工表面质量评价指标中变质层尤为重要.以聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具硬态切削高强度模具钢Cr12MoV过程中表面变质层生成情况为研究对象,在变质层的各项指标中重点关注表面显微硬度、白层厚度及其连续性和变质层的厚度,分析了切削速度、进给量、切削深度和刀具磨损等因素对已加工表面变质层生成的影响,研究结果为控制变质层生成及合理选择切削加工参数提供,理论依据.