精密硬态切削表面白层组织形态的研究

对后刀面磨损量为0．1mm时的精密硬态切削GCr15轴承钢表面白层微观组织形态及其硬度特性进行了研究，硬态切削表面由白层、过渡层和基体材料三部分组成。白层组织中存在马氏体、奥氏体和碳化物等组织形态，白层硬度较基体高而过渡层硬度较基体低，高硬度白层是由于超细颗粒和大位错密度导致的。后刀面磨损量为0．1mm时白层厚度可达到10～15μm，因此有必要控制合理的后刀面磨损量来保证后续超精加工工序。精密硬态切削表面白层的形成是剧烈塑性变形导致的。

预应力硬态切削的残余应力及表面形态

理论分析和实践表明,已加工表面上合适的残余压应力分布能提高机器零部件的表面质量和接触疲劳寿命.文中针对轴承套圈外滚道表面的残余应力问题,采用预应力硬态切削方法,来主动控制轴承零件加工表面的残余应力状态,提高轴承零件的疲劳寿命.通过切削实验对比,分析了硬态干式切削、预应力硬态切削和磨削三种方法加工轴承套圈得到的加工表面残余应力和加工表面硬度,并对轴承套圈的加工表面形貌和状态进行了研究.结果表明,预应力硬态切削方法可以在轴承套圈加工表面获得合适的残余压应力状态和良好的表面质量.

硬态切削工件表面白层厚度预测方法

硬态切削过程中产生了高的机械载荷和热载荷,工件表面易产生白层组织,研究硬态切削工件表面白层的形成机理并对白层厚度进行建模预测,对于改善硬态切削加工技术具有指导意义。以探究白层形成机理为研究目标,综合运用弹塑性力学、热力学和材料相变理论,建立热力耦合的硬态切削模型,模拟了硬态切削过程中的温度场和应力场,分析了工件表面白层形成的组织转变过程,以热力影响下的材料相变温度作为白层形成的判据,建立了白层厚度的预测方法,并以轴承钢GCr15为研究对象,预测了不同切削参数下白层的厚度,对预测结果加以对比验证。研究结果表明:对于硬态切削工件表面白层的形成,基于相变理论的白层厚度预测方法是可行的。

预应力硬态切削的热力耦合模型及数值模拟

基于预应力切削原理,分析了工件材料的本构关系、刀屑接触面的摩擦模型以及热控制方程等切削模拟中的关键技术.采用任意拉格朗日-欧拉方法(ALE)和网格自适应技术实现了切屑的分离,建立了预应力切削的三维热力耦合有限元模型.对轴承套圈的预应力硬态切削过程进行了模拟,获得了不同预应力条件下的切削力、切削温度和已加工表面残余应力的分布规律,并与实验数据进行了比较和分析.结果表明,两者具有较好的一致性.

PCBN刀具的硬态切削加工机理

从PCBN刀具的物理特性、磨损特性、锯齿形切屑的形成机理、切削力和金属软化效应、已加工表面质量等方面综述了PCBN刀具切削淬硬钢的适应性 ,着重从刀具磨损。

模具钢Cr12MoV精密硬态切削过程刀具磨损

模具钢Cr12Mo V硬态切削过程中,工件材料的高硬度导致了刀具在切削过程中受到剧烈的热力耦合作用,刀具的磨损机制也明显不同于常规的切削过程.本研究以PCBN刀具精密硬态切削模具钢Cr12Mo V过程为对象,分析了刀具前刀面和后刀面的磨损规律,通过元素变化分析得到刀具不同位置的磨损机制;通过揭示不同切削速度和进给量下的刀具磨损规律为合理选择切削参数提供理论依据;研究揭示了切削合力和切削三分力受刀具磨损量的影响机制;通过建立磨损刀具的几何模型,采用有限元仿真软件Deform对不同刀具磨损量下的切削过程进行了仿真分析,得到了刀具磨损对切削温度场的影响机制.

硬态切削机理研究的现状与发展

对国内外硬态切削机理研究的内容和成果进行了综合评述 ,讨论了硬态切削的概念和特点、切削力、金属软化效应、刀具磨损机理、切屑形成机理、冷却方式以及已加工表面完整性 ,提出了硬态切削研究中的热点问题。

PCBN刀具硬态切削淬硬轴承钢GCr15表面粗糙度试验与预测

对典型淬硬轴承钢GCr15进行了不同切削用量和不同PCBN刀具几何参数条件下的表面粗糙度切削试验。试验分析表明,进给量和刀尖圆弧半径是影响表面粗糙度的主要因素,背吃刀量对表面粗糙度影响较小,但背吃刀量和切削速度的交互作用对粗糙度有显著影响。运用反应曲面法(RSM)建立了硬态切削表面粗糙度预测模型,通过试验验证了预测模型的准确性。

硬态切削与磨削工艺的表面完整性

硬态切削具有良好的加工柔性、经济性和环保性,在对工件性能起关键作用的精加工中,已成为磨削加工的有力挑战者。表面完整性是评价加工质量和工件机械性能的重要指标。本文介绍了硬态切削和磨削工艺的加工表面完整性(包括白层、表面形貌、表面粗糙度、表面残余应力、表面硬化层等),并对二者进行了比较。此外,还分析了硬态切削与磨削工艺相互结合的应用前景。

精密硬态切削过程金属软化效应与表面塑性侧流的研究

由于普通CNC车床上实施精密硬态车削仍存在被加工表面机械性能不稳定的因素 ,从而导致该工艺的实施仍面临挑战且不易实现良好的加工表面质量。本文通过实验研究了精密硬态车削淬硬GCr15轴承钢 ,讨论了PCBN刀具后刀面磨损对已加工表面材料塑性侧流的作用。实验结果表明 ,由于刀具后刀面磨损量增大导致高的切削温度从而使金属软化是决定材料塑性侧流形式的决定性因素 ,当后刀面磨损量超过 0 2mm时 ,发生严重塑性流动 ,已加工表面与原始表面微观组织无明显变化 。

PCBN刀具硬态切削淬硬轴承钢的数值模拟与实验研究

通过运用建立的倒棱PCBN刀具切削淬硬轴承钢GCr15热力耦合有限元模型,研究了锯齿形切屑形成过程中,倒棱角度对切削力和切削温度分布的影响规律。通过切削实验对有限元结果进行验证,发现二者具有较好的一致性。研究结果表明:随着倒棱角度的增大,主切削力和径向力增大,径向力增加尤为显著,整个切削过程中径向力都小于主切削力。切削温度随着倒棱角度的增大也逐渐增大,最高切削温度位于切屑和倒棱刃口接触表面上距离刀尖0.1—0.15mm处。锯齿形切屑产生导致切削力周期性变化。

PCBN刀具精密硬态切削淬硬轴承钢的试验研究

通过切削试验研究了PCBN刀具精密切削淬硬GCr15轴承钢时切削力的特征、锯齿形切屑的形态和刀具的磨损特征 ,从表面粗糙度、亚表层结构和残余应力的分布方面深入研究了PCBN刀具精密切削淬硬轴承钢的适应性 ,试验结果显示PCBN刀具应用于GCr15轴承钢的精密切削是可行的。

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GCr15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。

淬硬钢硬态切削表面粗糙度研究

使用Ti-C基金属陶瓷刀具对45淬硬钢进行了切削试验,研究了切削用量对表面粗糙度的影响.试验分析表明,进给量对表面粗糙度影响最为显著,切削速度对表面粗糙度有一定影响,切削深度对表面粗糙度的影响很小.运用回归分析法,建立了硬态切削表面粗糙度预测模型,通过试验验证了预测模型的准确性.

硬态切削表面残余应力分析研究

以轴承钢GCr15为研究对象,根据热-弹塑性有限元理论,建立了热力耦合的二维正交硬态切削模型。根据硬态切削的特点,在硬态切削有限元模型中设置了未预先设置分离线的点面接触并选择了Johnson-Cook材料本构模型,通过有限元分析计算,得到了不同切削参数和刀具几何参数条件下已加工表面残余应力的模拟结果。对结果进行比较分析得出,最大压残余应力出现在工件表面,沿着深度的增加工件内部的残余应力由残余压应力转化为残余拉应力,并逐渐趋向于零。这对于控制和提高硬态切削工件表面质量具有重要的理论指导意义。

硬态切削用刀具技术最新进展

作为具有广泛应用前景的加工工艺,硬态切削以其加工柔性、经济性和环保性等优点,在汽车、模具等行业被广泛应用。该工艺成功实施的关键因素是刀具的合理选择及其性能的发挥。该技术近年来发展迅速,诸多人员和机构对硬态切削工艺所用的刀具进行了深入的研究,有效地推动了该工艺的应用。本文综述了近年来针对硬态切削工艺用刀具的刃型结构、材料选择、刀具涂层等方面的研究成果,并分析了目前被广泛采用的典型刀具型号及其性能,从而为硬态切削工艺用刀具的选用及设计提供指导作用。

螺杆的预应力硬态切削加工

基于预应力切削原理,设计了一种用于车削加工的预应力加载装置,以解决对工件施加较大预应力同时进行车削的难题;采用PCBN刀具对加载不同预应力的螺杆进行了车削实验,研究了不同预应力条件下工件的预应力、工件表面的残余应力、工件表面粗糙度、预应力对切削力的影响以及PCBN刀具的磨损情况,并与普通硬态切削加工进行比较.实验结果表明:所设计的预应力轴向加载装置可有效地加载预应力;通过预应力硬态切削,可以在螺杆加工表面产生较大的残余压应力;预应力硬态切削加工的工件表面质量良好;预应力对切削力和刀具磨损没有明显的影响.

硬态切削中的冷却润滑技术

硬态切削是兼顾生态环境的重要性和制造业的经济性的新型制造技术 ,其切削参数与常规切削过程有很大的差别。文章提出了硬态切削中切削液使用的新概念 ,即喷雾冷却、低温冷却和最小量冷却润滑技术等。并给出了几种冷却方式的原理。

有利于提高硬态切削滚动轴承疲劳寿命的残余应力临界条件

超精硬态切削在滚动轴承表面形成的残余压应力 ,经工作应力衰减后才成为影响滚动接触疲劳寿命的应力状态。基于此 ,本文在考虑特定滚动轴承使用条件的基础上 ,推导出滚动轴承采用超精硬态切削加工工艺时 ,已加工表面的残余应力需要满足的两个临界条件 ,即在接触区的每一离散点的残余应力必须与工作应力符号相同 ,且随时间变化残余应力的幅值应小于或等于工作应力幅值的两倍时 ,才有利于提高滚动轴承的使用寿命。该结论澄清了长久以来文献中所提出的残余压应力总是有利于提高工件疲劳寿命的这个似是而非的概念。

基于Deform-3D的65Mn硬态切削加工仿真研究

以淬硬钢65Mn为原料,采用有限元分析软件Deform-3D构建了硬态切削加工模型。模拟了不同切削速度下淬硬钢65Mn的车削加工过程,对车削加工的切削力、温度随切削速度的提高的变化以及工件表面应力变化的仿真结果给出了分析,为实现工艺参数的优化提供了指导。结果表明:硬态切削加工3个切削力中径向力Fy最大,第二变形区的切削温度较高,硬态切削加工过程中工件表面应力呈现拉压交替变换且最终表现为压应力。