基于單顆磨粒切削的淬硬模具鋼磨削機(jī)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(diǎn)被廣泛應(yīng)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(zhì)現(xiàn)象,磨削表面容易產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力和微觀裂紋,嚴(yán)重影響產(chǎn)品的使用性能和使用壽命,因此有必要對(duì)淬硬模具鋼磨削機(jī)理進(jìn)行深入研究。本論文從單顆磨粒切削過(guò)程研究入手,結(jié)合砂輪表面形貌測(cè)量和建模,將單顆磨粒切削機(jī)理與AISI D2淬硬模具鋼磨削實(shí)驗(yàn)過(guò)程的磨削力、磨削溫度以及磨削表面質(zhì)量聯(lián)系起來(lái),揭示了砂輪狀態(tài)、磨削工藝參數(shù)與

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

3、結(jié)果進(jìn)行參數(shù)檢驗(yàn),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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)單顆磨粒切削的物理模型建立了單顆磨粒切削的力學(xué)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(cè)量的磨粒幾何模型,基于霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的AISI D2鋼材料本構(gòu)關(guān)系建模,氧化鋁磨粒對(duì)AISI D2鋼的摩擦實(shí)驗(yàn)等;通過(guò)直角切削實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了材料模型的準(zhǔn)確性,進(jìn)一步通過(guò)球一盤(pán)摩擦實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了單顆磨粒

4、切削有限元模型的可靠性。通過(guò)單顆磨粒切削有限元仿真,研究了磨粒粒度及切削參數(shù)對(duì)材料變形、耕犁一切削轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)。進(jìn)行了氧化鋁砂輪磨削AISI D2鋼的正交磨削實(shí)驗(yàn),建立了氧化鋁砂輪磨削AISI D2鋼的磨削力經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?通過(guò)影響因素分析法判斷了砂輪粒度和磨削參數(shù)對(duì)磨削力的影響程度;進(jìn)行了單因素磨削實(shí)驗(yàn),并利用單顆磨

5、粒切削機(jī)理研究的結(jié)論解釋了砂輪粒度和磨削工藝參數(shù)對(duì)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(yù)測(cè)及磨削實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)砂輪表面磨粒出刃高度分布模型,針對(duì)具體磨削工藝參數(shù),假設(shè)單位時(shí)間內(nèi)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(jì)算各有效磨粒的切削深度,將相應(yīng)的單顆磨粒切削仿真力的結(jié)果在磨削區(qū)域內(nèi)進(jìn)行集成,預(yù)測(cè)磨削力;將磨削實(shí)驗(yàn)獲得的磨削力和預(yù)測(cè)磨削力進(jìn)行比較,驗(yàn)證了磨削力

6、預(yù)測(cè)方法的可靠性。
　　 (5)磨削溫度估計(jì)及磨削表面質(zhì)量的研究。將磨削過(guò)程與二次回火熱處理過(guò)程聯(lián)系起來(lái),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(shí)驗(yàn)后磨削表層/亞表層硬度進(jìn)行對(duì)比,對(duì)磨削區(qū)平均溫度進(jìn)行了估計(jì);利用白光干涉儀、金相顯微鏡、顯微硬度計(jì)和X射線殘余應(yīng)力測(cè)試儀對(duì)AISI D2鋼磨削表面的表面完整性進(jìn)行了測(cè)量分析,利用單顆磨粒切削機(jī)理研究的結(jié)論解釋磨削表面完整性的產(chǎn)生機(jī)理,揭示了砂輪粒度和磨削參數(shù)對(duì)磨削表面形