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

1、大型剪板機(jī)是機(jī)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(gè)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(duì)800～1000℃左右的初軋鋼鐵廠的鋼料實(shí)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(qiáng)化生成的殘余壓應(yīng)力能提高金屬材料表面的疲

2、勞強(qiáng)度及疲勞壽命，能夠有效抑制疲勞裂紋的形成和擴(kuò)展，然而在中高溫工作條件下殘余應(yīng)力會(huì)發(fā)生松弛，從而減弱激光沖擊強(qiáng)化效果。所以研究激光沖擊強(qiáng)化對(duì)處于中高溫下的熱剪刀具的熱穩(wěn)定性很重要。本文運(yùn)用有限元模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的研究方法，對(duì)激光沖擊強(qiáng)化熱剪刀具材料6CrW2Si鋼殘余應(yīng)力熱松弛過程進(jìn)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(duì)激光沖擊強(qiáng)化熱剪刀具6CrW2Si鋼殘余應(yīng)力場

3、建立有限元模型，并進(jìn)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(diǎn)，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(qiáng)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(shí)間對(duì)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(huì)發(fā)生熱松弛，松弛

4、速率在起始的30min時(shí)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(duì)殘余應(yīng)力的熱松弛影響要比保溫時(shí)間產(chǎn)生的影響明顯。運(yùn)用有限元數(shù)值模擬方法分析了激光沖擊參數(shù)對(duì)激光沖擊強(qiáng)化處理6CrW2Si鋼殘余應(yīng)力的影響。
　　(3)通過實(shí)驗(yàn)探討了300℃～600℃范圍內(nèi)的熱處理對(duì)激光沖擊強(qiáng)化處理6CrW2Si鋼殘余應(yīng)力的影響特性，對(duì)6CrW2Si鋼的硬度進(jìn)行了

5、研究分析。結(jié)果表明:實(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)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(qiáng)化技術(shù)運(yùn)用到大型剪板機(jī)的熱剪刀具的實(shí)際生產(chǎn)中。生產(chǎn)應(yīng)用表明，未經(jīng)過激光沖擊強(qiáng)化的熱剪刀具在1600噸熱剪機(jī)上工作只能持續(xù)5天，并且在每個(gè)刃口處，剪切不到1500次就會(huì)軟化