超声辅助硬态车削GCr15轴承钢物理机械性能的试验研究

论文摘要

随着PCBN刀具的出现,硬态车削技术在难加工材料中被应用的越来越广泛。以硬态车削代替传统的磨削来完成淬硬材料的精加工工序已成为了一个新的加工方法。而把超声振动车削和普通硬车削相结合的加工技术也已成为各国学者研究硬车削的新方法。研究表明硬态车削中工件表面产生的残余应力和白层是不可避免的,加工过程中切削用量和刀具磨损等是影响残余应力和白层形成的主要因素。本文采用PCBN刀具对GCr15轴承钢在普通和超声振动车削条件下进行干式车削,通过正交试验研究了机床转速、进给量和切削深度对残余应力和白层的影响规律,并对切削参数进行了优化。研究发现,超声振动车削和普通车削GCr15轴承钢都产生残余压应力。机床转速n对切向残余压应力的影响最大,进给量f次之,切削深度a_p对切向残余压应力的影响最小。残余压应力可以提高工件的抗疲劳性能和使用寿命,所以利用正交设计助手软件对超声振动车削加工中的切削用量进行了优化,以便在车削过程中得到最佳的残余压应力。本试验中的优化切削用量为:机床转速n=250r/min,进给量f=0.103mm/r,切削深度a_p=0.18mm.。通过普通和超声振动车削GCr15轴承钢的试验发现,普通车削时工件表面有白层产生,超声振动效果最好时,超声振动车削GCr15轴承钢表面没有白层产生。当超声波发生器功率减小或增大到一定程度时,超声振动车削GCr15轴承钢表面也会有较薄的白层产生。普通硬态车削中产生的切削热足以达到GCr15轴承钢的相变温度,工件表面发生奥氏体化后又迅速冷却变成马氏体,这个急冷急热的过程属于相变机制。在普通车削中机床转速n对白层厚度的影响最大,切削深度a_p次之,进给量f对白层厚度的影响最小。白层在提高工件表面耐磨性的同时也容易引起工件的脆性剥落。因此对于需要避免白层引起的脆性剥落的工件可以采用超声振动车削加工;需要利用白层耐磨性的工件可以采用普通车削。故应该对切削用量进行优化以便获得较理想的白层厚度。本试验中优化后的切削用量为:机床转速n=250r/min,切削深度a_p=0.9mm,进给量f=0.137mm/r。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题产生的背景与意义
• 1.3 硬态切削的研究现状
• 1.4 白层的研究现状
• 1.5 超声振动切削技术的研究现状
• 1.6 本课题的主要研究内容
• 2 超声振动车削机理及试验装置的研制
• 2.1 超声振动车削的动力学分析
• 2.1.1 超声振动车削的运动学分析
• 2.1.2 超声振动车削中工件的动态变化
• 2.2 不敏感性振动车削机理
• 2.3 超声振动车削降低切削力和切削温度的机理
• 2.3.1 超声振动车削对切削力的影响
• 2.3.2 超声振动车削对切削温度的影响
• 2.4 超声振动车削装置的研制
• 2.4.1 超声振动车削装置的选用及设计
• 2.4.2 超声振动车削系统的试振
• 2.5 本章小结
• 3 超声振动车削GCr15 轴承钢表面残余应力的试验研究
• 3.1 残余应力的分类
• 3.2 残余应力的测量原理
• 3.3 超声振动车削GCr15 轴承钢表面残余应力的试验设计
• 3.3.1 试验目的、方案及条件
• 3.3.2 切削参数的选择
• 3.4 试验结果及分析
• 3.4.1 机床转速对残余应力的影响
• 3.4.2 切削深度对残余应力的影响
• 3.4.3 进给量对残余应力的影响
• 3.5 超声振动车削试验结果的极差分析及切削用量的优化
• 3.6 本章小结
• 4 超声振动车削GCr15 轴承钢白层形成的试验研究
• 4.1 白层的形成机制
• 4.1.1 摩擦热作用机制
• 4.1.2 热-机械机制
• 4.1.3 塑性变形机制
• 4.2 白层的形成条件及其影响因素
• 4.2.1 白层的形成条件
• 4.2.2 白层形成的影响因素
• 4.3 试验设计和试验参数的选取
• 4.4 试验结果及分析
• 4.4.1 声振系统共振时的试验结果及分析
• 4.4.2 低频振动车削时的试验结果及分析
• 4.4.3 高频振动车削的试验结果及分析
• 4.5 切削用量对白层厚度的影响
• 4.5.1 机床转速对白层厚度的影响
• 4.5.2 进给量对白层厚度的影响
• 4.5.3 切削深度对白层厚度的影响
• 4.6 切削用量的优化
• 4.7 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 本文的试验研究成果
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集