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简谈切削基于预应力切削加工表面残余应力制约

收藏本文 2024-01-11 点赞:5529 浏览:14714 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:随着现造技术的进展,大飞机、高铁、核设施等大型设备相继出现。这些设备有高速重载长时间运转的特点,零部件工作环境恶劣复杂,但又往往对安全有着极端的要求,这对关键部件,如轴承、曲轴、传动轴的疲劳寿命和可靠性的要求愈来愈高,他们的疲劳寿命预测和浅析成为学术界探讨重点。探讨的结果表明工件的疲劳寿命和加工表面的残余应力状态有重要的联系,残余压应力能抑制工件疲劳破坏,延长疲劳寿命,残余拉应力则相反,会加速疲劳破坏的出现。由此对工件已加工表面的残余应力的了解和制约,使零件已加工表面呈现稳定而较大的压应力状态,就成了加工出高质量和高可靠性零件的关键。但目前对残余应力的产生集中在定性范围,没有对残余应力定量制约进行系统探讨,对加工历程中获得残余压应力缺乏现实策略。本论文通过热力耦合论述浅析、切削实验和有限元模拟与试验探讨相结合的策略,对加工表面残余应力的分布以及制约残余应力的相关工艺进行了探讨,对提升金属零件的疲劳强度有着重要的作用。全文总结了残余应力和切削残余应力的国内外探讨情况,提出来利用预应力切削策略对加工表面残余应力进行制约,本论文主要展开了以下几个方面的的探讨内容:(1)在预应力切削原理的基础上,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。通过40Cr合金试样的车削实验验证加载装置可行性,同时了解预应力硬态切削在试样加工表面残余压应力和其他加工表面质量的情况,并对预应力导致工件的变形和切削加工中的补偿进行了初步探讨。(2)对预应力切削的已加工表面残余应力状态进行热力耦合浅析,对热效应和机械效应怎么影响到加工残余应力的具体分布进行探讨,然后通过大钝圆刀具切削实验和切削液以及液氮切削实验论证了结论的正确性。(3)在建立了预应力切削的有限元模拟模型的基础上,利用预应力切削的有限元软件进行正交模拟,了解预应力和切削参数对残余应力影响的显著性;在此基础上通过一元线性回归浅析,推导了一个以预应力和切削参数为变量的加工表面残余应力预测公式;最后通过实验论证有限元模拟和预测公式的可靠性。(4)通过45钢的车削实验,采取数理统计策略对其加工表面残余应力的离散性进行探讨。在此基础上进一步提出和讨论了残余应力公差概念,作为技术参数来指导工件的加工和检测,并讨论了该概念的可行性。关键词:加工残余应力论文加工表面质量论文疲劳强度论文金属切削论文预应力切削论文有限元法论文

    摘要5-6

    Abstract6-8

    目录8-12

    第一章 概论12-31

    1.1 课题的背景和探讨作用12-13

    1.2 残余应力的定义13-19

    1.2.1 残余应力的概念13-14

    1.2.2 残余应力的分类14-15

    1.2.3 残余应力产生的理由15-16

    1.2.4 残余应力的检测16-17

    1.2.5 X 射线衍射法检测残余应力原理17-19

    1.3 切削加工残余应力形成论述19-22

    1.3.1 切削加工表面的形成历程19-20

    1.3.2 切削加工表面残余应力的原因20-21

    1.3.3 切削加工热力耦合浅析21-22

    1.4 金属切削残余应力的国内外探讨近况22-29

    1.4.1 残余应力实验探讨近况22-24

    1.4.2 残余应力中论述探讨近况24-26

    1.4.3 残余应力数值模拟探讨近况26-28

    1.4.4 预应力切削探讨近况28-29

    1.5 课题来源以及本论文的主要探讨内容29-31

    1.5.1 课题来源29

    1.5.2 本论文的主要探讨内容29-31

    第二章 预应力车削加载装置设计及实验探讨31-51

    2.1 车削加工加载装置设计32-39

    2.1.1 预应力加载装置的结构33-34

    2.1.2 预应力的测量和制约34-35

    2.1.3 转动施螺母加载预应力的测量计算公式35-37

    2.1.4 机械加载预应力策略的测量公式37-38

    2.1.5 预应力切削的加工精度38-39

    2.2 预应力硬态切削实验案例39-49

    2.2.1 实验试样材料40-41

    2.2.2 实验刀具41

    2.2.3 实验案例41-42

    2.2.4 实验结果42-49

    2.2.4.1 预应力加载的变化42

    2.2.4.2 螺杆的加工表面残余应力42-43

    2.2.4.3 已加工表面粗糙度和表面形貌43-45

    2.2.4.4 加工尺寸精度45

    2.2.4.5 切削力45-46

    2.2.4.6 刀具磨损状态46

    2.2.4.7 金相组织形态46-47

    2.2.4.8 切屑形态47-49

    2.3 本章小结49-51

    第三章 基于热力论述浅析的残余应力分布探讨51-69

    3.1 残余应力热力耦合论述浅析52-57

    3.1.1 论述基本设定52

    3.1.2 加工表面残余应力的热力耦合论述浅析52-55

    3.1.3 残余应力影响因素讨论55-56

    3.1.4 预应力切削残余应力分布浅析56-57

    3.2 机械效应影响残余应力实验57-60

    3.2.1 实验案例57-58

    3.2.2 实验结果和讨论58-60

    3.3 热效应影响残余应力实验60-68

    3.3.1 论述基础60-61

    3.3.2 实验61-63

    3.3.2.1 试样材料和刀具参数61-62

    3.3.2.2 切削液成分和性能62

    3.3.2.3 实验案例62-63

    3.3.2.4 残余应力测量63

    3.3.3 结果和讨论63-68

    3.4 小结68-69

    第四章 预应力切削残余应力的正交模拟探讨69-90

    4.1. 有限元策略概论70-72

    4.1.1 有限元策略论述基础70-71

    4.1.2 Deform 有限元软件71-72

    4.2. 切削加工有限元模拟的关键技术72-79

    4.2.1 有限元模拟制约方程72-74

    4.2.2 材料本构联系74-75

    4.2.3 切屑形成准则75-76

    4.2.4 刀-屑和刀-工件摩擦模型76-78

    4.2.5 网格自适应技术78-79

    4.3 有限元模拟的模型建立79-82

    4.3.1 有限元模型和网格划分79

    4.3.2 边界条件设定79-80

    4.3.3 工件材料的本构联系80-82

    4.3.3.1 材料模型80-81

    4.3.3.2 断裂模型81

    4.3.3.3 刀具切屑的接触和摩擦81

    4.3.3.4 热传导方程81-82

    4.3.4 模拟步的设定82

    4.4 模拟历程82-84

    4.4.1 模正交拟案例82

    4.4.2 预应力切削模拟历程82-84

    4.5 加工残余应力模拟结果和浅析84-88

    4.5.1 残余应力影响因素显著性84-87

    4.5.2 残余应力预测公式87-88

    4.6 实验论证和讨论88-89

    4.6.1 实验历程描述88

    4.6.2 实验结果和讨论88-89

    4.7 小结89-90

    第五章 加工表面残余应力离散性实验探讨90-106

    5.1 离散度的数学概念91-93

    5.2 加工残余应力实验93-95

    5.2.1 实验设计93-95

    5.2.2 实验结果95

    5.3 残余应力离散度的浅析95-103

    5.3.1 干切削条件下精加工试样残余应力离散性浅析95-96

    5.3.2 润滑条件下精加工试样残余应力离散性浅析96-97

    5.3.3 干切削条件下粗加工试样残余应力离散性浅析97-98

    5.3.4 润滑条件粗加工试样残余应力离散性浅析98-99

    5.3.5 不同切削条件试样的残余应力离散度浅析99-103

    5.4 残余应力公差的讨论103-105

    5.4.1 残余应力公差概念103

    5.4.2 残余应力公差可行性浅析103-105

    5.5 小结105-106

    第六章 结论106-108

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