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核电机组铸钢铣削表面完整性试验研究

作　者: 刘丽娟
导　师: 邵华
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 核电铸钢 铣削表面质量 表面粗糙度 表面变质层
分类号: TG54
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 30次
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内容摘要


随着人类对能源需求量的急剧增加，核电已成为重要的能源工业，核电机组中大型铸件采用一般合金铸钢，提高结合面精度及粗糙度，使上下半密封结合不渗透，对配合表面粗加工后进行堆焊一层不锈钢以防水蚀。且核电材料工作湿度大，蒸汽在汽轮机末级出口处湿度甚至超过20%，在蒸汽流动方向改变的部位和有压降漏汽的结合面容易遭受严重的缝隙水蚀。点蚀坑在应力和腐蚀的共同作用下裂纹扩展，最终形成应力腐蚀破坏。核电材料的失效往往会引发核电站的安全，甚至影响民众和环境的安全，危及国民经济的可持续发展。所以为保证结合面质量，防止水蚀和应力腐蚀，对核电铸钢铣削加工表面质量的研究尤为重要。本文针对百万千瓦核电机组用铸钢G17CrMoV5-10和GX4CrNi13-4两种材料进行铣削试验，分析了其加工表面完整性，试验刀具选用了涂层旋风刀片GC1025和IC908，主要从表面粗糙度和加工变质层进行分析。采用正交试验和单因素试验方法，选取切削速度、进给量、切削深度和切削宽度，刀具刀尖圆弧半径和后刀面磨损等因素，以表面粗糙度（Ra和Rz值）为试验目标，研究了加工表面进给和垂直进给方向粗糙度的变化规律，在进给和垂直进给方向上粗糙度Rz和Ra值变化趋势基本一致。对研究材料，获得了最优切削参数，GC1025刀片可以获得更小的粗粗度，Rz值可达0.792μm。对GX4CrNi13-4材料，切削速度和进给量对粗糙度的影响最大。刀尖圆弧半径Rε为1.2mm时，粗糙度最小。同时，分析了热处理后，材料加工表面的特性。此外，选取加工表面加工硬化、金相组织变化和残余应力特性三项指标研究了铸钢加工表面变质层的变化。通过改变切削速度和进给量，研究了加工表面变质层变化，进给量0.1mm/r时加工硬化最小，随进给增加，变质层先变严重，然后逐渐消失；深度方向上获得最大残余压应力值增大。同时，分析了刀尖圆弧半径和刀具磨损对变质层的影响。刀具后刀面磨损一定值后，表层组织出现明显的变质层。随刀尖圆弧半径增大，加工硬化变严重。对GX4CrNi13-4材料，在距离表面28μm，最大压应力可达432MPa，最大残余压应力的深度为100μm。本文研究获得了优化的切削参数和刀具参数，取得符合核电需求的表面质量，提高工件工作的可靠性、加工效率和降低加工成本，并为同类材料的加工提供参考。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-11
第一章 绪论  11-21
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-20
  1.3 项目研究内容  20-21
第二章 铣削试验系统与方案  21-30
  2.1 切削试验系统  21-28
    2.1.1 试验机床及检测系统  21-24
    2.1.2 试验材料  24-25
    2.1.3 试验刀具系统  25-28
  2.2 试验研究方案  28-29
    2.2.1 铣削试验目的  28
    2.2.2 铣削试验方案  28-29
  2.3 本章小结  29-30
第三章 核电机组铸钢铣削表面粗糙度  30-60
  3.1 表面粗糙度  30-32
    3.1.1 表面粗糙度评定参数  30-31
    3.1.2 表面粗糙度的主要影响  31-32
  3.2 切削参数对铸钢铣削表面粗糙度的影响  32-48
    3.2.1 正交试验  32-45
    3.2.2 单因素试验  45-48
  3.3 刀具参数对铣削表面粗糙度的影响  48-56
    3.3.1 刀具材料  48-50
    3.3.2 刀具几何角度  50-52
    3.3.3 刀具磨损量  52-56
  3.4 铣削试验结论  56-59
  3.5 本章小结  59-60
第四章 核电机组用铸钢铣削表面变质层  60-80
  4.1 加工表面变质层  60-61
  4.2 核电机组用铸钢铣削已加工表面硬化  61-69
    4.2.1 变质层试验试样制备  62
    4.2.2 铸钢铣削已加工表面硬度  62-66
    4.2.3 铸钢铣削已加工表面深度方向硬度  66-69
  4.3 核电机组用铸钢铣削已加工表面金相组织  69-74
    4.3.1 铸钢铣削加工表层金相组织形态  69-71
    4.3.2 铸钢铣削加工表层深度方向上金相组织形态  71-74
  4.4 核电机组用铸钢铣削已加工表面残余应力  74-79
    4.4.1 残余应力测量原理和试验过程  74-75
    4.4.2 切削参数对残余应力的影响  75-77
    4.4.3 刀具参数对残余应力的影响  77-79
  4.5 本章小结  79-80
第五章 结论和展望  80-83
  5.1 结论  80-82
    5.1.1 铣削表面粗糙度  80-81
    5.1.2 铣削表面变质层  81-82
  5.2 展望  82-83
参考文献  83-86
致谢  86-87
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  87-88
附件  88

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 铣削加工及铣床
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