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2.25Cr-1Mo-0.25V筒节材料断续车削及刀具失效机理研究

作　者: 吕祥
导　师: 刘含莲
学　校: 山东大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 2.25Cr-1Mo-0.25V钢 断续车削 高效加工 刀具寿命 刀具失效机理
分类号: TG51
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 50次
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内容摘要


2.25Cr-1Mo-0.25V钢是一种低合金贝氏体耐热钢,具有强度高、耐高温、抗氢腐蚀性好、塑性高等特点,是石油化工行业中加氢反应器等关键零部件的常用制造材料。随着石油化工行业的不断发展,加氢反应器的尺寸要求越来越大,筒节材料的性能要求越来越高,这对其高效加工带来一定的困难。本课题针对加氢反应器大型筒节零件生产中加工效率低、刀具寿命短等问题,通过断续车削实验和有限元仿真相结合的方法,优化刀具材料、刀具几何参数和切削用量；分析对比不同刀具在不同切削条件下的失效机理和刀具在断续车削中的切削机理,为难加工筒节材料的高效加工提供实验数据和理论指导。通过正交实验优化了未涂层的普通硬质合金刀具YT5在断续车削2.25Cr-1Mo-0.25V钢时的切削用量,分析了切削用量对金属切除量和切削力的影响及刀具在不同切削用量下的失效机理。优化出采用YT5硬质合金刀具断续车削2.25Cr-1Mo-0.25V钢时的切削用量为v=50m/min,f=0.5mm/r, ap= 1.2mm,分别建立了YT5刀具在断续车削2.25Cr-1Mo-0.25V钢时的金属切除量、切削力与切削用量之间的经验关系式。对比了普通硬质合金刀具YT5和细晶硬质合金涂层刀具GC4235在相同切削用量下的刀具寿命和切削力,并分析了两种刀具的失效机理。结果表明GC4235硬质合金刀具的切削性能要明显高于YT5硬质合金刀具。分别选用方形、菱形、圆形三种形状的GC4235刀片,对比研究了切削性能更优的细晶硬质合金涂层刀具在不同刀具几何参数下的刀具寿命、切削力和刀具失效机理。优化实验结果表明方形GC4235硬质合金涂层刀具在断续车削2.25Cr-1Mo-0.25V钢时具有更好的切削性能。通过正交实验优化了方形GC4235硬质合金涂层刀具断续车削2.25Cr-1Mo-0.25V钢时的切削用量,分析了不同切削用量下的刀具失效机理。以最大金属切除量为目标得到最优切削用量为v=50m/min, f=0.4mm/r, ap=3mm实验研究表明切削用量v=100m/min,f=0.3mm/r, ap=3mm时刀具也表现出良好的切削性能,而且在刀具寿命较长的情况下可获得更高的金属切除率。这表明GC4235硬质合金涂层刀具适合在切削速度v=50m/min～100m/min时高效、长寿命断续车削2.25Cr-1Mo-0.25V钢。采用回归分析法,分别建立了方形GC4235硬质合金涂层刀具断续车削2.25Cr-1Mo-0.25V钢的金属切除量、切削力与切削用量之间的经验关系式。使用AdvantEdge FEM有限元分析软件对断续切削中刀具切出工件时的剪切角偏转和负剪切现象进行了仿真,分析了工件切出角以及不同前角的刀具对断续切削刀具应力状态的影响。仿真结果表明,在不同的工件切出角下,正前角和负前角刀具断续切削切出时都会出现剪切角偏转现象,但在一定切出角范围内才会出现负剪切。当剪切角偏转和负剪切出现时,刀尖附近的应力大小和方向均变化,导致断续切削中刀具切出工件时发生破损失效。

全文目录


摘要  11-13
Abstract  13-15
第1章 绪论  15-26
  1.1 高温压力容器材料研究现状  15-17
  1.2 2.25Cr-1Mo-0.25V筒节材料特性及其加工研究现状  17-23
    1.2.1 2.25Cr-1Mo-0.25V钢材料特性  17
    1.2.2 筒节材料加工研究现状  17-18
    1.2.3 切削刀具的选择  18-20
    1.2.4 硬质合金刀具的性能  20-22
    1.2.5 切削参数优化方法  22-23
  1.3 课题研究的目的和意义  23-26
    1.3.1 本课题的研究目的  23-24
    1.3.2 本课题的研究意义  24
    1.3.3 本课题的主要研究内容  24-26
第2章 硬质合金刀具YT5的切削用量优化  26-43
  2.1 实验设计  26-30
    2.1.1 实验设计与数据分析方法  26-28
    2.1.2 实验条件  28-30
    2.1.3 实验方案设计  30
  2.2 实验结果及分析  30-37
    2.2.1 金属切除量分析  30-33
    2.2.2 切削力分析  33-37
  2.3 刀具失效形式与失效机理分析  37-41
    2.3.1 刀具寿命及失效形式  37-38
    2.3.2 刀具失效机理分析  38-41
  2.4 本章小结  41-43
第3章 硬质合金刀具的对比实验研究  43-54
  3.1 实验方案  43-44
    3.1.1 实验条件  43-44
    3.1.2 刀具对比实验方案  44
  3.2 切削力分析  44-47
  3.3 刀具寿命分析  47-48
  3.4 刀具失效机理  48-52
    3.4.1 YT5硬质合金刀具破损失效机理  48-49
    3.4.2 GC4235硬质合金涂层刀具磨损机理  49-52
  3.5 切削速度对方形GC4235涂层刀具切削力和寿命的影响  52-53
  3.6 本章小结  53-54
第4章 方形涂层刀具切削用量优化及刀具失效机理研究  54-71
  4.1 实验方案  54-55
    4.1.1 实验条件  54
    4.1.2 实验方案设计  54-55
  4.2 实验结果与分析  55-62
    4.2.1 金属切除量分析  55-60
    4.2.2 切削力分析  60-62
  4.3 刀具失效形式及失效机理分析  62-70
  4.4 本章小结  70-71
第5章 断续切削仿真  71-86
  5.1 切削加工仿真研究现状  71-72
  5.2 断续切削刀具切入切出方式研究现状  72-75
    5.2.1 断续切削过程中的切入方式研究  72-73
    5.2.2 断续切削过程中的切出方式研究  73-75
  5.3 刀具切出状态对断续切削刀具失效的影响仿真  75-81
  5.4 刀具前角对断续切削刀具失效的影响仿真  81-84
  5.5 本章小结  84-86
结论与展望  86-89
参考文献  89-94
致谢  94-95
作者攻读硕士学位期间发表的学术论文  95-96
学位论文评阅及答辩情祝表  96

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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 > 车削加工及车床（旋床）
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