重型切削中硬质合金刀具前刀面粘焊变质层损伤机理研究

基本信息
批准号:51575146
项目类别:面上项目
资助金额:64.00
负责人:郑敏利
学科分类:
依托单位:哈尔滨理工大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张为,李哲,陈金国,杜长见,何风顺,朱杰,张磊
关键词:
重型切削粘焊变质层损伤机理硬质合金刀具前刀面
结项摘要

The bonding breakage of carbide tools in heavy duty cutting is a key problem in large equipment manufacturing. Due to the high temperature and pressure caused by the large amount of cutting in heavy duty cutting, diffusion, melting and recrystallization of affinity elements occurred on tool-chips contact surfaces. The composition and performance of part surface materials on the carbide tool rake face can be easily changed to form stick-bonding metamorphic layers whose material damaging eventually leads to the bonding breakage of tools. Aiming at the material performance and the damaging and failure problems of stick-bonding metamorphic layers on the carbide tool rake face in heavy duty cutting, the project establishes a molecular model of stick-bonding metamorphic layers on tool the rake face in the cutting of typical workpiece materials and obtains the material physical performance parameters; the heat and mechanics distribution characteristics is analyzed on the rake face in cutting process and the separating criterion for stick-bonding metamorphic layers is established; the forming and stripping process of stick-bonding metamorphic layers on rake face is analyzed and the damage variables of stick-bonding metamorphic layers is represented and obtained; the damage threshold conditions of on rake face is determined, and the damage evolution equation and constitutive relations on rake face are established. The numerical simulation of damaging and failure process is given, and the damage evolution discipline of stick-bonding metamorphic layers on rake face is clarified. The research has important theoretical and practical significance to reveal the nature of thermodynamics of bonding breakage of carbide tools and to provide the theoretical basis for the problem of bonding breakage in heavy duty cutting.

重型切削中硬质合金刀具的粘结破损是大型装备制造中的关键问题。由于重型切削超大切削用量引起的高温高压,刀屑界面亲和元素产生扩散、熔融和再结晶,硬质合金刀具前刀面的部分表层材料的成分与性能易发生变化,形成粘焊变质层,粘焊变质层材料的损伤破坏最终导致了刀具的粘结破损。项目针对重型切削中硬质合金刀具前刀面粘焊变质层的材料性能与损伤失效问题,建立典型工件材料切削的刀具前刀面粘焊变质层的分子模型,获得其物理性能参数;分析切削过程中刀具前刀面热力分布特性,建立粘焊变质层分离判据;分析前刀面粘焊变质层的形成与剥离过程,表征并获得粘焊变质层损伤变量;确定前刀面损伤阀值条件,建立前刀面损伤演化方程与本构关系;进行损伤失效过程数值模拟,阐明前刀面粘焊变质层的损伤演化规律。项目研究对于揭示重型切削中硬质合金刀具粘结破损的热力学本质,解决重型切削刀具的粘结破损问题提供理论依据,有重要的理论与实际意义。

项目摘要

重型切削中硬质合金刀具失效是大型装备制造中的关键问题之一。在重型切削超大切削用量引起的高温高压作用下,刀-屑界面亲和元素的扩散运动增强,导致刀具前刀面表层材料的性能发生变化,形成表面变质层,并与切屑产生比较牢固、类似“钎焊”的粘结现象,故而将其称之为“粘焊变质层”。与刀具基体材料相比,刀具前刀面粘焊层的表面硬度、晶体的表面能、晶界内聚力等物理性能均会减弱,致使前刀面损伤演化过程加剧,易产生裂纹,导致刀具的快速磨损或粘结破损,引起较为突出的刀具失效问题。项目通过分析刀-屑粘焊刀具成分,建立刀具前刀面粘焊变质层的分子模型,获得其物理性能参数以及刀屑接触界面结合能;建立了前刀面有无粘焊层两种情况下的传热理论模型和有限元模型,获得了粘焊层的存在及其厚度对硬质合金刀具前刀面温度分布及其梯度变化的影响规律,以及前刀面粘焊层形成到剥离的温度和应力值,初步阐明了前刀面粘焊变质层层形成-剥离过程前刀面热-力特性;分析了刀具失效后的损伤形貌,建立了刀具前刀面扩散磨损理论模型、前刀面裂纹扩展仿真模型以及粘结破损仿真模型,获得了刀具前刀面损伤演化过程中刀具前刀面磨损、破损以及裂纹扩展特性变化规律;分析前刀面粘焊变质层的形成与剥离过程,确定刀具前刀面损伤形式,选择应变能密度和剩余强度作为损伤变量,建立了硬质合金疲劳损伤力学和损伤强度退化模型,进行刀具损伤失效过程数值模拟,实现刀具使用寿命的有效预测。项目相关研究成果,为进一步揭示重型切削中硬质合金刀具的失效机理,提高切削刀具使用寿命,丰富和完善切削刀具设计理论,解决大型装备制造工艺技术难题,有着较重要的理论价值与现实意义。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

DOI:10.16507/j.issn.1006-6055.2021.09.006
发表时间:2021
2

温和条件下柱前标记-高效液相色谱-质谱法测定枸杞多糖中单糖组成

温和条件下柱前标记-高效液相色谱-质谱法测定枸杞多糖中单糖组成

DOI:10.3724/ SP.J.1123.2019.04013
发表时间:2019
3

坚果破壳取仁与包装生产线控制系统设计

坚果破壳取仁与包装生产线控制系统设计

DOI:10.19554/j.cnki.1001-3563.2018.21.004
发表时间:2018
4

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

DOI:10.15986/j.1006-7930.2017.06.014
发表时间:2017
5

近水平层状坝基岩体渗透结构及其工程意义

近水平层状坝基岩体渗透结构及其工程意义

DOI:10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202105024
发表时间:2022

郑敏利的其他基金

批准号:51075109
批准年份:2010
资助金额:42.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

基于切削能的硬质合金刀具前刀面切削刃近域微槽设计理论与方法

批准号:51765009
批准年份:2017
负责人:何林
学科分类:E0509
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
2

面向钛合金高速切削的前刀面冷却-后刀面抗磨复合功效的微织构刀具及其相关机理研究

批准号:51805206
批准年份:2018
负责人:刘欣
学科分类:E0509
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

含钛/无钛硬质合金刀具切削钛合金热磨损精准计算的变质量热力学基础理论研究

批准号:51305017
批准年份:2013
负责人:孙剑飞
学科分类:E0509
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
4

面向钛合金高速切削的具有功能微结构表面无Co硬质合金刀具的磨损机理研究

批准号:51205138
批准年份:2012
负责人:梁良
学科分类:E0509
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目