庆振华博士答辩

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庆振华博士答辩

发布时间:2015-06-09浏览次数:1431作者:来源:机电学院供图:审核:

答辩博士：庆振华

指导教师：左敦稳教授

论文题目：高强度钢42CrMo硬态切削切屑形成机理的研究

答辩委员会：

主席：王耀华教授/博导解放军理工大学

委员：李迎教授/博导南京理工大学

汤文成教授/博导东南大学

朱永伟教授/博导南京航空航天大学

卢文壮教授/博导南京航空航天大学

秘书：李军副教授/硕导南京航空航天大学

答辩时间：2015年6月14日14:00-17:00

地点：南航明故宫校区A15-B327

学位论文简介：

本文旨在探索高强度钢42CrMo硬态切削切屑形成机理，建立硬态切削切屑形成模型，建立切削力、切削温度、切屑形态与工件表面质量的联系，从而为硬态切削加工研究和生产实践提供参考。

（1）建立硬态切削过程测力、测温、切屑形态、切屑流动、已加工表面质量研究实验平台。

（2）根据切屑形成各个阶段切屑根部切削区金相显微组织、显微硬度记录的信息，研究快速落刀瞬时切削过程“冻结”的状态；并以此为基础，仔细分析切屑形成4个阶段切屑根部4个变形区材料的动态变化行为，揭示对切削过程工件材料一系列物理、力学行为产生的机理，建立切屑形成过程模型，以便达到描述或预测切削加工的目的。

（3）采用Abaqus软件模拟仿真硬态切削过程，从模拟的可视化结果出发，着重分析了切屑形成过程的各个阶段切削力、应力、应变、温度等参数；仿真结果与实验结果对照，有力地揭示了硬态切削42CrMo钢的切屑形成机理，进一步完善切屑形成过程的模型。

（4）在切屑形成阶段，在第四变形区刀具刀尖倒圆/倒棱、负前角前刀面对工件材料作强挤压作用，接触区工件材料温度升高；在切屑排出阶段，在第二变形区切屑底面与刀具前刀面发生剧烈的摩擦作用，刀―屑摩擦表面温度升高。以上两个过程都会导致切屑底面白亮层产生、增厚，若单纯地从已经形成的切屑底面白亮带的厚薄来判断切屑形成过程的变形程度，则难免得到错误的结论。

（5）揭示硬态切削锯齿形切屑形成过程周期性动态变化的特点。在一个锯齿形切屑节段形成周期中，对应的切削力也完成了一个周期性的变化过程。

主要创新点如下：

（1）通过高速摄像技术，获得弹簧式快速落刀装置在落刀过程中刀杆的运动轨迹，并计算获得该装置的初始落刀速度、初始落刀加速度，从而定量验证了采用该装置进行切屑根部采样这一方法的可靠性，表明该方法完全可以替代爆炸快速落刀方法。

（2）首次结合金属学、金相学理论，考察高强度钢42CrMo工件快速落刀瞬时“冻结”的切削区形貌、金相显微组织、显微硬度等信息，并分析硬态切削锯齿形切屑形成各阶段切屑根部不同变形区材料的动态变化行为。

（3）通过考察切屑根部裂纹源及其扩展行为、绝热剪切带的生成及发展行为，发现绝热剪切带形成于刀尖附近，在切削过程中向材料内部扩展；锯齿形切屑的裂纹源起始于自由表面，切屑形成过程中向其内部扩展。导致切屑最终分离的因素是裂纹的扩展。结合有限元仿真结果，首次指出42CrMo钢硬态切屑形成机理不同于单纯的绝热剪切理论或周期性断裂理论的特殊性，并提出了其硬态切削锯齿形切屑形成模型。

（4）将切削区划分为四个部分，建立采用负前角刀具在硬态切削条件下加工高硬度、高强度材料的模型，该模型能较好地描述锯齿形切屑、已加工表面形成过程。

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