淬硬钢高速精密车削加工表层特征形成机理及性能研究

高性能精密硬车加工技术的进一步发展迫切需要对其加工表层特征（包括白层微结构及残余应力分布特征等）形成机理及使用性能进行深入研究。因此，本项目以淬硬钢加工表层特征为研究对象，研究第三切削变形区各变量（包括温度、应力、应变和应变速率等）对表面白层形成以及决定其微结构特征的作用机制；研究温度、应力和相变共同作用下，高速精密硬车加工表层残余应力形成机理；结合高速精密硬车淬硬钢工件的疲劳/磨损测试，分析加工工件疲劳磨损性能与表层特征之间的作用关系。在此基础上，建立不同切削条件、第三切削变形区变量、加工表层特征及其疲劳/磨损性能之间递进影响的数学关系模型和淬硬钢高速精密车削加工表层特征的参数优化模型。本课题的立项和完成在学术上可丰富和完善高速精密硬车表层特征形成机理及其性能评价理论，在实际应用中有利于高速精密硬车技术高质高效的推广应用，具有很高的学术意义和应用价值。

本项目针对高速精密硬切削加工实用化过程，对其表层特征形成机理及性能展开研究。设计了硬切削加工表层特征试验，并用扫描电子显微镜、X射线衍射、激光共聚焦显微镜、超景深显微镜等检测仪器，对加工表层特征进行了微观检测。分析并阐述了加工表层特征形成机制及加工工艺对表层特征的影响。进行了高速硬切削表层特性形成机制的数值模拟研究，建立了高速硬切削的动态有限元模型，分析了加工过程的切削力、切削热及残余应力的分布规律，并与试验结果进行了对比，验证了模型的准确性。建立了硬切削加工表层显微硬度模型和白层计算模型，分析获取了加工表层特征，为硬切削加工性能评价提供了关键数据。进行了高速硬切削疲劳性能试验，试验分析了加工试件疲劳性能，获取了不同切削参数和刀具磨损状况下加工表层特征变化规律对工件使役性能的影响规律，分析了疲劳试样的损伤形态和表层特征对疲劳性能的影响。提出了高速硬切削加工表层特征使役性能评价方法和优化模型，设计了表层特征预测和优化评价系统。本项目完善了高速精密硬切削的表层特征形成机理及其性能评价理论，建立了切削过程与表层特征之间的有机联系，对高速精密硬切削的实用化具有重要的理论意义和应用价值。