极端重载条件下大型特殊难加工材料零件高效切削机理与刀片设计

冲击破损和粘结破损是重型切削难加工材料时两种常见的刀具失效形式，冲击破损是由于刀具承受机械冲击产生的断裂破损现象；粘结破损是在高温高压作用下切屑新鲜表面与刀具表面发生冷焊而使刀具表面发生损坏的现象。本项目主要以高温高强度钢2.25Cr-1Mo-0.25V钢的超大型加氢筒节车削加工过程为研究对象，在切削仿真技术及传热学理论、摩擦学理论、切削力学理论和热弹塑性理论的支持下，通过深入的理论研究和系统的切削实验，建立重型切削高温高强度钢切削动力学仿真模型；揭示刀-屑粘结破损行为和机理，提出抑制刀具粘结破损现象产生的措施；给出极端重在条件下重型车刀片的抗破损设计原理，进行重型切削条件下切削参数的综合优化，并提供优化工艺参数，为超重型高效切削加工的生产增效提供理论指导。

加氢反应器是先进的炼油装备的核心设备，大型筒节是其关键零件，筒节材料为难加工特种钢材，并且在重型切削加工过程中切削参数和材料去除量很大，导致刀具失效严重、加工效率低。以大型加氢反应器筒节为典型零件的大型特殊难加工材料零件超重型切削过程中，硬质合金刀具粘结破损、脆性断裂(直接冲击断裂)以及高温磨损是重型切削难加工材料时主要的刀具失效形式。.通过切削实验，以大型加氢筒节材料高温高强度钢2.25Cr-1Mo-0.25V的车削加工为研究对象，与常规钢材在切削力、切削温度、刀具寿命和切屑折断难易程度方面进行对比，其切削加工性远差于常规钢材；.对重型车削过程中的切削热产生与影响进行研究，并进行了重型车刀温度场分析和模型的建立；采用温升实验方法，研究硬质合金刀具高温力学性能；对刀具的粘结失效机理进行了分析，并进行了粘结层元素扩散模型与刀-屑粘结判据的建立，为刀具失效预报提供依据；.应用动态冲击理论从应力波角度分析重型硬质合金车刀产生脆性断裂的原因，并确立了其产生脆断的速度条件；采用数值描述结合有限元仿真的方法，分析研究重型硬质合金车刀脆性断裂产生机理及破损形式，并通过冲击实验揭示了硬质合金抗冲击强度的轴向尺寸规律；.通过有限元仿真方法，深入分析重型切削特点及大型切屑形态及流出过程，结合扫描电镜实验的方法揭示了大型切屑形成机理；通过分析大型切屑折断过程，建立了大型切屑折断瞬间冲击力模型，为重型切削刀具优化设计提供理论基础；.进行筒节材料与刀具材料匹配性研究，分析高效重型切削筒节刀片控屑槽型开发理论，并进行优化设计，基于抗粘结破损和抗冲击破损性能进行重型切削刀具的优化设计，并优化了新型刀具加工筒节的加工工艺；提出了一种基于图像处理技术的大型筒节毛坯锻件荒加工过程刀具切削行程计算方法和冲击寿命评价方法，并给出了此种方法的限定条件；综合分析筒节荒加工过程特点，提出了实现大型筒节高效加工的技术措施。.本课题采用硬质合金刀具，以重型筒节材料高温高强度钢2.25Cr-1Mo-0.25V钢的切削过程为研究对象，通过理论分析、数值计算模拟以及高温性能实验、切削实验相结合的方法，在大型切屑折断力学特征、硬质合金车刀粘结破损、脆性断裂、高温力学特性以及刀具寿命评价等方面进行研究。研究可为重型切削加工的生产增效以及重型切削技术的推广提供理论指导和技术支撑。.