航空難加工材料300M超高強鋼高速車削加工機理研究

《航空難加工材料300M超高強鋼高速車削加工機理研究》是依託哈爾濱理工大學，由張慧萍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：航空難加工材料300M超高強鋼高速車削加工機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張慧萍
• 依託單位：哈爾濱理工大學

項目摘要

飛機起落架用300M超高強鋼具有超高強度、高硬度、和高韌性，切削加工性極差。本項目針對300M 超高強鋼高速加工中凸現的刀具磨損及加工表面質量難以保證等技術難題，通過高溫等溫壓縮試驗及多元非線性回歸方法，構建300M超高強鋼的高溫本構模型。基於300M超高強鋼的高溫本構模型及力－熱耦合作用機理，準確構建300M超高強鋼車削加工過程動態物理仿真模型。在數值模擬和試驗研究的基礎上研究切削參數對300超高強鋼切削力和切削溫度的影響規律。通過試驗研究300M超高強鋼車削加工時，切削參數、刀具幾何參數對刀具磨損、巨觀表面質量和微觀表面組織缺陷的影響規律並建立其定量描述的數學模型。以上研究為飛機起落架用300M超高強鋼高速車削加工切削參數及刀具的優選提供科學依據，為實現我國飛機起落架的高效加工奠定基礎。

結題摘要

超高強度鋼屬於材料科學前沿和研究的熱點，300M超高強鋼有獨特的物理機械性能，是目前飛機結構中使用強度最高的一個鋼種，其切削加工和磨削加工都很困難，而對於材料的加工表面質量有較高要求。由於300M超高強鋼在切削過程中體現出的切削力大、切削溫度高等特點，使得工件的已加工表面質量較差，刀具快速磨損導致的失效是突出的問題。我們針對這些問題進行了深入研究。 首先，由恆溫熱壓縮試驗，得到真應力真應變曲線，分別基於數理模型和神經網路模型建立了300M鋼的高溫本構模型，統計計算了數理模型和神經網路模型的預測值和實驗值之間的相關係數和平均相對誤差，結果表明神經網路模型具有更高的精度，能夠更精確的預測出300M鋼的高溫流動應力；通過準靜態壓縮力學實驗，確定Johnson-Cook關係式中應變強化項係數，以及通過切削實驗和相關切削理論分析確定關係式中的應變速率項和熱軟化效應項係數，建立300M鋼的Johnson-Cook材料熱-塑性本構關係方程式。 其次,對300M鋼進行了正交實驗，分析切削參數對切削力及切削溫度影響規律。建立切削力及切削溫度經驗模型；對300M鋼材料的切削加工性進行了研究，提出了改善航空難加工材料切削加工性的主要措施；採用改進的 NSGA-II遺傳算法進行切削參數最佳化。 再次，以刀具磨損為指標，優選出了PCBN刀具；以切削力與切削溫度為指標，對PCBN刀具的倒棱參數進行了優選；利用PCBN刀具對300M超高強度鋼進行了高速車削試驗，分析了刀具磨損對切削力及與切削溫度的影響；在此基礎上，進行了300M鋼高速車削加工的磨損特性的研究，利用超景深顯微鏡觀察了PCBN刀具的磨損形貌；建立了PCBN刀具磨損的經驗模型，實現了300M超高強度鋼高速車削加工刀具磨損的預測。 最後，建立300M鋼切削加工的表面粗糙度數學模型，進行300M超高強度鋼表面加工硬化和殘餘應力的實驗研究。研究切削參數對300M鋼表面加工硬化的影響及其沿層深的分布規律，總結其加工硬化程度規律；研究切削參數對300M鋼表面層殘餘拉壓應力的大小及其分布規律、沿層深方向的分布規律及其作用層深度影響；運用模擬仿真軟體對切削過程進行模擬。