硬质合金刀具粘结破损热力学分析及熵产生模型建立

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2.25Cr1Mo0.25V钢是我国石油工业生产中使用的核心设备加氢反应器筒节的重要金属材料,2.25Cr1Mo0.25V具有强度高、塑性好、耐高温等优点,是一种非常难加工的材料,刀具破损现象频发,严重制约了生产效率的提高与生产成本的控制。本文依托国家自然科学基金(课题编号:51075109)“高效重型切削筒节材料刀具粘结破损机理研究”,针对硬质合金刀具切削2.25CrlMo0.25V过程中刀具粘结破损严重问题,利用热力学理论对刀具的粘结破损进行分析研究。首先,搭建了以工件材料为2.25Cr1Mo0.25V钢的切削实验平台,进行了硬质合金刀具粘结破损对比实验,从中选择出了粘结破损更为严重的YG8刀具;分析了刀-屑接触状态,建立了刀-屑接触面积的计算公式;根据切削力实验数据建立了切削力经验公式,并通过实验进行了验证。其次,根据切削热的传导模型计算出了传入刀具的热流密度;分析了刀具材料和切削参数对切削温度的影响规律;通过Thirdwave有限元仿真软件,对刀具温度场进行了仿真分析,并获得了刀具前刀面的温度分布,发现距切削刃大约0.5mm处时切削温度达到最大值,为研究切削温度对粘结破损的影响规律提供了基础。最后,简要分析了硬质合金刀具粘结破损的形成条件和形成过程,并分析了切削温度和微裂纹对粘结破损的影响;通过建立的粘结破损吉布斯自由能函数对粘结破损进行热力学分析,建立了刀具粘结破损深度和粘结吉布斯自由能之间的关系式。根据最小熵产生原理建立了塑性变形区和刀-屑接触区的熵产生模型,并对模型进行了简要的分析和验证。
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