摘要
42CrMo模具钢因其具有良好的力学性能，被广泛应用于重型、尖端装备制造领域，且42CrMo模具钢是一种高强度钢，其切削加工过程中易出现切削力大、切屑易粘结、切削温度高等问题导致刀具寿命较低、加工表面完整性差，影响实际加工效率，制约其发展及应用。因此本文对42CrMo模具钢进行车削试验，结合有限元仿真模型，分析切削力、切削温度、刀具寿命与切削参数及刃口钝化之间的关系，这对提高合金结构钢表面加工质量、改善刀具切削性能及刀具微结构的设计均具有参考价值。本文研究内容主要包括以下几个方面: 采用不同钝化工艺对刀具进行钝化处理，对钝化后刃口表面形貌进行观测分析，并对42CrMo模具钢进行单因素车削试验，研究不同钝化工艺对已加工试件表面粗糙度的影响并优选出合适的钝化工艺，发现喷砂钝化法所制备刀具一致性更高、加工试件表面粗糙度最小，优于其他工艺;且随车削速度与背吃刀量的增加，工件表面粗糙度先减小后增大，随进给量增大表面粗糙度急剧增加。 基于Advantedge有限元仿真软件建立不同钝化半径刀具车削42CrMo钢有限元仿真模型，通过极差法分析切削参数与钝化半径对切削力、切削温度的影响;结合正交试验所得切削力数据验证有限元仿真模型较为准确;以最小切削力、最低切削温度为目标优选刀具刃口钝化半径与切削参数最佳组合范围为vc=87.96m/min～141.53m/min，f=0.08mm/r～0.10mm/r,ap=0.2mm～0.3mm,r=0.02mm～0.03mm。 设计以刃口钝化半径为变量的单因素试验，探究车削42CrMo模具钢刀具寿命变化及磨损机理，分析发现刀具寿命随钝化半径增加，呈先减小后增大的趋势，这与切削力的变化趋势一致;通过刀具磨损机理分析，发现车削42CrMo钢刀具磨损形貌主要是以氧化磨损和粘结磨损为主，且钝化半径r=0.02mm的刀具寿命最长、磨损率最小，且在优选的精加工范围内。因此，合适的刃口钝化半径可以减缓刀具的磨损速率，增强刃口的强度及刚度，从而延长刀具的使用寿命。 探究刀具刃口钝化对42CrMo模具钢表面完整性的影响，在优选精加工参数范围内对车削42CrMo模具钢的表面粗糙度、表层微观组织及表层显微硬度进行研究，发现刃口钝化刀具加工试件表面粗糙度较未钝化刀具降低18.2％;加工硬化程度更大，表层微观组织晶粒和晶格变形更剧烈，且钝化刀具晶粒细化效果更显著，钝化刀具加工后工件外表面的硬度值可达到材料基体显微硬度的1.35倍。
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