刀具板材界面接触条件对电工钢板剪切质量的影响

作     者：汤彪 

作者单位：广东工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：阎秋生

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：横向剪切 界面润滑 刀具表面形貌 剪切断面形貌 剪切力 

摘      要：电工钢作为重要的金属功能材料,在电力、电子和军事工业中广泛应用,在使用过程中需要将宽幅面电工钢板剪切加工(纵剪、横剪)为所需的宽度和长度,剪切断面质量影响到制品精度和磁性能。本文深入研究刀具板材界面接触条件对电工钢剪切质量的影响规律,分析其影响机制。首先在干切、液体润滑、固体润滑三种条件下对电工钢进行了横剪加工实验。对比研究了不同润滑条件下电工钢剪切断面形貌及剪切力,发现加注润滑剂可以显著改善剪切断面形貌和平整度,且固体润滑效果优于液体润滑。相比干切条件下,有润滑剂时电工钢剪切断面塌角高度明显减小,剪切带高度显著增加,最大剪切力减小,加工硬化程度减小。进一步分析了润滑剂黏度对剪切加工过程的影响,对比了不同润滑剂黏度条件下电工钢剪切断面形貌、加工硬化以及剪切力特性,发现改善电工钢精密剪切过程中润滑条件,能提高电工钢剪切断面质量。其次,当刀具表面形貌为无序纹理状态时,使用不同表面粗糙度Ra值的刀具对厚度0.5mm无取向电工钢进行剪切加工实验,对比研究刀具表面粗糙度Ra值所决定的不同界面条件下电工钢剪切断面形貌。实验发现,剪切过程中刀具与板材界面接触条件对电工钢剪切断面特征有显著影响;刀具表面粗糙度Ra为0.2?m条件下使用润滑剂,剪切带高度提高11%,塌角高度减少16%,刀具表面粗糙度Ra值较高时改善剪切过程中润滑条件,电工钢剪切断面质量得到改善。再次,当刀具表面形貌为有序纹理时,研究干剪条件下不同纹理特征的刀具对电工钢剪切断面、组织流动、加工硬化以及剪切力的影响,并进一步研究上下成对刀具的纹理倾斜角组合方式对剪切质量影响的显著性。同时考虑不同纹理特征刀具在润滑条件下的匹配关系,分析润滑条件下刀具纹理特征对剪切加工的影响。最后,建立基于刀具板材界面接触条件的电工钢剪切过程模型,结合有限元模型分析加工过程中刀具与板材间固体接触面积以及二者之间的摩擦力特征,研究刀具表面纹理对板材剪切质量影响机理。通过有限元分析润滑条件下纹理特征对剪切过程中摩擦学行为的影响,并结合实验结果进一步分析刀具板材界面接触条件对剪切质量的影响机制。建立剪切过程板材受力模型,仿真分析刀具板材界面接触条件对剪切质量的影响机制,理论分析与实验结果一致。