隨著我國工業(yè)水平的快速發(fā)展和變化,具有熱穩(wěn)定性高,價格便宜的4Cr2MoVNi的模具鋼在大型熱鍛模具上得到了廣泛的應(yīng)用。但是在惡劣的工作環(huán)境中經(jīng)過鍛壓機的擠壓、坯料的沖刷磨損以及模具表面的冷熱循環(huán)使得局部模具表面出現(xiàn)疲勞裂紋和嚴重磨損的現(xiàn)象,導致模具的使用壽命遠遠低于設(shè)計壽命。因此在加工制造行業(yè)中,對大型鍛造模具表面進行分區(qū)域強化,增強模具的表面抗疲勞磨損性能,提升模具的精度和延長使用壽命具有巨大的應(yīng)用價值和重要的實際意義。經(jīng)實際調(diào)研發(fā)現(xiàn),生產(chǎn)車間為提升模具表面耐磨性通常對模具進行整體強化處理。但是針對大型鍛造模具而言整體強化處理存在明顯的局限性:首先模具經(jīng)過整體強化后并不能解決模具局部表面磨損嚴重的問題;其次刻意增加強化時間,增加強化層厚度會浪費加工資源,增加生產(chǎn)成本;最后模具表面整體硬度增加使其在循環(huán)應(yīng)力的作用下加劇生成機械裂紋,導致模具報廢。根據(jù)耦合仿生學理論得出生物在千百年的進化過程中會形成軟硬相間的非光滑結(jié)構(gòu)來抵抗生存環(huán)境所帶來的摩擦接觸。本研究在前人研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合耦合仿生理論,利用激光熔凝加工技術(shù)首次在大型鍛造模具表面制備出不同結(jié)構(gòu)和形態(tài)的耦合仿生單元體,分區(qū)域提高模具... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

磨損過程

第1章緒論11學習，從而將仿生學引領(lǐng)向更深更廣的層面發(fā)展。在面臨工程需求所提出的各種問題，工程仿生學也通過學習和模擬生物不同結(jié)構(gòu)，材料和形態(tài)之間的關(guān)系，從而轉(zhuǎn)變成將多種耦合機制共同協(xié)作，具有仿生耦合機制的多元仿生而逐漸演化成仿生耦合[67，68]。如圖1.2所示，模擬疏水荷葉制備涂層，用于增強鋼、鎂和鋁的耐腐蝕性[69]。植物葉片和蜻蜓翅膀具有較強的抗疲勞開裂能力，受此啟發(fā)，利用激光仿生耦合技術(shù)在模具的工作表面制備了不同形狀和密度的仿生結(jié)構(gòu)模型，以提高其耐磨性。激光仿生耦合技術(shù)是高功率密度激光在極短時間內(nèi)與金屬相互作用的加工方法。在激光加工系統(tǒng)的數(shù)控控制下，在基體表面指定位置形成一層熔融層，與基體金屬形成良好的冶金結(jié)合，相互稀釋程度很校然后，在液態(tài)金屬基體的吸熱和透射作用下，模具表面金屬與基體材料發(fā)生完全不同的快速凝固過程，可以保持熔融層獨特的性能。這可以完全改變材料的表面特性，使其具有極高的耐磨性、耐腐蝕性、耐高溫性等。目前，這種方法可以修復材料表面的孔洞和裂紋，恢復磨損零件的幾何形狀和性能。因此，利用激光仿生耦合技術(shù)在樣品表面制作具有仿生耦合結(jié)構(gòu)的模型來提高樣品的實際性能是一項先進的技術(shù)。圖1.2荷葉及其顯微結(jié)構(gòu)Fig.1.2Lotusleafanditsmicrostructure

吉林大學碩士學位論文16的加工方法。我們將熔凝后的組織稱作單元體，并且與基體構(gòu)成軟硬相間的仿生耦合結(jié)構(gòu)，使得材料表面的抗疲勞磨損性能得到良好的改善。激光加工原理及單元體示意圖如圖2.1所示。圖2.1激光加工原理及仿生耦合單元體示意圖Fig.2.1Principleoflasermachiningandschematicdiagramofcouplingbionicunit我們在鍛造生產(chǎn)車間調(diào)研發(fā)現(xiàn)，尺寸為2010×655×324mm3的大型貨車前軸模具在生產(chǎn)的工程中存在不同工作表面磨損程度不同的問題。如圖2.2所示，模具邊緣圓角處的磨損量巨大，形成明顯斜坡；另外邊緣凸臺的磨損量明顯小于中間凸臺的磨損量。因此模具局部疲勞磨損嚴重會導致精度降低，明顯降低模具使用壽命。所以本文在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合大型貨車前軸模具的磨損特點，受到蜻蜓翅膀和樹葉的耐疲勞磨損性能的啟發(fā)在模具表面制備條紋狀，網(wǎng)格狀和密排狀仿生耦合單元體。

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本文編號：3491151