大型剪板機用刀具6CrW2Si鋼激光沖擊作用下殘余應力場熱松馳機制研究.pdf

1、大型剪板機是機械制造工業(yè)中的重要設備。在許多行業(yè)中都要使用金屬板殼，特別是汽車行業(yè)需求量龐大，車型個性化、生產規(guī)?；约案采w件大型一體化。由于很多剪板加工設備服役環(huán)境的特殊性，尤其是處于熱剪狀態(tài)下的剪床刀片是對800～1000℃左右的初軋鋼鐵廠的鋼料實施剪切下料，除要求有一定硬度外，還應有較高的紅硬性、耐磨性以及較好的韌性。熱剪刀片的熱穩(wěn)定性是直接影響刀具使用壽命的重要因素。
　　激光沖擊強化生成的殘余壓應力能提高金屬材料表面的疲

2、勞強度及疲勞壽命，能夠有效抑制疲勞裂紋的形成和擴展，然而在中高溫工作條件下殘余應力會發(fā)生松弛，從而減弱激光沖擊強化效果。所以研究激光沖擊強化對處于中高溫下的熱剪刀具的熱穩(wěn)定性很重要。本文運用有限元模擬和實驗研究相結合的研究方法，對激光沖擊強化熱剪刀具材料6CrW2Si鋼殘余應力熱松弛過程進行了研究分析，主要研究內容和成果如下:
　　(1)利用ANSYS/LS_DYNA有限元分析軟件，對激光沖擊強化熱剪刀具6CrW2Si鋼殘余應力場

3、建立有限元模型，并進行了有限元數值分析。從模擬中沖擊應力波的傳播以及模型各能量的變化為出發(fā)點，分析論證了模擬的合理性，分析了熱剪刀具6CrW2Si鋼殘余應力場的模擬結果。
　　(2)利用有限元模擬分析了激光沖擊強化6CrW2Si鋼殘余壓應力在300℃、400℃、500℃、600℃溫度下的變化特性，主要分析了保溫溫度以及保溫時間對殘余應力及殘余應力熱松弛的影響。研究表明:在既定的溫度下，6CrW2Si鋼的殘余壓應力會發(fā)生熱松弛，松弛

4、速率在起始的30min時內較快。在25℃～600℃溫度范圍內，隨著溫度的升高，松弛速率變大，溫度大于600℃后，松弛速率逐漸變小，最后趨于穩(wěn)定。保溫溫度對殘余應力的熱松弛影響要比保溫時間產生的影響明顯。運用有限元數值模擬方法分析了激光沖擊參數對激光沖擊強化處理6CrW2Si鋼殘余應力的影響。
　　(3)通過實驗探討了300℃～600℃范圍內的熱處理對激光沖擊強化處理6CrW2Si鋼殘余應力的影響特性，對6CrW2Si鋼的硬度進行了

5、研究分析。結果表明:實驗測得的數據和模擬得到的數據有良好的一致性。殘余應力松弛速率在起始的30min內較大，隨著溫度的升高，松弛速率逐漸增大。在600℃的時候仍剩余一些殘余壓應力，經過保溫30min后6CrW2Si鋼的殘余應力場分布更均勻。
　　(4)將激光沖擊強化技術運用到大型剪板機的熱剪刀具的實際生產中。生產應用表明，未經過激光沖擊強化的熱剪刀具在1600噸熱剪機上工作只能持續(xù)5天，并且在每個刃口處，剪切不到1500次就會軟化