大马力旋耕机旋耕刀的激光冲击强化研究

摘要

旋耕刀是大马力旋耕机上一个极其重要的工作部件，而且是一个重要的易损件，工作状态下的旋耕刀的受力状况更加复杂，因此旋耕刀使用寿命就显得更加关键。本文以国家“十二五科技支撑”计划项目“大马力拖拉机配套农田作业装备研制”首台大马力旋耕机为研究对象，充分研究其结构基础上采用PRO/E建立几何模型，并借助软件之间通用接口导入ANSYS12.0中，依据旋耕刀的实际受力状况进行了对应有限元模拟。
　　 激光冲击强化技术是一种新型的表面强化技术，目前已广泛应用于材料表面改性的研究。激光冲击强化处理后获得的残余应力层有很好的防止裂纹萌生和扩展的能力，从而延长材料的各项性能，本文利用激光冲击强化技术处理旋耕刀表面，来提高旋耕刀的使用寿命。
　　 在本文中，有限元软件ANSYS很好的模拟了旋耕刀在实际工作状态时的受力状况和变形情况，找到了旋耕刀的薄弱部位，即旋耕刀的最大位移发生在弯刀刚入土准备切削时的正切削刃和侧切削刃处，然后变形位移向两边等距递减。而应力集中在刀柄联结孔处，主要承受X方向的应力。
　　 建立了激光搭接冲击强化旋耕刀薄弱点有限元分析模型，讨论了模型建立、网格划分过程中，模型的受力加载等关键问题，获得了激光冲击强化后的旋耕刀的Von Mises等效应力云图。对激光冲击强化后的有旋耕刀再次进行有限元分析，得到冲击前后两次旋耕刀薄弱点受力情况。模拟结果表明，激光冲击强化以后，旋耕刀薄弱点的受力状况明显减轻。
　　 对65Mn进行了激光冲击强化的试验研究，并就冲击强化前后的旋耕刀在表面残余应力，硬度，表面形貌，组织结构等四个方面进行了比较。实验的结果表明冲击强化后旋耕刀的残余应力与有限元模拟结果基本吻合;冲击强化后旋耕刀硬度平均值比基体部分提高了29.4％;激光冲击强化后的旋耕刀的外部形貌发生较大改变，材料表面发生很大的塑性变形;经激光冲击强化后的旋耕刀的的晶粒相对于原始的晶粒得到了明显的细化。
　　 综上所述，本文创新地将激光冲击强化技术应用到旋耕刀的薄弱部位强化上，通过ANSYS有限元对旋耕刀激光冲击强化前后的受力状况进行了对比研究，并且通过实验来验证激光冲击强化后旋耕刀的硬度，残余应力，都有提高，提高了旋耕刀的使用寿命和性能，为新型旋耕刀的研制提供了一个方向和指导。作为国家“十二五科技支撑”计划项目重要组成部分，本文研究课题具有良好工程实际意义。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 选题背景及课题来源

1．2．1 论文课置来源

1．2．2 论文选题背景

1．3 激光冲击强化技术

1．3．1 基本原理及工艺特点

1．3．2 激光冲击强化的方法

1．4 激光冲击强化技术的发展

1．4．1 激光冲击强化技术的国外发展现状

1．3．2 激光冲击强化技术的国内发展现状

1．4 本文主要研究内容

1．5 本章小结

第二章 大马力旋耕机旋耕刀的有限元分析

2．1 大马力旋耕机

2．2 大马力旋耕机的运动分析

2．3 旋耕刀受力的影响因素

2．3．1 旋耕刀型号参数

2．3．2 旋耕刀排列方式

2．3．3 传动方式

2．3．4 土壤条件

2．4 大马力旋耕刀的受力分析

2．5 有限元法分析主要软件

2．6 旋耕弯刀的应力仿真

2．6 本章小结

第三章 旋耕刀激光冲击的有限元研究

3．1 激光冲击波与残余应力场

3．1．1 激光冲击波的形成机制

3．1．2 激光冲击波的产生

3．1．3 激光冲击波产生的压力

3．1．4 残余应力场的形成与估算

3．2 激光冲击成形的有限元分析

3．3 激光冲击强化前后的旋耕刀的有限元分析的对比

3．4 本章小节

第四章 激光冲击强化实验

4．1 激光冲击强化实验

4．1．1 激光冲击强化实验仪器

4．2 旋耕刀激光冲击强化后的性能检测

4．2．1 残余应力测试

4．2．2 硬度测试

4．2．3 扫描电镜分析

4．2．4 金相组织观察

4．2．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

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