铁基非晶合金带材剪切加工过程研究

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随着电力电子、航空航天、新能源等产业的迅速发展,对于金属板带材的需求也越来越多,其中铁基非晶合金带材作为新型的软磁材料,在电力电子行业应用非常广泛,有助于实现节能减排绿色发展,其加工精度直接影响非晶合金铁芯的综合性能,对铁基非晶合金带材的精密剪切加工的要求越来越高。本文深入研究铁基非晶合金带材的剪切加工过程,首先针对1k101铁基非晶合金带材(Fe78Si9B13)设计了机械性能测试实验为剪切加工实验提供理论基础,通过纳米压痕、显微硬度实验、纳米划痕实验和弯曲实验发现在不同测试条件下其塑性变形具有相似性,均出现了剪切带并且作为非晶合金塑性变形的一种表征模式。其次,基于铁基非晶合金带材斜刃横剪加工实验,研究了铁基非晶合金带材在不同润滑条件(无润滑、液体润滑、固体润滑)和不同刃磨纹理刀具(光滑刀具、45o纹理、90o纹理)匹配下的断面形貌,发现润滑剂的加入可以大幅度提高铁基非晶合金带材剪切加工质量,固体润滑时加工效果最佳;同时使用Kistler测力仪对斜刃横剪加工过程中的三向力进行检测,进一步分析斜刃横剪加工非晶合金带材的剪切力特性。再次,基于铁基非晶合金带材滚剪加工实验,建立了铁基非晶合金带材滚剪加工过程数学模型,理论计算值与实验值误差在10%以内,具有参考价值;通过工艺实验发现滚剪刀是否配备橡胶圈垫对于带材的断面质量有较大影响,配备有橡胶圈垫的圆盘滚剪刀加工的带材断面光滑平整有较好的加工质量,橡胶圈垫起到托举作用影响滚剪刀与带材的受力状态;随着润滑条件的改善,减小了滚剪刀与非晶合金带材之间的摩擦力,可以使剪切断面更为光滑平整。最后,研究铁基非晶合金带材滚剪加工断面形貌特征,主要有塌角、断裂滑擦带和毛刺,其断裂划擦带是与滚剪刀切削刃口侧面摩擦所致,同时对剪切加工过程带材断裂机制进行研究发现刀具刃口状态是影响断面形貌的主要因素;由于非晶合金带材应变能力缺乏或者应变能量耗尽在剪切边自由面出现了以树枝状剪切裂纹,剪切断面边缘出现应变软化效应,其宽度大约为12μm;铁基非晶合金带材剪切断面边缘自由面产生的剪切带和弯曲实验产生的剪切带对非晶带材的磁畴分布都有影响,即磁畴分布与剪切带具有对应关系,磁力相位配置图结果表明剪切带对于非晶合金带材的磁畴的面外强度影响较大,其面外强度出现大幅度减小,间接表明剪切带影响区内存在应变梯度场。
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