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本文研究了一个高效、低成本的金属模具加工工艺,提出了电脉冲辅助金属切削加工技术,并通过电脉冲和超声外场耦合处理金属表面,制备出纳米梯度层以提高表面机械性能,初步讨论了电脉冲加速晶粒细化提高金属塑性的作用机制。首先,介绍了一种切削加工性能改良的新型模架专用钢XGY55C。通过对切削温度,切削力和刀具磨损三个方面的研究,分析比较了新型模架钢XGY55C与传统模架钢S50C的切削加工性能。研究表明新型模架钢切削时切屑表面最高温度值较低,主切削力较小,因而刀具磨损小,具有更优的切削加工性能,可以为模具行业提供一种更优的钢材选择。其次,研究了电脉冲作为一种提高材料加工性能的新方法被引入到调质45钢的切削加工中。电脉冲对切削性能、显微结构演变和表面质量等方面的影响进行了研究。研究结果表明电脉冲对切削过程有明显的改善作用,分为以下三个方面:(1)急剧地减小了主切削力、被加工样品表面硬度和表面粗糙度;(2)提高了加工效率,延长了刀具使用寿命;(3)减小了切削过程中由加工硬化造成的流变硬化层的厚度。随着电流密度的增加,切屑明显增长,切屑形貌和显微组织也不断改善。电脉冲不仅可以提高塑性变形能力,还能增加样品与刀具之间的润滑性能。最后,研究了高能电脉冲与超声耦合处理调质45钢对其表面性能和显微组织演变的影响。通过与超声表面处理相比,声电耦合表面处理可以得到更细小的显微结构。实验结果表明表面强化层的厚度为700μm,增加了40%。表面纳米层的晶粒尺寸减小到30~50nm。调质45钢的表面粗糙度减至0.25μm,表面硬度大幅提高到460HV。室温下显微结构和表面硬度的提升,主要是由于在电脉冲作用下表面强化层内的原子加速扩散,提高了表层塑性变形的能力。正是由于电脉冲辅助超声强化表面作用,表面纳米化进程才能得以更快更显著。