淬硬模具鋼高速銑削機理研究.pdf

1、淬硬模具鋼的硬度在50 HRC以上，常用于制造各種對硬度和耐磨性要求較高的零件。采用高速銑削方法直接加工淬硬模具鋼，不僅可以提高淬硬模具鋼零件的加工精度和表面質量，同時還可大幅度提高加工效率。 針對淬硬模具鋼高速銑削過程中鋸齒狀切屑如何形成并影響切削過程、刀具磨損嚴重、刀具選擇和加工工藝參數缺乏理論指導等問題，本文綜合利用力學、機械加工理論、高速攝影技術、紅外測溫技術、材料測試分析技術和信號測試技術等，對淬硬模具鋼高速銑削過程進

2、行全面完整的系統研究。研究了淬硬模具鋼高速銑削過程中連續(xù)帶狀和鋸齒狀兩種切屑形態(tài)的形成條件；研究了鋸齒狀切屑的各種特征，建立了鋸齒狀切屑形成的幾何模型，提出了鋸齒狀切屑形成機理；分析了淬硬模具鋼高速銑削過程中切削力、切削振動、工件表面質量和切削溫度的特征，以及鋸齒狀切屑生成對上述特征的影響；揭示了涂層硬質合金刀具高速銑削淬硬模具鋼的刀具磨損/破損機理；提出了淬硬模具鋼高速銑削的刀具及其涂層優(yōu)選原則和工藝參數優(yōu)選原則；實現典型淬硬模具零件

3、的高效高精度加工。這些研究對深入了解淬硬模具鋼高速銑削過程，推動高速切削基礎理論的發(fā)展，提高淬硬模具鋼高速銑削技術的應用水平都具有重要意義。本文主要研究結論如下： 1.淬硬鋼高速銑削過程中產生的切屑形狀有長度在0.5 mm至2 mm之間的松散C型和長度2 mm以上的連續(xù)型。連續(xù)帶狀或鋸齒狀的切屑形態(tài)取決于材料硬度和加工條件；材料硬度越高，切屑形態(tài)由連續(xù)帶狀轉變?yōu)殇忼X狀的切削速度越低。鋸齒狀切屑基體內組織變形程度很小，由于熱軟化作

4、用基體硬度下降；鋸齒狀切屑剪切帶內組織沿剪切方向拉長，寬度約為1.5μm～3μm，并隨切削速度的提高而減小；高速形變后的加工硬化導致剪切帶和切屑白層的硬度上升。 2.建立了淬硬模具鋼高速銑削鋸齒狀切屑形成的幾何模型，考慮了切屑在寬度方向上的變形和鋸齒狀切屑修正系數，較準確地計算出鋸齒狀切屑形成剪切角的范圍在40°-60°之間，剪切帶內的剪應變?yōu)?01～102，剪應變率高達105s-1以上。切削變形增加時，切屑厚度變形系數減小；橫

5、向彎曲減弱，切屑寬度變形系數減小。 3.提出了淬硬模具鋼高速銑削鋸齒狀切屑的形成機理。當切削速度提高到一定臨界值時，由于溫度升高而導致的材料熱軟化作用大于形變強化作用，切屑形態(tài)由連續(xù)帶狀轉變?yōu)榧羟袔Ь鶆蜷g隔分布的鋸齒狀切屑。鋸齒狀切屑的變形程度在很大程度上決定了淬硬模具鋼的加工難易程度。針對不同硬度的工件材料，通過優(yōu)化切削速度、每齒進給量和切削深度等加工條件組合，可以控制切屑形態(tài)為連續(xù)帶狀。 4.提出了一種新的評價鋸齒狀

6、切屑變形程度的定量化指標。利用鋸齒狀切屑橫截面積△和鋸齒狀切屑頂角φ1綜合定量評價鋸齒化程度；鋸齒狀切屑頂角φ1減小，鋸齒狀切屑橫截面積△越大，則切屑變形程度越大，鋸齒化程度越嚴重。 5.淬硬模具鋼高速銑削的鋸齒狀切屑生成頻率與切削力頻率成正比關系，并隨切削速度提高而增大。鋸齒狀切屑的生成會導致切削力有所下降，但使切削振動增強；在鋸齒狀切屑產生的臨界速度處，表面粗糙度會產生突然增大。存在最佳刀具懸伸量可使切削力與切削振動最小，加

7、工質量最好。 6.高速銑削淬硬模具鋼時，達到一定的切削速度后，刀具與工件接觸區(qū)域的溫度將保持在700℃左右，不再繼續(xù)升高；工件的平均溫度保持在190℃-225℃之間。這是可以采用很高的切削速度、較低的每齒進給量和切削深度直接高速銑削加工淬硬模具鋼的重要依據。 7.涂層硬質合金刀具高速銑削淬硬模具鋼時的刀具壽命較低；TiSiN涂層銑刀的刀具壽命約為TiAlN涂層銑刀的四倍。刀具磨損是磨粒磨損、擴散磨損和氧化磨損共同作用的結