基于微噴砂水射流技術的刀具切削刃處理工藝及其強化機理研究.pdf

1、微噴砂技術具有加工效率高、靈活性好和資源利用率高的優(yōu)勢，將其應用于刀具的切削刃強化不僅可以提高刀具切削壽命和加工效率，還可以降低加工成本。為此本文開展三個方面的研究。通過微噴砂技術應用于刀具的切削刃處理，研究微噴砂工藝參數(shù)對YT15和YG6硬質合金、Ti(C，N)金屬陶瓷三種刀片的去除量和切削刃質量的影響，獲得了合適刃口半徑和刃口質量的微噴砂工藝參數(shù);研究三種刀片的刃口修形去除機理，并建立相應的刃口半徑經(jīng)驗預測模型和半經(jīng)驗理論模型;研究

2、微噴砂處理后刀片刃口半徑對切削過程的影響，優(yōu)化獲得不同材質的刀片在一定切削參數(shù)下的刃口半徑，并分析微噴砂切削刃強化對刀具切削性能的影響。
　　采用正交實驗方法研究微噴砂工藝參數(shù)對材料去除量和刃口線粗糙度的影響，并對微噴砂工藝參數(shù)進行初步優(yōu)選;而采用全因素實驗方法研究微噴砂工藝參數(shù)對刃口半徑和刃口線粗糙度分布的影響，并確定獲得合適刃口半徑和刃口質量的微噴砂工藝參數(shù)。結果表明，對YT15、YG6和金屬陶瓷刀片的材料去除量影響最大的因素

3、分別為噴砂時間、磨料目數(shù)和噴砂時間，而對YT15、YG6和金屬陶瓷刀片的刃口線粗糙度影響最大的因素分別為噴砂壓力、磨料目數(shù)和磨料目數(shù)。以刃口線粗糙度為優(yōu)化目標，兼顧材料去除量，優(yōu)化出了YT15和YG6刀片所適用的白剛玉磨料目數(shù)為320目，而金屬陶瓷刀片所適用的白剛玉磨料目數(shù)為280目。三種刀片的刃口半徑都隨著噴砂壓力和噴砂時間的增加而增大;當噴砂壓力為0.2MPa和0.25MPa時，隨著磨料比重的增加，刀片的刃口半徑都先增大而后減小;而

4、在噴砂壓力為0.3MPa和0.35MPa時，隨著磨料比重的增加，刀片的刃口半徑都呈現(xiàn)一直增大的趨勢。對刃口線粗糙度分布情況分析，三種刀片的刃口線粗糙度符合伽瑪分布，YT15和金屬陶瓷刀片的刃口線粗糙度小于0.7岬的概率分別為0.98和0.97，而YG6刀片的刃口線粗糙度小于0.73μm的概率為0.96。根據(jù)微噴砂全因素實驗得到的刃口半徑以及刃口線粗糙度分布確定了經(jīng)正交實驗初選后的微噴砂工藝參數(shù)的合理性。
　　采用對比實驗研究微噴砂

5、水射流中水和磨料的作用，并對材料去除機理和刃口形狀形成過程進行分析。利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡和單顆粒磨料材料去除模型分別建立刃口半徑的經(jīng)驗預測模型和半經(jīng)驗理論模型。結果表明，單純的水射流并不能去除材料，材料的去除是通過磨料對刃口材料的沖蝕作用實現(xiàn)的，三種刀片的材料去除方式都包括脆性去除和塑性去除。圓弧形刃口的形成是由刃口材料裂紋擴展的脆性去除和磨粒微切削的塑性去除共同作用導致的。在微噴砂工藝范圍內三種刀片的BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型的相對誤差在10％以內

6、，而刃口半徑的半經(jīng)驗理論模型可以定性的分析微噴砂工藝參數(shù)以及刀片材料力學性能對刃口半徑的影響。
　　采用有限元仿真與單因素切削實驗相結合的方法研究刃口半徑對切削過程的影響，并優(yōu)化三種刀片的刃口半徑;采用對比切削實驗研究微噴砂切削刃強化對刀具切削性能的影響。結果表明，隨著刃口半徑的增加，三種刀片的切削力都增大，相對主切削力和進給力而言，刃口半徑對切深抗力的影響較大。以刀具壽命為優(yōu)化目標兼顧工件表面粗糙度得到的YT15、YG6和金屬陶

7、瓷刀片的最優(yōu)刃口半徑分別為26μm、36μm和15岬。與未強化的刀片相比，微噴砂切削刃強化的YT15、YG6和金屬陶瓷刀片的刀具壽命分別提高了63％、37％和86％。隨著刀片磨損的增加，微噴砂切削刃強化的YT15、YG6和金屬陶瓷刀片的切削力被未強化刀片的切削力超越，隨著切削時間的增加，微噴砂切削刃強化的YT15和YG6刀片的工件表面粗糙度逐漸被未強化刀片的工件表面粗糙度超過，而對于金屬陶瓷刀片而言，微噴砂切削刃強化的刀片的工件表面粗糙