粉末冶金材料高速切削加工性能研究.pdf

1、高速、高效的切削加工方式作為現(xiàn)代制造業(yè)主要發(fā)展方向之一，已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、鋁合金等材料的高速切削加工中。但是，針對(duì)粉末冶金類(lèi)難加工材料高速加工技術(shù)的理論研究和實(shí)際應(yīng)用并不多見(jiàn)。本文主要對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中粉末冶金類(lèi)零件的高速切削性能進(jìn)行研究，采用理論分析、數(shù)值計(jì)算和加工試驗(yàn)相結(jié)合的方法，重點(diǎn)研究切屑變形過(guò)程、切削力和切削溫度、刀具磨損形態(tài)和失效機(jī)理、刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)、工件表面粗糙度、自動(dòng)化生產(chǎn)中刀具可靠性等問(wèn)題。為更高效地切削加工這一類(lèi)材料提供理

2、論依據(jù)和技術(shù)支持。
　　通過(guò)大量的切削試驗(yàn)證明具有負(fù)倒棱結(jié)構(gòu)的PCBN刀具為高速切削粉末冶金材料的最佳選擇。借助于Oxley剪切區(qū)模型，分析負(fù)倒棱刀具高速切削粉末冶金材料時(shí)的切屑變形機(jī)理;根據(jù)負(fù)倒棱刀具與前刀面的接觸類(lèi)型，指出當(dāng)?shù)?屑接觸長(zhǎng)度小于負(fù)倒棱寬度時(shí)，刀具處于負(fù)倒棱切削狀態(tài)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出負(fù)倒棱切削模型。在負(fù)倒棱切削模型下，通過(guò)對(duì)負(fù)倒棱面的受力分析，建立負(fù)倒棱面摩擦系數(shù)和摩擦角的計(jì)算公式，并根據(jù)麥錢(qián)特模型得出剪切角

3、的計(jì)算方法;通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外常用刀-屑接觸長(zhǎng)度的經(jīng)驗(yàn)公式，找出負(fù)倒棱切削模型下適合近似計(jì)算高速切削粉末冶金材料時(shí)刀-屑接觸長(zhǎng)度的經(jīng)驗(yàn)公式。與此同時(shí)，對(duì)高速切削粉末冶金材料時(shí)產(chǎn)生的切屑進(jìn)行系統(tǒng)的研究，分析切屑變形過(guò)程和切屑形態(tài)，解釋切削過(guò)程中層片狀切屑的形成機(jī)理。
　　采用正交切削試驗(yàn)，通過(guò)回歸分析建立最常用兩種粉末冶金氣門(mén)座圈材料的切削力經(jīng)驗(yàn)公式，找尋高速切削時(shí)切削力變化的一般規(guī)律。運(yùn)用單因素試驗(yàn)方法，研究切削用量、工件材料、負(fù)倒棱

4、角度、刀尖圓弧半徑對(duì)切削力的影響規(guī)律。研究表明:PCBN高速切削粉末冶金氣門(mén)座圈時(shí)，為減小切削力對(duì)加工過(guò)程的影響，最佳切削用量應(yīng)選在切削速度200-240m/min、切削深度0.1-0.2mm、進(jìn)給量0.1-0.15mm/r。其中刀尖圓弧半徑rε對(duì)切削力影響較大，宜選在0.4mm-0.8mm之間，隨著刀尖圓弧的加大切削阻力增大，但刀頭強(qiáng)度和耐磨性得到顯著提高。
　　采用紅外測(cè)溫的方法獲得切削區(qū)平均切削溫度，利用正交試驗(yàn)建立不同負(fù)倒

5、棱角度下切削用量與切削溫度的經(jīng)驗(yàn)公式，分析在高速切削時(shí)進(jìn)給量、切削速度、切削深度和倒棱角度對(duì)切削溫度的影響規(guī)律。另外，還建立了三種常見(jiàn)型號(hào)氣門(mén)座圈切削用量、刀尖圓弧半徑與表面粗糙度的經(jīng)驗(yàn)公式。研究表明:刀尖圓弧半徑rε=0.8mm時(shí)，切削加工表面質(zhì)量最好。
　　通過(guò)大量的刀具磨損試驗(yàn)，研究了PCBN刀具高速切削粉末冶金氣門(mén)座圈時(shí)刀具磨損形態(tài)和失效機(jī)理。指出刀具磨損的形態(tài)為前刀面磨損、后刀面磨損和破損;刀具磨損的機(jī)理有磨粒磨損、結(jié)合

6、劑磨損、氧化磨損、擴(kuò)散磨損、微裂解磨損;刀具失效的主要形式為破損，試驗(yàn)中表現(xiàn)為崩刃、剝落，碎裂，脆斷、裂紋等。根據(jù)PCBN刀具失效為破損這一特點(diǎn)，建議以工件表面粗糙度數(shù)值Ra不大于1.6μm作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際生產(chǎn)中為了便于操作和統(tǒng)計(jì)，應(yīng)以單個(gè)刀刃所能加工的工件數(shù)量N作為刀具的使用壽命。
　　經(jīng)過(guò)對(duì)刀具使用壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和分析，建立了PCBN刀具高速切削粉末冶金座圈時(shí)使用壽命的威布爾分布模型。利用該模型，結(jié)合刀具可靠性的要