PCBN刀具高速精密硬態(tài)切削機(jī)理與應(yīng)用技術(shù).pdf

1、高速切削淬硬鋼作為新工藝目前被航空航天、汽車等許多工業(yè)部門所采用.高速切削淬硬鋼作為單點(diǎn)車削方式，其優(yōu)勢(shì)之一就是根據(jù)機(jī)床固有的加工性能對(duì)復(fù)雜工件型面進(jìn)行精加工。另外，高速切削淬硬鋼比磨削加工效率高并減少對(duì)環(huán)境的污染，因此，可以代替磨削加工。但是，有些不利的因素并制約高速切削淬硬鋼的應(yīng)用，如刀具材料選用不恰當(dāng)或加工參數(shù)選用不合理，會(huì)導(dǎo)致高速切削淬硬鋼產(chǎn)生高溫和很大的切削力，從而降低刀具壽命和加工表面質(zhì)量。本文采用PCBN(Polycrys

2、talline Cubic Boron Nitride)刀具對(duì)GCr15淬硬鋼(HRC62～64)進(jìn)行一系列高速精密硬態(tài)切削實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合有限元仿真，研究高速精密硬態(tài)切削機(jī)理、刀具磨損和已加工表面質(zhì)量的變化規(guī)律。 首先，根據(jù)彈塑性變形理論和熱力耦合有限元方法，利用大型商用有限元分析軟件Deform，建立了淬硬鋼高速精密硬態(tài)切削過(guò)程的二維和三維仿真模型，并設(shè)定工件材料GCr１5為均質(zhì)、等向強(qiáng)化的彈塑性材料，滿足Von Mises屈服

3、準(zhǔn)則，在修正了庫(kù)侖定律的刀/屑摩擦方程和局部網(wǎng)格重劃分準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，采用Johnson-Cook材料模型和Cockroft-Latham斷裂準(zhǔn)則，分別研究了二維切削過(guò)程中的切屑形態(tài)和刀具磨損以及三維切削過(guò)程中切削力和切削溫度的變化規(guī)律。 針對(duì)高速精密硬態(tài)切削淬硬鋼時(shí)，由于受金屬軟化效應(yīng)和刃口參數(shù)的影響，尤其是切削厚度和倒棱寬度在同一數(shù)量級(jí)時(shí)，刃口的滯留層對(duì)切削過(guò)程影響很大，使切削力的變化存在特殊規(guī)律。根據(jù)能量法預(yù)報(bào)剪切角，采用滑

4、移線場(chǎng)計(jì)算刃口耕犁力，對(duì)改進(jìn)后Oxley模型進(jìn)行了修正，建立了倒棱刀具的切削力模型；通過(guò)遺傳算法建立了PCBN刀具刃口倒棱參數(shù)和切削用量對(duì)切削力影響的函數(shù)關(guān)系式，并優(yōu)選了切削參數(shù)。 由于PCBN刀具高速切削時(shí)刀具磨損與普通切削有很大區(qū)別，本文通過(guò)高速精密硬態(tài)切削淬硬鋼GCr15試驗(yàn)，研究了涂層和無(wú)涂層PCBN刀具的不同刃口結(jié)構(gòu)和不同切削速度對(duì)刀具磨損的影響，通過(guò)掃描電鏡觀察和能譜分析，系統(tǒng)研究了PCBN刀具的磨損機(jī)理，查明了高速