高速斷續(xù)切削淬硬鋼刀具失效機(jī)理研究.pdf

1、為獲取好的加工質(zhì)量以及高的加工效率，制造業(yè)中已廣泛應(yīng)用高速切削加工技術(shù)。本文針對(duì)高速斷續(xù)切削淬硬鋼條件下的刀具失效機(jī)理，進(jìn)行了一系列理論及實(shí)驗(yàn)研究?；趽p傷力學(xué)理論，建立了高速斷續(xù)車(chē)削淬硬條件下的刀具損傷模型以及刀具壽命預(yù)測(cè)模型，結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析了刀具損傷失效機(jī)理并對(duì)刀具壽命以及刀具失效演變進(jìn)行了預(yù)測(cè)?；趥鳠釋W(xué)理論，建立了高速平面銑削淬硬鋼條件下的刀具瞬時(shí)平均溫度模型，以刀具溫度理論研究結(jié)果為切入點(diǎn)，針對(duì)等金屬去除率條件下的刀具失效機(jī)理進(jìn)

2、行了實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)高速平面銑削淬硬鋼實(shí)驗(yàn)，確定了關(guān)于切削力、加工表面粗糙度以及刀具壽命的臨界切削速度，分析、對(duì)比并揭示了不同切削速度區(qū)間內(nèi)的刀具失效機(jī)理，并明確了臨界切削速度兩側(cè)速度范圍內(nèi)各切削參數(shù)對(duì)切削力、加工表面粗糙度以及刀具壽命的影響。
　　 基于連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)，建立了高速斷續(xù)車(chē)削淬硬鋼陶瓷刀具損傷模型，對(duì)刀具損傷演變進(jìn)行了理論研究。刀具材料的損傷累積是由晶間微裂紋的擴(kuò)展所導(dǎo)致的，提出了確定刀具材料初始以及臨界損傷值的數(shù)

3、學(xué)方法。采用損傷當(dāng)量應(yīng)力最大值(MDES)對(duì)刀具損傷進(jìn)行了分析，結(jié)果表明:發(fā)生在刀具前刀面的斷裂要比后刀面處更為嚴(yán)重;較小的切出角有利于降低刀具材料斷裂的可能性;較小的刀具前角，增大了刀具前刀面在切入工件階段發(fā)生斷裂的可能性，而降低了刀具后刀面在整個(gè)切削階段發(fā)生斷裂的可能性;刀具后角增大時(shí)，刀具后刀面更易發(fā)生大面積斷裂。
　　 通過(guò)高速斷續(xù)車(chē)削淬硬鋼實(shí)驗(yàn)，結(jié)合刀具材料損傷模型的理論研究結(jié)果，對(duì)兩種Al2O3/(W，Ti)C陶瓷刀

4、具的失效機(jī)理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，各切削參數(shù)對(duì)刀具壽命的影響大小順序?yàn)?切削速度、背吃刀量、進(jìn)給量。機(jī)械載荷對(duì)刀具失效的影響由磨損初期的相對(duì)較強(qiáng)轉(zhuǎn)變?yōu)楹笃诘南鄬?duì)較弱，而熱載荷影響的變化過(guò)程則與之相反。較低切削速度下，機(jī)械載荷導(dǎo)致刀具材料微細(xì)觀損傷破壞，并最終導(dǎo)致刀具材料宏觀疲勞裂紋擴(kuò)展。較高切削速度下，高的刀具溫度導(dǎo)致刀具材料力學(xué)性能下降，使得刀具材料產(chǎn)生熱損傷，在機(jī)械、熱載荷的復(fù)合作用下，刀具材料最終發(fā)生局部斷裂。結(jié)合損傷模型建立

5、的刀具壽命預(yù)測(cè)模型能夠較好得預(yù)測(cè)刀具失效演變以及刀具壽命。
　　 建立了高速平面銑削淬硬鋼刀具瞬時(shí)平均溫度模型。此模型可用于計(jì)算刀具任意深度處的瞬時(shí)平均溫度。針對(duì)等金屬去除率條件下的9種切削方式的刀具溫度進(jìn)行了理論計(jì)算以及對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)了切削周期內(nèi)刀具溫度峰值的差異性。本刀具溫度模型為優(yōu)化切削條件、刀具幾何參數(shù)等提供了理論依據(jù)，深化了對(duì)刀具溫度的認(rèn)識(shí)。
　　 基于刀具溫度理論研究結(jié)果，設(shè)計(jì)并進(jìn)行了等金屬去除率條件下的高速

6、平面銑削淬硬鋼實(shí)驗(yàn)，對(duì)CBN刀具失效機(jī)理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。當(dāng)切削速度升高時(shí)，正常磨損階段縮短且刀具磨損速率升高。較低切削速度下，刀具前、后刀面的失效機(jī)理為磨粒磨損與粘結(jié)磨損。在較高切削速度下，由于更加強(qiáng)烈的熱、機(jī)械沖擊，刀具前刀面更易發(fā)生剝落，并且較高的切削溫度削弱了刀具材料的機(jī)械性能，當(dāng)受到較大機(jī)械載荷時(shí)，刀具后刀面更易發(fā)生斷裂。較低切削速度下，刀具材料應(yīng)具備足夠抵抗粘結(jié)磨損的能力。在較高切削速度下，刀具材料的高溫力學(xué)性能以及抵抗機(jī)械沖

7、擊的能力尤為重要。
　　 通過(guò)硬質(zhì)合金涂層刀具高速平面銑削淬硬鋼實(shí)驗(yàn)，對(duì)臨界切削速度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。當(dāng)采用臨界切削速度1400m/min時(shí)，可同時(shí)獲取較低的切削力、較低的加工表面粗糙度、較高的刀具壽命。當(dāng)切削速度超過(guò)1400m/min后，切削速度以及每齒進(jìn)給量對(duì)切削力以及加工表面粗糙度的影響程度增大;切削速度對(duì)刀具壽命的影響程度增大。在速度區(qū)間200m/min～1000m/min內(nèi)，刀具失效機(jī)理為發(fā)生在刀具后刀面上的磨粒磨損、粘