PCBN刀具高速精密硬態(tài)切削機理與應用技術.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車削方式，其優(yōu)勢之一就是根據(jù)機床固有的加工性能對復雜工件型面進行精加工。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用，如刀具材料選用不恰當或加工參數(shù)選用不合理，會導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量。本文采用PCBN(Polycrys

2、talline Cubic Boron Nitride)刀具對GCr15淬硬鋼(HRC62～64)進行一系列高速精密硬態(tài)切削實驗，并結合有限元仿真，研究高速精密硬態(tài)切削機理、刀具磨損和已加工表面質量的變化規(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)切削過程的二維和三維仿真模型，并設定工件材料GCr１5為均質、等向強化的彈塑性材料，滿足Von Mises屈服

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

4、移線場計算刃口耕犁力，對改進后Oxley模型進行了修正，建立了倒棱刀具的切削力模型；通過遺傳算法建立了PCBN刀具刃口倒棱參數(shù)和切削用量對切削力影響的函數(shù)關系式，并優(yōu)選了切削參數(shù)。 由于PCBN刀具高速切削時刀具磨損與普通切削有很大區(qū)別，本文通過高速精密硬態(tài)切削淬硬鋼GCr15試驗，研究了涂層和無涂層PCBN刀具的不同刃口結構和不同切削速度對刀具磨損的影響，通過掃描電鏡觀察和能譜分析，系統(tǒng)研究了PCBN刀具的磨損機理，查明了高速