難加工材料高效銑削機(jī)理及應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、高效切削加工作為先進(jìn)制造技術(shù)的重要基礎(chǔ)技術(shù)之一，可以大幅度地提高生產(chǎn)效率，降低成本，對于提高加工水平，加快新產(chǎn)品開發(fā)具有十分重要的意義。隨著對零件使用性能要求的日益提高，難加工材料的應(yīng)用日益廣泛；然而目前針對難加工材料高效切削的機(jī)理研究尚不成熟，難加工材料高效切削的工程應(yīng)用缺乏堅(jiān)實(shí)的理論指導(dǎo)，不能充分發(fā)揮高效切削的優(yōu)越性。針對這一現(xiàn)狀，本文選擇幾種典型的難加工材料，從材料去除機(jī)理、切削能量分配、切削力和切削溫度特性以及加工表面質(zhì)量等方面

2、對難加工材料高效切削機(jī)理展開理論分析和試驗(yàn)研究；并結(jié)合有限元數(shù)值模擬方法和切削試驗(yàn)，研究刀具刃口幾何結(jié)構(gòu)對于切削過程的影響規(guī)律，對刀具刃口的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。論文的主要研究內(nèi)容包括：
　　 l、針對難加工材料鋸齒形切屑的形成機(jī)理，選擇兩類典型的難加工材料——鈦合金和淬硬鋼開展切削試驗(yàn)，研究了在不同切削條件下切屑形態(tài)的演變過程和變化規(guī)律，指出鋸齒形切屑的形成機(jī)理與材料的特性和加工條件密切相關(guān)。鈦合金的鋸齒形切屑主要由絕熱剪切現(xiàn)象產(chǎn)

3、生；淬硬鋼的鋸齒形切屑在低速下主要由材料的周期性斷裂形成，而在高速下則由材料的周期性斷裂和絕熱剪切行為共同形成。研究了絕熱剪切區(qū)內(nèi)應(yīng)力和溫度的動態(tài)變化規(guī)律，根據(jù)材料的熱塑性失穩(wěn)方程得到鈦合金TC4發(fā)生熱塑性失穩(wěn)的初始應(yīng)變值為0.79，淬硬鋼SKD11對應(yīng)的初始應(yīng)變值為0.18。
　　 2、基于斜角切削模型，分析了三維銑削中單位摩擦力和剪切力的分布規(guī)律，建立了難加工材料銑削加工過程中剪切能和摩擦能模型。對鈦合金的研究結(jié)果表明其銑削

4、過程中尺寸效應(yīng)表現(xiàn)明顯。遠(yuǎn)離臨界切削層厚度時，切削比能趨于穩(wěn)定。隨著切削層厚度減小到臨界切削厚度以下時，切削比能迅速上升，摩擦能所占的比例迅速增加。
　　 3、研究了切削加工參數(shù)對于高速銑削力和銑削熱的影響規(guī)律。針對鈦合金高速銑削，指出隨切削速度的提高，銑削力和銑削溫度隨著切削速度增加而增大，但是銑削力的上升趨勢隨著切削速度提升而減緩。銑削力隨著平均切削層厚度的減小而減小，其曲線的變化趨勢表現(xiàn)出尺寸效應(yīng)；同時，由于材料的去除機(jī)理

5、發(fā)生了改變，減小平均切削厚度對于TC4的銑削溫度具有先降低再升高的影響趨勢。
　　 4、從表面微觀形貌、表面粗糙度、表面變質(zhì)層和殘余應(yīng)力等方面，研究了難加工材料銑削加工表面質(zhì)量。針對淬硬鋼SKD11，指出硬銑削在工件表面引入殘余壓應(yīng)力，并且殘余壓應(yīng)力的分布具有方向性，試驗(yàn)得到垂直進(jìn)給方向上殘余壓應(yīng)力的增加值約為沿著進(jìn)給方向上殘余壓應(yīng)力的增加值的兩倍。刀具磨損導(dǎo)致加工表面光潔度惡化并產(chǎn)生表面變質(zhì)層，研究表明硬銑削時，在銑刀劇烈磨損

6、階段，加工表面硬度下降了100HV，變質(zhì)層深度約120μm。因此，在制定精加工中刀具的失效標(biāo)準(zhǔn)時需要充分考慮表面質(zhì)量因素。本研究中，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，將磨鈍標(biāo)準(zhǔn)定為VB=0.17mm，可以將表面粗糙度控制在0.4μm以內(nèi)，表面微硬度控制在700HV以上，滿足模具鋼加工的要求。
　　 5、針對高效切削對于現(xiàn)代刀具刃口細(xì)化設(shè)計的要求，借助有限元數(shù)值模擬手段，提出了基于響應(yīng)曲面法的難加工材料刃口細(xì)化設(shè)計方法。建立了奧氏體不銹鋼切削加工中切