淬硬模具鋼高速銑削機(jī)理研究.pdf

1、淬硬模具鋼的硬度在50 HRC以上，常用于制造各種對(duì)硬度和耐磨性要求較高的零件。采用高速銑削方法直接加工淬硬模具鋼，不僅可以提高淬硬模具鋼零件的加工精度和表面質(zhì)量，同時(shí)還可大幅度提高加工效率。 針對(duì)淬硬模具鋼高速銑削過(guò)程中鋸齒狀切屑如何形成并影響切削過(guò)程、刀具磨損嚴(yán)重、刀具選擇和加工工藝參數(shù)缺乏理論指導(dǎo)等問(wèn)題，本文綜合利用力學(xué)、機(jī)械加工理論、高速攝影技術(shù)、紅外測(cè)溫技術(shù)、材料測(cè)試分析技術(shù)和信號(hào)測(cè)試技術(shù)等，對(duì)淬硬模具鋼高速銑削過(guò)程進(jìn)

2、行全面完整的系統(tǒng)研究。研究了淬硬模具鋼高速銑削過(guò)程中連續(xù)帶狀和鋸齒狀兩種切屑形態(tài)的形成條件；研究了鋸齒狀切屑的各種特征，建立了鋸齒狀切屑形成的幾何模型，提出了鋸齒狀切屑形成機(jī)理；分析了淬硬模具鋼高速銑削過(guò)程中切削力、切削振動(dòng)、工件表面質(zhì)量和切削溫度的特征，以及鋸齒狀切屑生成對(duì)上述特征的影響；揭示了涂層硬質(zhì)合金刀具高速銑削淬硬模具鋼的刀具磨損/破損機(jī)理；提出了淬硬模具鋼高速銑削的刀具及其涂層優(yōu)選原則和工藝參數(shù)優(yōu)選原則；實(shí)現(xiàn)典型淬硬模具零件

3、的高效高精度加工。這些研究對(duì)深入了解淬硬模具鋼高速銑削過(guò)程，推動(dòng)高速切削基礎(chǔ)理論的發(fā)展，提高淬硬模具鋼高速銑削技術(shù)的應(yīng)用水平都具有重要意義。本文主要研究結(jié)論如下： 1.淬硬鋼高速銑削過(guò)程中產(chǎn)生的切屑形狀有長(zhǎng)度在0.5 mm至2 mm之間的松散C型和長(zhǎng)度2 mm以上的連續(xù)型。連續(xù)帶狀或鋸齒狀的切屑形態(tài)取決于材料硬度和加工條件；材料硬度越高，切屑形態(tài)由連續(xù)帶狀轉(zhuǎn)變?yōu)殇忼X狀的切削速度越低。鋸齒狀切屑基體內(nèi)組織變形程度很小，由于熱軟化作

4、用基體硬度下降；鋸齒狀切屑剪切帶內(nèi)組織沿剪切方向拉長(zhǎng)，寬度約為1.5μm～3μm，并隨切削速度的提高而減小；高速形變后的加工硬化導(dǎo)致剪切帶和切屑白層的硬度上升。 2.建立了淬硬模具鋼高速銑削鋸齒狀切屑形成的幾何模型，考慮了切屑在寬度方向上的變形和鋸齒狀切屑修正系數(shù)，較準(zhǔn)確地計(jì)算出鋸齒狀切屑形成剪切角的范圍在40°-60°之間，剪切帶內(nèi)的剪應(yīng)變?yōu)?01～102，剪應(yīng)變率高達(dá)105s-1以上。切削變形增加時(shí)，切屑厚度變形系數(shù)減??；橫

5、向彎曲減弱，切屑寬度變形系數(shù)減小。 3.提出了淬硬模具鋼高速銑削鋸齒狀切屑的形成機(jī)理。當(dāng)切削速度提高到一定臨界值時(shí)，由于溫度升高而導(dǎo)致的材料熱軟化作用大于形變強(qiáng)化作用，切屑形態(tài)由連續(xù)帶狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟袔Ь鶆蜷g隔分布的鋸齒狀切屑。鋸齒狀切屑的變形程度在很大程度上決定了淬硬模具鋼的加工難易程度。針對(duì)不同硬度的工件材料，通過(guò)優(yōu)化切削速度、每齒進(jìn)給量和切削深度等加工條件組合，可以控制切屑形態(tài)為連續(xù)帶狀。 4.提出了一種新的評(píng)價(jià)鋸齒狀

6、切屑變形程度的定量化指標(biāo)。利用鋸齒狀切屑橫截面積△和鋸齒狀切屑頂角φ1綜合定量評(píng)價(jià)鋸齒化程度；鋸齒狀切屑頂角φ1減小，鋸齒狀切屑橫截面積△越大，則切屑變形程度越大，鋸齒化程度越嚴(yán)重。 5.淬硬模具鋼高速銑削的鋸齒狀切屑生成頻率與切削力頻率成正比關(guān)系，并隨切削速度提高而增大。鋸齒狀切屑的生成會(huì)導(dǎo)致切削力有所下降，但使切削振動(dòng)增強(qiáng)；在鋸齒狀切屑產(chǎn)生的臨界速度處，表面粗糙度會(huì)產(chǎn)生突然增大。存在最佳刀具懸伸量可使切削力與切削振動(dòng)最小，加

7、工質(zhì)量最好。 6.高速銑削淬硬模具鋼時(shí)，達(dá)到一定的切削速度后，刀具與工件接觸區(qū)域的溫度將保持在700℃左右，不再繼續(xù)升高；工件的平均溫度保持在190℃-225℃之間。這是可以采用很高的切削速度、較低的每齒進(jìn)給量和切削深度直接高速銑削加工淬硬模具鋼的重要依據(jù)。 7.涂層硬質(zhì)合金刀具高速銑削淬硬模具鋼時(shí)的刀具壽命較低；TiSiN涂層銑刀的刀具壽命約為T(mén)iAlN涂層銑刀的四倍。刀具磨損是磨粒磨損、擴(kuò)散磨損和氧化磨損共同作用的結(jié)