高硬度材料的高強度、高硬度等特性,使其在使用PCBN刀具進行硬切削時,通常將刀具切削刃進行T-land負倒棱處理,以增加刃口強度,提升刀具使用壽命。但是,另一方面帶倒棱的圓弧刃口結(jié)構(gòu)以較大的負前角進行切削時,又增加了對被切削材料的擠壓作用,使切削區(qū)產(chǎn)生較大的切削變形,并使切屑流出時易發(fā)生積聚阻塞,形成較大的切削熱力場,加劇刀具的磨損破損,降低切削表面質(zhì)量,從而嚴重制約硬切削加工效率和加工零件的使役性能。為此,本文基于協(xié)調(diào)切屑流動和改善切削區(qū)狀態(tài)的思想,設(shè)計了空間曲線形強化刃PCBN刀具,并針對淬硬鋼材料,開展所設(shè)計刀具的切削性能試驗研究。基于刀具刃區(qū)切削狀態(tài)分析,針對定值倒棱PCNB刀具切削過程中存在的問題,根據(jù)協(xié)調(diào)切屑流動的思想,開展了PCBN刀具強化刃設(shè)計,并提出了漸變倒棱結(jié)構(gòu)的空間曲線形強化刃,進行了近余弦強化刃和近正弦強化刃刀具設(shè)計。依據(jù)端面磨削方法,提出了逼近式磨削軌跡規(guī)劃方案,建立了磨制軌跡的數(shù)學(xué)模型,結(jié)合三維軟件對磨制過程進行仿真,應(yīng)用Matlab提取仿真刃形曲線,并與理論刃線進行對比,優(yōu)選工藝參數(shù),實現(xiàn)了強化刃形的精密制備。提出刀具刃口缺陷、倒棱寬度和角度的檢測方法,完成了對刀具制備精度的定量評價。設(shè)計近余弦強化刃、近正弦強化刃和定值倒棱三種PCBN刀具切削淬硬鋼GCr15的對比試驗,開展了切削參數(shù)和刃口結(jié)構(gòu)對切削力、切屑形態(tài)和刀具磨損影響規(guī)律的研究。應(yīng)用高速攝影機攝取切屑流動狀態(tài),分析切屑宏微觀形態(tài)演變過程,揭示了強化刃口結(jié)構(gòu)對切屑產(chǎn)生、卷曲及流出作用機制。開展強化刃刀具磨損過程和形貌特征的研究,揭示了強化刃刀具的磨損機制。為進一步協(xié)調(diào)切屑流動,提出了在前刀面上增加強化結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案,引入三維精密激光加工技術(shù)和噴砂表面處理相結(jié)合的方法,實現(xiàn)了前刀面上三維強化結(jié)構(gòu)的制備。進行了近余弦強化刃和雙斜壁近余弦強化刃刀具切削性能對比試驗,發(fā)現(xiàn)雙斜壁近余弦強化刃刀具在切削過程中體現(xiàn)出了良好的導(dǎo)屑和減緩沖擊能力。研究不同切削條件下雙斜壁近余弦強化刃刀具切削加工白層的形成機制,獲得了雙斜壁近余弦強化刃刀具切削加工表面形貌和殘余應(yīng)力隨刀具磨損和切削速度的變化規(guī)律。最后,開展了不同倒棱刃口結(jié)構(gòu)PCBN刀具切削過程動態(tài)特性實驗研究,獲得了切削參數(shù)對強化刃刀具切削振動特性的影響規(guī)律。進行強化刃刀具切削顫振系統(tǒng)動力學(xué)建模和振幅求解研究,并將求解得到的振幅引入到表面粗糙度的預(yù)測模型中。在此基礎(chǔ)上,建立以表面質(zhì)量和材料去除率為目標(biāo)的優(yōu)化模型,實現(xiàn)了基于改進遺傳算法的切削參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化。
【學(xué)位單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG711
【部分圖文】：

設(shè)計了其它刃型并對刃型的制備進行了研究，2013 的 PCBN 刀具，定義了表征刀具刃口特征的參數(shù)：型磨削刀具的切削性能進行了研究，如圖 1-2 所示[1組份的 PCBN 刀具倒棱刃口結(jié)構(gòu)的磨制工藝，結(jié)果晶粒尺寸對刃口缺陷的影響較大，而結(jié)合劑的含量對著影響[19,20]；同時，他們還研究了切削刃的兩種不鈍化）對 TiAlN 涂層硬質(zhì)合金刀片（圓弧刃和瀑布發(fā)現(xiàn)與磨削制備的刀片相比，毛刷鈍化刀片的表面粗，但確具有較高的殘余壓應(yīng)力[21]。

度則有著顯著影響[19,20]；同時，他們（磨削和毛刷鈍化）對 TiAlN 涂層硬質(zhì)能的影響，發(fā)現(xiàn)與磨削制備的刀片相比破碎程度較高，但確具有較高的殘余壓圖 1-1 改進的刃口結(jié)Fig. 1-1 Contact relationship betweenαγSSΚ=γSαS參Δ

-3 刀具月牙洼磨損和后刀面磨損的 SEM 照3 SEM picture of the tool crater wear and flank PCBN 刀具前刀面磨損模型，經(jīng)試驗驗通過對 PCBN 刀具磨損機制分析，認為建立了三維精密硬車削 PCBN 刀具后刀工件材料性能、切削參數(shù)等的函數(shù)[58]。N 刀具后刀面磨損模型，該模型基于切面磨損量和刀具失效點。ArsecularatneCD 刀具的磨損機理，分別給出了以上無涂層和 Al2O3/TiC 涂層混合陶瓷刀片了研究，發(fā)現(xiàn)非涂層刀具通常發(fā)生斷裂洼磨損為主，且涂層和月牙洼磨損影響使刀具保持較好的硬度和獲得較好的設(shè)計（FFD）和方差分析（ANOVA）響，研究表明，切削速度和進給量與切
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本文編號：2849554