發(fā)布時間：2021-07-22 09:00

　　目前超硬材料刀具（如PCD、PCBN刀具等）已廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工的各個行業(yè),如汽車、飛機(jī)和船舶上許多重要零部件的切削加工都離不開超硬刀具。而超硬刀具在刃磨過程中會出現(xiàn)不同程度的微觀缺口和磨損,使得超硬刀具的壽命急劇降低,把超硬刀具的刃口做成負(fù)倒棱形狀是提升壽命、提高加工質(zhì)量的重要方法。但是由于刀尖圓弧的存在會使刀具在切削時發(fā)生排屑干涉問題,這種排屑干涉問題會引起切削力和切削熱的急劇增大,從而對超硬刀具產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷。因此,本文以典型的超硬材料PCD刀具為對象,通過數(shù)學(xué)建模方法研究了漸變負(fù)倒棱刀具疏導(dǎo)排屑的機(jī)理,通過有限元分析和車削實驗相結(jié)合的方法研究了漸變負(fù)倒棱角度對刀具刃口區(qū)域溫度、刀具磨損量和工件的已加工表面粗糙度、微觀形貌的影響規(guī)律,從而選取最優(yōu)幾何參數(shù)的漸變負(fù)倒棱刀具,提高車削后工件的表面質(zhì)量。首先,本文通過不同負(fù)倒棱刀具進(jìn)行斜角切削時剪切角的變化規(guī)律得出了在相同漸變角度下負(fù)倒棱刀具的倒棱角度對切屑變形的影響規(guī)律;結(jié)合單元刀具的最小能量耗散原理對定值負(fù)倒棱刀具的排屑干涉問題進(jìn)行理論上的分析,并最終得出定值負(fù)倒棱刀具的刃形角對排屑干涉現(xiàn)象的影響規(guī)律;為了減小刀具刃形角對排屑的影響,... 

【文章來源】：長春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

刀具鈍a)刀具鈍化前形貌

2向力（主切削力）得到分解，疏導(dǎo)排屑。針對倒棱刀具在切削過程中產(chǎn)生的排屑干涉問題，本文通過對漸變倒棱刀具進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，結(jié)合倒棱刀具斜角切削原理、金屬切削過程中最小能量耗散原理以及刀具整體排屑運(yùn)動規(guī)律對漸變倒棱刀具疏導(dǎo)排屑情況進(jìn)行研究，揭示其疏導(dǎo)排屑機(jī)理，從而優(yōu)化漸變倒棱角度，提高切削后工件表面質(zhì)量和刀具壽命。圖1.2圓弧刃切屑流出方向1.2超硬刀具刃口鈍化的研究現(xiàn)狀金屬切削過程中的切削變形區(qū)形狀、切削刃溫度、應(yīng)力應(yīng)變分布以及切削力大小等都會受到刀具刃口形狀的影響。刀具刃口形狀會進(jìn)一步影響切屑的流動，已加工表面的完整性如殘余應(yīng)力，刀具的耐磨性和刀具壽命。1.2.1刀具刃口制備技術(shù)的研究現(xiàn)狀刀具的制備方法與方式限制著刀具的刃口形狀。為了能設(shè)計出良好的刃口形狀，Denkena等[2]對PCBN刀具刃口進(jìn)行修正設(shè)計，以確保加工出良好的表面質(zhì)量，如圖1.3所示，與此同時為了推斷出該刀具能夠較好的提高使用壽命，對工件表層性能進(jìn)行追蹤檢測。隨后，Denkena等[3]分別用刃口修正后的刀具以及未進(jìn)行刃口修正的刀具進(jìn)行切削性能對比實驗，結(jié)果表明：與未進(jìn)行刃口修正的刀具相比，該刃口結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于有效的降低了刀具與工件之間的接觸面積，提高了工件表面所承受的熱力載荷能力，并使刀具的壽命得到了提高。T.Ozel等[4]設(shè)計了一種漸變鈍圓刃口的PCBN刀具，如圖1.4所示。為了比較定值鈍圓刃口結(jié)構(gòu)刀具和漸變鈍圓刃口結(jié)構(gòu)刀具在材料的塑性應(yīng)變、切削溫度以及刀具磨損方面的差異（優(yōu)缺點），應(yīng)用了有限元仿真的方式進(jìn)行對比分析。結(jié)論為：漸變鈍圓刃口結(jié)構(gòu)有助于減小切削刃附近的熱量以及刀具磨損量，同時降低了材料表面的塑性應(yīng)變。Mayer等[5]為了研究刀具刃口形狀對刀

3具切削性能的影響，分別采用倒棱結(jié)構(gòu)刀具、鈍圓結(jié)構(gòu)刀具以及鋒利刃結(jié)構(gòu)刀具進(jìn)行金屬切削。結(jié)果表明：鈍圓半徑越大切削力就越大，刀具壽命就越低，倒棱寬度和角度遵循著同樣的規(guī)律。圖1.3修正的刃口結(jié)構(gòu)圖1.4定值鈍圓和漸變鈍圓刃口結(jié)構(gòu)Denkena和Ventura[6]考慮了原有的刀具刃口形狀，并提出了一種新的刀具刃口形狀——水瀑布刃口，隨后，Denkena為了能更清晰直觀地表達(dá)出該刃口的形貌，建立了以K、Sα、Sγ、φ和△r為參數(shù)變量的數(shù)學(xué)模型，如圖1.5所示。同時為了能精準(zhǔn)地磨削出該刃口結(jié)構(gòu)，采用了逼近式磨削方法，而為了能更好的評價磨削后的刃口質(zhì)量，引入刃口缺陷Rpsmax作為評判依據(jù)，同時Rpsmax還會對刃口磨削次數(shù)的優(yōu)化起到參考作用。Ventura[7]為了驗證該刃口結(jié)構(gòu)刀具的切削性能，進(jìn)行了高速切削對比試驗，發(fā)現(xiàn)該刃口刀具與定值倒棱刃口刀具相比，在切削過程中刀具的壽命更長。Karpat等[8]通過有限元模擬研究了切削過程中刀具的溫度以及應(yīng)力應(yīng)變分布，分析得出鈍圓半徑是影響切削力的一個重要因素，在被吃刀量較小的情況下應(yīng)該選擇較小的鈍圓半徑。而刃口形狀的精度也是影響著切削過程中的切削力等參數(shù)。Grzesik等[9]為了研究不同刃口參數(shù)對刀具切削性能的影響，設(shè)計了多種倒棱刃口參數(shù)，同時討論了每種參數(shù)刀具在不同切削條件下的綜合性能。B.Denkena等[10]列舉了一些制備刀具刃口的方法，如圖1.6所示，并討論了每種加工方法的優(yōu)點和缺點。磨削方法是一種路徑控制的方

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]近余弦強(qiáng)化刃PCBN刀具設(shè)計制造技術(shù)研究[D]. 王道源.哈爾濱理工大學(xué) 2018
[4]PCBN刀具負(fù)倒棱對其硬態(tài)切削性能研究[D]. 葉錚.合肥工業(yè)大學(xué) 2016
[5]PCBN超硬刀具加工蠕墨鑄鐵切削性能研究[D]. 李盼來.廣東工業(yè)大學(xué) 2015
[6]7075-T6鋁合金超聲振動車削有限元仿真及實驗研究[D]. 欒曉明.湖南科技大學(xué) 2014
[7]基于Floyd算法的整體立銑刀刃形節(jié)能優(yōu)化設(shè)計及排屑性能研究[D]. 畢煌圣.華中科技大學(xué) 2014
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[9]PCD刀具刃磨工藝研究及刃磨參數(shù)優(yōu)化[D]. 王繼森.西華大學(xué) 2012
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