高速斷續(xù)切削淬硬鋼刀具失效機理研究.pdf

1、為獲取好的加工質(zhì)量以及高的加工效率，制造業(yè)中已廣泛應用高速切削加工技術。本文針對高速斷續(xù)切削淬硬鋼條件下的刀具失效機理，進行了一系列理論及實驗研究?；趽p傷力學理論，建立了高速斷續(xù)車削淬硬條件下的刀具損傷模型以及刀具壽命預測模型，結合實驗分析了刀具損傷失效機理并對刀具壽命以及刀具失效演變進行了預測?；趥鳠釋W理論，建立了高速平面銑削淬硬鋼條件下的刀具瞬時平均溫度模型，以刀具溫度理論研究結果為切入點，針對等金屬去除率條件下的刀具失效機理進

2、行了實驗研究。通過高速平面銑削淬硬鋼實驗，確定了關于切削力、加工表面粗糙度以及刀具壽命的臨界切削速度，分析、對比并揭示了不同切削速度區(qū)間內(nèi)的刀具失效機理，并明確了臨界切削速度兩側(cè)速度范圍內(nèi)各切削參數(shù)對切削力、加工表面粗糙度以及刀具壽命的影響。
　　 基于連續(xù)介質(zhì)損傷力學，建立了高速斷續(xù)車削淬硬鋼陶瓷刀具損傷模型，對刀具損傷演變進行了理論研究。刀具材料的損傷累積是由晶間微裂紋的擴展所導致的，提出了確定刀具材料初始以及臨界損傷值的數(shù)

3、學方法。采用損傷當量應力最大值(MDES)對刀具損傷進行了分析，結果表明:發(fā)生在刀具前刀面的斷裂要比后刀面處更為嚴重;較小的切出角有利于降低刀具材料斷裂的可能性;較小的刀具前角，增大了刀具前刀面在切入工件階段發(fā)生斷裂的可能性，而降低了刀具后刀面在整個切削階段發(fā)生斷裂的可能性;刀具后角增大時，刀具后刀面更易發(fā)生大面積斷裂。
　　 通過高速斷續(xù)車削淬硬鋼實驗，結合刀具材料損傷模型的理論研究結果，對兩種Al2O3/(W，Ti)C陶瓷刀

4、具的失效機理進行了實驗研究。結果表明，各切削參數(shù)對刀具壽命的影響大小順序為:切削速度、背吃刀量、進給量。機械載荷對刀具失效的影響由磨損初期的相對較強轉(zhuǎn)變?yōu)楹笃诘南鄬^弱，而熱載荷影響的變化過程則與之相反。較低切削速度下，機械載荷導致刀具材料微細觀損傷破壞，并最終導致刀具材料宏觀疲勞裂紋擴展。較高切削速度下，高的刀具溫度導致刀具材料力學性能下降，使得刀具材料產(chǎn)生熱損傷，在機械、熱載荷的復合作用下，刀具材料最終發(fā)生局部斷裂。結合損傷模型建立

5、的刀具壽命預測模型能夠較好得預測刀具失效演變以及刀具壽命。
　　 建立了高速平面銑削淬硬鋼刀具瞬時平均溫度模型。此模型可用于計算刀具任意深度處的瞬時平均溫度。針對等金屬去除率條件下的9種切削方式的刀具溫度進行了理論計算以及對比分析，發(fā)現(xiàn)了切削周期內(nèi)刀具溫度峰值的差異性。本刀具溫度模型為優(yōu)化切削條件、刀具幾何參數(shù)等提供了理論依據(jù)，深化了對刀具溫度的認識。
　　 基于刀具溫度理論研究結果，設計并進行了等金屬去除率條件下的高速

6、平面銑削淬硬鋼實驗，對CBN刀具失效機理進行了實驗研究。當切削速度升高時，正常磨損階段縮短且刀具磨損速率升高。較低切削速度下，刀具前、后刀面的失效機理為磨粒磨損與粘結磨損。在較高切削速度下，由于更加強烈的熱、機械沖擊，刀具前刀面更易發(fā)生剝落，并且較高的切削溫度削弱了刀具材料的機械性能，當受到較大機械載荷時，刀具后刀面更易發(fā)生斷裂。較低切削速度下，刀具材料應具備足夠抵抗粘結磨損的能力。在較高切削速度下，刀具材料的高溫力學性能以及抵抗機械沖

7、擊的能力尤為重要。
　　 通過硬質(zhì)合金涂層刀具高速平面銑削淬硬鋼實驗，對臨界切削速度進行了實驗研究。當采用臨界切削速度1400m/min時，可同時獲取較低的切削力、較低的加工表面粗糙度、較高的刀具壽命。當切削速度超過1400m/min后，切削速度以及每齒進給量對切削力以及加工表面粗糙度的影響程度增大;切削速度對刀具壽命的影響程度增大。在速度區(qū)間200m/min～1000m/min內(nèi)，刀具失效機理為發(fā)生在刀具后刀面上的磨粒磨損、粘