難加工材料高效銑削機理及應用基礎研究.pdf

1、高效切削加工作為先進制造技術的重要基礎技術之一，可以大幅度地提高生產效率，降低成本，對于提高加工水平，加快新產品開發(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，難加工材料的應用日益廣泛；然而目前針對難加工材料高效切削的機理研究尚不成熟，難加工材料高效切削的工程應用缺乏堅實的理論指導，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，從材料去除機理、切削能量分配、切削力和切削溫度特性以及加工表面質量等方面

2、對難加工材料高效切削機理展開理論分析和試驗研究；并結合有限元數(shù)值模擬方法和切削試驗，研究刀具刃口幾何結構對于切削過程的影響規(guī)律，對刀具刃口的結構進行優(yōu)化設計。論文的主要研究內容包括：
　　 l、針對難加工材料鋸齒形切屑的形成機理，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，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理與材料的特性和加工條件密切相關。鈦合金的鋸齒形切屑主要由絕熱剪切現(xiàn)象產

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)內應力和溫度的動態(tài)變化規(guī)律，根據材料的熱塑性失穩(wěn)方程得到鈦合金TC4發(fā)生熱塑性失穩(wěn)的初始應變值為0.79，淬硬鋼SKD11對應的初始應變值為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。對鈦合金的研究結果表明其銑削

4、過程中尺寸效應表現(xiàn)明顯。遠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；同時，由于材料的去除機理

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、表面變質層和殘余應力等方面，研究了難加工材料銑削加工表面質量。針對淬硬鋼SKD11，指出硬銑削在工件表面引入殘余壓應力，并且殘余壓應力的分布具有方向性，試驗得到垂直進給方向上殘余壓應力的增加值約為沿著進給方向上殘余壓應力的增加值的兩倍。刀具磨損導致加工表面光潔度惡化并產生表面變質層，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，變質層深度約120μm。因此，在制定精加工中刀具的失效標準時需要充分考慮表面質量因素。本研究中，依據試驗結果，將磨鈍標準定為VB=0.17mm，可以將表面粗糙度控制在0.4μm以內，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)代刀具刃口細化設計的要求，借助有限元數(shù)值模擬手段，提出了基于響應曲面法的難加工材料刃口細化設計方法。建立了奧氏體不銹鋼切削加工中切