304、20Cr鋼的摩擦特性及涂層刀具干切削性能研究.pdf

1、干式切削作為一種綠色制造技術(shù)近年來被廣泛應(yīng)用于各類機械加工中，隨著表面工程技術(shù)的高速發(fā)展，以TiN涂層為代表的涂層刀具加速了干式切削加工的發(fā)展。由于涂層刀具可以不改變基體幾何尺寸及外形，且具有較高的硬度和耐磨性等優(yōu)勢，采用涂層刀具進行切削加工越來越受到重視。針對目前一些難加工材料，采用涂層刀具進行干切削試驗研究成為切削加工領(lǐng)域的熱點。
　　本文主要采用TiN涂層刀具對304不銹鋼和20Cr鋼進行干切削試驗，內(nèi)容包括:(1)通過加工

2、獲得304不銹鋼和20Cr鋼試件，以氮化硅陶瓷球作為摩擦配副，通過往復(fù)滑動試驗研究法向載荷對各自材料摩擦系數(shù)、磨損量的影響，并分析其摩擦機理;(2)采用未涂層刀具與TiN涂層刀具加工304不銹鋼時對切削力和切削溫度的研究，主要通過單因素試驗法研究切削用量對各自目標參數(shù)的影響，通過正交試驗法研究切削力和切削溫度的最優(yōu)切削參數(shù)，并進行試驗驗證;(3)采用TiN涂層刀具對20Cr鋼進行干切削試驗研究，主要包括單因素試驗法研究改變切削參數(shù)對切削

3、力和切削溫度的影響，基于響應(yīng)曲面法獲得切削力和切削溫度的預(yù)測模型，并對其進行試驗驗證;(4)結(jié)合有限元軟件對切削加工進行仿真，主要對切屑形成過程、切屑溫度分布和切削力動態(tài)跟蹤等進行研究，分析各自變化機理及規(guī)律，并對切削溫度進行試驗驗證。綜上研究可知:
　　(1)通過往復(fù)滑動摩擦磨損試驗可知，304不銹鋼與20Cr鋼的摩擦系數(shù)和磨損量均隨載荷增大而增大，同載荷下的摩擦系數(shù)均是304不銹鋼大于20Cr鋼。
　　(2)針對304不

4、銹鋼材料加工，采用TiN涂層刀具比未涂層刀具的切削力和切削溫度都小;隨著切削速度的增大，三向力呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，切向力和徑向力隨進給量的增加而增大，三向力對背吃刀量的變化特別明顯，近似成倍增加;切削溫度總體隨切削速度和進給量的增大而升高，改變背吃刀量對切削溫度的影響不明顯;采用正交試驗，用TiN涂層刀具對不銹鋼進行試驗，獲得切削力和切削溫度的最優(yōu)組合參數(shù)分別為A2B1C1、A1B1C3。
　　(3)采用涂層刀具對20Cr鋼進

5、行切削試驗，切向力隨切削速度的增大而減小，三向力隨進給量和背吃刀量的增大而增大，但背吃刀量的影響程度更大;切削溫度隨切削用量的變化較為明顯，切削溫度總體隨切削用量的增大而升高;基于響應(yīng)曲面設(shè)計獲得切削力和切削溫度的預(yù)測模型，誤差分別為2.96％、5.06％。
　　(4)通過DEFORM-3D軟件仿真涂層刀具車削加工304不銹鋼，切屑的變形主要來自刀尖剪切和擠壓，第Ⅱ變形區(qū)的溫度最高，切削溫度的仿真數(shù)值與試驗值誤差在4.5％～8.1