微织构刀具对工件表面残余应力影响有限元分析

发布时间：2021-07-06 13:56

　　针对微织构刀具对切削工件表面残余应力的影响,设计不同尺寸的垂直槽和平行槽微织构,利用有限元仿真技术,模拟不同类型、不同尺寸微织构PCBN刀具干式车削GCr15试验。通过对有限元结果进行研究分析,得到已加工表面残余应力分布情况,并与无织构PCBN刀具对比,分析微织构对已加工表面残余应力的影响。有限元仿真结果表明:与无织构刀具切削工件表面获得拉应力相比,槽型织构刀具切削后的工件已加工表面呈现压应力,提高工件表层的耐磨损和耐疲劳性能;宽度50μm垂直槽和宽度40μm平行槽刀具切削得到的工件表面压应力最大,对工件表面应力分布影响最显著。 

【文章来源】：组合机床与自动化加工技术. 2020,(01)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

PCBN刀具干式车削GCr15有限元模型

利用有限元仿真技术分别对无织构PCBN刀具和与切削刃平行、垂直的织构PCBN刀具进行模拟车削淬硬钢GCr15试验,如图3所示为是有限元仿真云图,经过大量的仿真得到相应残余应力数据并进行对比分析。3.1 垂直槽刀具切削工件表面残余应力分析

图4显示的是垂直槽刀具与无织构刀具切削仿真已加工表面残余应力分布图。观察图4可知,就工件表层应力分布而言,无织构刀具加工后,工件的已加工表现为拉引力;经垂直槽宽度为40μm和50μm的刀具加工后,工件的已加工表面表现为压应力,其中宽度为40μm垂直槽刀具切削得到的工件已加工表面残余压应力为144MPa,50μm垂直槽刀具切削得到的工件已加工表面残余压应力为177MPa。因此根据垂直槽织构对已加工表面压应力的影响可知,宽度为50μm的垂直微织构要优于宽度为40μm的垂直微织构。随着距已加工表面深度变大,垂直槽刀具切削后的工件表面压应力逐渐转变为拉应力,并且被垂直槽宽度50μm刀具切削后的工件应力转换速率要小于垂直槽宽度40μm刀具。当深度达到0.1mm,三种刀具切削后的工件已加工表面应力均为拉应力,但是被垂直槽宽度40μm刀具切削的工件已加工表面拉应力最大,其次是被无织构刀具切削的工件表面拉应力。通过对已加工表面残余应力的分析,发现垂直槽刀具切削后的工件表层应力均为压应力,这很大地改善了工件的使用性能,同时垂直槽宽度50μm刀具切削后的工件,其已加工表面整体应力分布要优于垂直槽宽度40μm刀具和无织构刀具切削的工件应力。与无织构刀具相比,在刀具前刀面进行微槽织构处理,改善了刀具的结构和刀具对工件表面的挤压程度,对切削温度和切削热的分布均产生了影响,特别是改变了刀具对工件表层材料的剪切方式,使得工件表层材料弹塑性变形程度发生很大变化,导致切削后的工件表层最先表现为压应力。同时垂直槽宽度对工件表面应力也有影响。

【参考文献】：
期刊论文
[1]硬质合金微坑车刀切削304不锈钢残余应力有限元仿真[J]. 占刚,何林,蒋宏婉,邹中妃.  组合机床与自动化加工技术. 2017(08)
[2]微织构Al2O3-TiC陶瓷刀具切削性能仿真研究[J]. 张文泉,冯益华,田园,张记云.  工具技术. 2017(02)
[3]GH4169高速铣削加工残余应力分布规律试验[J]. 李锋,李亚胜,刘维伟,杜崇辉,夏杨欢.  表面技术. 2016(12)
[4]刀具表面微织构设计和切削仿真分析[J]. 符永宏,王海波,顾亚励,李玉弟.  机械制造. 2016(06)
[5]基于Deform-3D的车削残余应力分析[J]. 张蓉蓉,赵先锋,李长虹,张海宁.  组合机床与自动化加工技术. 2016(05)
[6]基于DEFORM-3D的微织构刀具切削性能仿真分析[J]. 徐明刚,张振,马小林,黄文勇.  组合机床与自动化加工技术. 2016(03)
[7]复杂槽型刀片车削时表面残余应力有限元仿真与试验[J]. 刘二亮,宁世友,邱峰,何耿煌,陈学强,郑永纯,王亚威.  航空制造技术. 2016(06)
[8]镍基高温合金铣削加工的残余应力研究[J]. 张颖琳,陈五一.  航空制造技术. 2016(03)
[9]基于Deform的PCBN刀具断续切削淬硬钢有限元仿真分析[J]. 沈浩,师建文,李泓,李媛丽.  工具技术. 2015(05)
[10]微织构球头铣刀加工钛合金的有限元仿真[J]. 杨树财,王志伟,张玉华,万泉,崔晓雁,谢阳.  沈阳工业大学学报. 2015(05)



本文编号：3268369