球头铣刀铣削模具钢加工机理及磨损失效研究

发布时间：2017-11-02 19:09

  本文关键词：球头铣刀铣削模具钢加工机理及磨损失效研究

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【摘要】：近年来以高速铣削加工为研究方向的模具制造技术,被广泛应用于汽车与航空航天等零部件的模具定型加工中。在众多型腔模具和复杂自由曲面轮廓零部件铣削加工中,以高材料去除率、一次成型、多自由度铣削进给等为特点的球头铣刀高速铣削优势越来越明显。但伴随着球头铣刀在高速铣削过程中恶劣工作条件的影响,高硬度、高强度的模具钢在铣削的过程中,会产生较大的铣削力和铣削热,从而使铣刀的磨损和疲劳失效将会加剧,缩短了球头铣刀的使用寿命,降低球头铣刀的铣削加工品质,影响模具钢工件的加工表面质量和加工精度。本文针对球头铣刀高速铣削模具钢加工过程中的磨损失效情况,以提高和改善球头铣刀铣削模具钢加工品质为目标。在对球头铣刀“S”形铣削刃曲线模型和前后角变化对球头铣刀铣削性能影响分析的基础上,对球头铣刀高速球铣模具钢中切屑形成机理模型做了研究分析;分析结果表明,球头铣刀铣削刃的形状与刀具螺旋角相关,对刀具螺旋线合理的设置可以增大螺旋角,提高刀具实际铣削前角,减小铣削冲击性及切屑的变形。为了更加深入分析球头铣刀高速铣削模具钢过程中切屑剪切滑移变形所引起的铣削力和铣削温度的变化,分别建立了二维微元直角铣削仿真模拟模型和三维高速球铣仿真模拟模型,从微观瞬态的角度观察分析了切屑形成过程中铣削力和铣削热的产生变化状态;分析表明,球头铣刀从入刀到铣削平稳,切屑的形成会经历三个阶段,从硬接触碰撞下的撕裂到热软化作用下的塑性变形,及切屑在前刀面与“S”形螺旋面挤压下的卷曲爬升至撕裂排屑的过程。通过结合球头铣刀高速铣削模具钢单因素变化实验和以最小铣削力为优化的正交试验,分析了加工参数(铣削速度、进给速度、轴向切深)对铣削力、铣削热、切屑形态和铣刀磨损的影响关系,优化得出了球头铣刀高速球铣SKD61模具钢的最佳铣削参数;并对比研究了涂层技术应用对球头铣刀铣削性能的影响,观察了球头铣刀逐渐磨损的整个形态过程,总结出提升球头铣刀高速铣削模具钢品质的一般原则。
【关键词】：模具钢 球头铣刀 高速铣削 切屑形态 磨损失效 铣削力
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG54
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 符号和缩略词说明13-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 本课题的研究背景和意义14-16
• 1.2 球头铣刀高速铣削加工模具钢国内外研究现状16-21
• 1.2.1 球头铣刀种类及其特点16-17
• 1.2.2 模具钢分类及特性17-19
• 1.2.3 高速铣削加工技术研究现状19-21
• 1.3 高速铣削模具钢加工表面质量研究现状21-24
• 1.3.1 模具钢加工表面质量研究现状21-22
• 1.3.2 加工表面高速铣削时残余应力研究22-23
• 1.3.3 球头铣刀高速铣削模具时磨损与寿命研究现状23-24
• 1.4 课题来源以及主要的研究内容24-25
• 1.4.1 课题来源与意义24
• 1.4.2 本课题的主要研究内容24-25
• 1.5 本章小结25-26
• 第二章 球头铣刀“S”形铣削刃模型研究分析26-35
• 2.1 引言26
• 2.2 新型球头铣刀铣削刃曲线模型的提出26
• 2.3 基于刃磨运动分析所建立的“S”刃形数学模型26-29
• 2.3.1 球头铣刀球面及前后刀面的刃磨成形27-28
• 2.3.2 刃磨运动分析下的铣削刃数学模型28-29
• 2.4 广义螺旋运动下的回转刀具铣削刃通用数学模型29-30
• 2.4.1 广义螺旋运动概念29-30
• 2.4.2 球头刀具铣削刃曲线通用数学模型30
• 2.5 新型球头铣刀螺旋铣削刃数学模型建立30-34
• 2.5.1 新型球头铣刀螺旋铣削刃模型思路的提出30-32
• 2.5.2 等导程（等螺旋角）柱面刀刃曲线数学模型32-33
• 2.5.3 Matlab下铣削刃螺旋线模型验证分析33-34
• 2.6 结论34-35
• 第三章 高速球铣切屑形成机理及仿真模型研究35-52
• 3.1 引言35
• 3.2 高速球铣模具钢切屑形成特点及剪切滑移模型分析35-39
• 3.2.1 金属铣削加工过程及特点35-37
• 3.2.2 高速球铣切屑集中剪切滑移模型分析37-39
• 3.3 高速球铣切屑形成过程仿真模型分析39-51
• 3.3.1 AdvantEdge FEM下的材料本构模型39-42
• 3.3.2 二维高速球铣切屑形成过程仿真分析42-45
• 3.3.3 R3双刃球头铣刀高速球铣SKD61模具钢切屑形成过程三维仿真分析45-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 高速球铣SKD61模具钢实验研究分析52-65
• 4.1 引言52
• 4.2 R3双刃球头铣刀高速球铣SKD61模具钢实验条件预定52-55
• 4.2.1 高速球铣SKD61模具钢实验目的52-53
• 4.2.2 高速球铣SKD61模具钢实验设备53-55
• 4.2.3 高速球铣SKD61模具钢实验背景55
• 4.3 高速球铣SKD61模具钢实验的理论基础55-57
• 4.3.1 高速铣削SKD61模具钢工艺参数选择的理论基础55-56
• 4.3.2 高速球铣SKD61模具钢实验原理56-57
• 4.4 高速球铣模具钢铣削力测定实验方案结果分析57-64
• 4.4.1 高速球铣模具钢预实验57
• 4.4.2 主轴转速、进给速度及轴向切深单因素实验及结果分析57-60
• 4.4.3 以最小铣削力为目标的正交试验方案及结果分析60-64
• 4.5 结论64-65
• 第五章 模具钢高速球铣过程中刀具磨损失效分析65-81
• 5.1 球头铣刀高速球铣模具钢过程中的磨损失效分析65-71
• 5.1.1 球头铣刀高速球铣模具钢的磨损分类65-70
• 5.1.2 球头铣刀的磨损过程70-71
• 5.2 涂层技术在球头铣刀高速铣削模具钢中的应用71-74
• 5.2.1 涂层技术球头铣刀应用的现状71
• 5.2.2 涂层球头铣刀性能对比分析71-74
• 5.3 球头铣刀铣削YTL7D模具钢磨损对比试验分析74-79
• 5.3.1 实验条件75
• 5.3.2 球头铣刀铣削YTL7D模具钢钢的磨损对比分析75-79
• 5.4 本章小结79-81
• 第六章 总结与展望81-84
• 6.1 论文总结81-82
• 6.2 未来工作的展望82-84
• 参考文献84-89
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果89-90
• 致谢90-91

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本文编号：1132770