强化刃PCBN刀具设计及其硬切削性能研究

发布时间：2020-10-21 03:13

　　 高硬度材料的高强度、高硬度等特性,使其在使用PCBN刀具进行硬切削时,通常将刀具切削刃进行T-land负倒棱处理,以增加刃口强度,提升刀具使用寿命。但是,另一方面带倒棱的圆弧刃口结构以较大的负前角进行切削时,又增加了对被切削材料的挤压作用,使切削区产生较大的切削变形,并使切屑流出时易发生积聚阻塞,形成较大的切削热力场,加剧刀具的磨损破损,降低切削表面质量,从而严重制约硬切削加工效率和加工零件的使役性能。为此,本文基于协调切屑流动和改善切削区状态的思想,设计了空间曲线形强化刃PCBN刀具,并针对淬硬钢材料,开展所设计刀具的切削性能试验研究。基于刀具刃区切削状态分析,针对定值倒棱PCNB刀具切削过程中存在的问题,根据协调切屑流动的思想,开展了PCBN刀具强化刃设计,并提出了渐变倒棱结构的空间曲线形强化刃,进行了近余弦强化刃和近正弦强化刃刀具设计。依据端面磨削方法,提出了逼近式磨削轨迹规划方案,建立了磨制轨迹的数学模型,结合三维软件对磨制过程进行仿真,应用Matlab提取仿真刃形曲线,并与理论刃线进行对比,优选工艺参数,实现了强化刃形的精密制备。提出刀具刃口缺陷、倒棱宽度和角度的检测方法,完成了对刀具制备精度的定量评价。设计近余弦强化刃、近正弦强化刃和定值倒棱三种PCBN刀具切削淬硬钢GCr15的对比试验,开展了切削参数和刃口结构对切削力、切屑形态和刀具磨损影响规律的研究。应用高速摄影机摄取切屑流动状态,分析切屑宏微观形态演变过程,揭示了强化刃口结构对切屑产生、卷曲及流出作用机制。开展强化刃刀具磨损过程和形貌特征的研究,揭示了强化刃刀具的磨损机制。为进一步协调切屑流动,提出了在前刀面上增加强化结构的设计方案,引入三维精密激光加工技术和喷砂表面处理相结合的方法,实现了前刀面上三维强化结构的制备。进行了近余弦强化刃和双斜壁近余弦强化刃刀具切削性能对比试验,发现双斜壁近余弦强化刃刀具在切削过程中体现出了良好的导屑和减缓冲击能力。研究不同切削条件下双斜壁近余弦强化刃刀具切削加工白层的形成机制,获得了双斜壁近余弦强化刃刀具切削加工表面形貌和残余应力随刀具磨损和切削速度的变化规律。最后,开展了不同倒棱刃口结构PCBN刀具切削过程动态特性实验研究,获得了切削参数对强化刃刀具切削振动特性的影响规律。进行强化刃刀具切削颤振系统动力学建模和振幅求解研究,并将求解得到的振幅引入到表面粗糙度的预测模型中。在此基础上,建立以表面质量和材料去除率为目标的优化模型,实现了基于改进遗传算法的切削参数多目标优化。
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG711
【部分图文】：

设计了其它刃型并对刃型的制备进行了研究，2013 的 PCBN 刀具，定义了表征刀具刃口特征的参数：型磨削刀具的切削性能进行了研究，如图 1-2 所示[1组份的 PCBN 刀具倒棱刃口结构的磨制工艺，结果晶粒尺寸对刃口缺陷的影响较大，而结合剂的含量对著影响[19,20]；同时，他们还研究了切削刃的两种不钝化）对 TiAlN 涂层硬质合金刀片（圆弧刃和瀑布发现与磨削制备的刀片相比，毛刷钝化刀片的表面粗，但确具有较高的残余压应力[21]。

度则有着显著影响[19,20]；同时，他们（磨削和毛刷钝化）对 TiAlN 涂层硬质能的影响，发现与磨削制备的刀片相比破碎程度较高，但确具有较高的残余压图 1-1 改进的刃口结Fig. 1-1 Contact relationship betweenαγSSΚ=γSαS参Δ

-3 刀具月牙洼磨损和后刀面磨损的 SEM 照3 SEM picture of the tool crater wear and flank PCBN 刀具前刀面磨损模型，经试验验通过对 PCBN 刀具磨损机制分析，认为建立了三维精密硬车削 PCBN 刀具后刀工件材料性能、切削参数等的函数[58]。N 刀具后刀面磨损模型，该模型基于切面磨损量和刀具失效点。ArsecularatneCD 刀具的磨损机理，分别给出了以上无涂层和 Al2O3/TiC 涂层混合陶瓷刀片了研究，发现非涂层刀具通常发生断裂洼磨损为主，且涂层和月牙洼磨损影响使刀具保持较好的硬度和获得较好的设计（FFD）和方差分析（ANOVA）响，研究表明，切削速度和进给量与切
【参考文献】

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本文编号：2849554