带偏置倒棱圆弧头铣刀设计制备及切削性能实验研究

发布时间：2020-03-19 14:40

【摘要】：大型轿车覆盖件淬硬钢模具,具有高硬度、难加工的特点,淬硬钢拼接成整体模具后,由于存在硬度差和切缝间隙,刀具在切削过缝时可视为断续切削的状态,受到频繁的冲击引起剧烈的振动,进而加大了刀具的磨破损、变形,使拼接区域表面质量难以保证,对于淬硬钢拼接件尤其是切缝区域性能的研究成为现今轿车覆盖件急需解决的难题,因此本文提出和设计了一种带偏置倒棱圆弧头铣刀并针对上述问题进行相关实验研究。首先通过对带偏置倒棱圆弧头铣刀几何结构以及铣削速度、带宽和残留高度的研究,从原理和结构上分析了所设计刀具的优越性。建立了带偏置倒棱圆弧头铣刀的几何模型以及刃线和倒棱面方程,并结合MATLAB仿真软件验证了所建立几何、刃线模型正确性以及多段圆弧刃线连接区域的准确性。然后对铣刀的磨制检测技术进行研究,结合磨削工艺给出具体的刀具制造方案,并从机床和砂轮等方面进行分析及优选。根据所设计刀具的结构,将槽型截面分成一定数量离散曲线,通过对计算出的每一离散曲线的边界点进行拟合控制螺旋槽的形状,并建立UG仿真系统验证计算方法的准确性;利用五轴磨床进行磨制,分析磨制过程中可能出现的问题及解决方法,并提出了刀具螺旋角、倒棱角度及宽度、圆心位置、刃线磨削精度的检测方法。最后设计了铣削淬硬钢拼接件实验,开展了带偏置倒棱圆弧头铣刀和球头铣刀在切削力、刀具磨损和表面质量等方面的对比研究。发现带偏置倒棱圆弧头铣刀在硬度拼接间隙处轴、切向力峰值均大于球头铣刀,但轴向力跳动、切向力突变程度均远低于球头铣刀,具有更高的加工稳定性;前刀面出现一定范围的热影响区域,磨损主要集中在倒棱面和后刀面上,有效提高了刀具的抗破损性能;前刀面磨损以氧化、扩散磨损为主;后刀面磨损以磨粒磨损和涂层破坏为主,并随着磨损增加出现氧化、扩散等作用机制;切缝两端的表面形貌、高度差和挤压破损区域等评价指标优于球头铣刀,加工表面质量更为优异。
【图文】：

本课题来源于：国家自然基金重点项目“轿车覆盖件用大型淬硬钢模具高品质加工技术基础及应用”（项目批准号：51235003）。国家重大科技专项“复杂数控刀具创新能力平台建设”（课题编号：2012ZX04012021-006）。1.1.2 课题研究背景和意义现今，随着汽车领域的快速发展，对模具的需求越来越大，其中轿车覆盖件模具钢材料，属于典型的高强度、高硬度材料[1]，如图 1-1 所示。大型轿车覆盖件模具由多硬度淬硬钢模具以及带有不同缺陷的自由型面拼接而成，因此其加工制造难度较大，难以保证加工质量和精度，为了保障大型轿车覆盖件型面具有优良的表面质量，在加工中需要避免多次更换刀具，尽量使用同一把刀具进行加工[2]，大型轿车覆盖件模具的高速铣削加工已成为世界各国重点研究的关键技术，，如图 1-2 所示为轿车覆盖件分解示意图，目前我国对于加工多硬度淬硬钢拼接件产生的刀具振动以及使用寿命不足的问题还没有提出较完善的解决办法，严重影响了汽车模具的加工效率和精度，因此对于多硬度淬硬钢拼接件精密铣削加工技术的研究迫在眉睫。

本课题来源于：国家自然基金重点项目“轿车覆盖件用大型淬硬钢模具高品质加工技术基础及应用”（项目批准号：51235003）。国家重大科技专项“复杂数控刀具创新能力平台建设”（课题编号：2012ZX04012021-006）。1.1.2 课题研究背景和意义现今，随着汽车领域的快速发展，对模具的需求越来越大，其中轿车覆盖件模具钢材料，属于典型的高强度、高硬度材料[1]，如图 1-1 所示。大型轿车覆盖件模具由多硬度淬硬钢模具以及带有不同缺陷的自由型面拼接而成，因此其加工制造难度较大，难以保证加工质量和精度，为了保障大型轿车覆盖件型面具有优良的表面质量，在加工中需要避免多次更换刀具，尽量使用同一把刀具进行加工[2]，大型轿车覆盖件模具的高速铣削加工已成为世界各国重点研究的关键技术，如图 1-2 所示为轿车覆盖件分解示意图，目前我国对于加工多硬度淬硬钢拼接件产生的刀具振动以及使用寿命不足的问题还没有提出较完善的解决办法，严重影响了汽车模具的加工效率和精度，因此对于多硬度淬硬钢拼接件精密铣削加工技术的研究迫在眉睫。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG714

【参考文献】

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1 刘献礼;姜志鹏;李茂月;丁云鹏;王广越;刘立佳;;基于残留高度设计的模具加工用新型圆角端铣刀[J];机械工程学报;2015年05期

2 姜彦翠;刘献礼;丁云鹏;陈涛;岳彩旭;;汽车大型覆盖件淬硬钢模具切削加工技术[J];哈尔滨理工大学学报;2013年01期

3 王扬渝;计时鸣;王慧强;文东辉;;球头铣削多硬度拼接淬硬钢的振动研究[J];中国机械工程;2012年06期

4 文东辉;王扬渝;计时鸣;;多硬度拼接淬硬钢球头铣削加工的数值模拟[J];哈尔滨理工大学学报;2011年05期

5 盛耀元;郑刚;朱利民;;UG二次开发在三阶切触加工刀位规划中的应用[J];组合机床与自动化加工技术;2011年07期

6 李艳军;戴晓明;;关于球头回转铣刀的凹圆弧形等螺距刃口[J];云南民族大学学报(自然科学版);2010年04期

7 盛尚雄;吴卓;马世辉;;S形刃球头立铣刀的数学模型[J];甘肃科学学报;2009年04期

8 李艳军;石留杰;;等螺距圆弧形球头铣刀刃口曲线的连续性讨论[J];四川理工学院学报(自然科学版);2009年03期

9 李艳军;臧雨亭;;柱状球头回转铣刀的等螺距刃口曲线研究[J];长江大学学报(自然科学版)理工卷;2009年02期

10 樊晶明;周后明;周玉梅;唐德文;;模具高速加工中基于灰色理论的材料可切削性评价[J];机械设计与制造;2008年06期

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1 王扬渝;多硬度拼接淬硬钢铣削动力学研究[D];浙江工业大学;2013年

2 文东辉;PCBN刀具硬态切削机理及技术[D];大连理工大学;2002年

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1 李录彬;整体硬质合金环形铣刀建模及磨削轨迹研究[D];哈尔滨理工大学;2015年

2 汤永江;多硬度拼接淬硬钢球头铣削有限元仿真及实验研究[D];浙江工业大学;2011年

本文编号：2590359