硬质合金插铣刀具的切削性能研究

发布时间：2020-07-12 11:25

【摘要】：插铣作为一种新型的加工方式,因其加工时去除金属余量较大、加工过程稳定不易发生振颤等特点,在航空航天、水力发电等行业得到了普遍的应用。水轮机水斗部分的材料一般采用Cr13不锈钢,被加工时消耗的能量大多转化成热能,长期不合理使用会使刀具发生破损现象,影响工件加工精度,因此了解刀具的切削性能十分重要。但是目前对插铣刀具切削性能方面研究仍较少,本文主要对不同前角的插铣刀具进行以下研究:首先,分析插铣加工时刀具切削区的温度场,根据插铣加工的特点,基于热源法建立有限大瞬时线热源传热模型,基于反求法求解所需的热源强度,分析切入和切出两种不同状态下刀具的温度变化,根据插铣间断式加工特点建立经验公式,完成插铣切削时的瞬时切削力建模,基于有限元分析方法,完成强度理论分析,为后续仿真分析奠定理论基础,最后建立切削过程中的热力耦合方程。其次,本文待插铣工件是水轮机水斗,其材料是Cr13不锈钢,根据该材料热强度较高易与刀具发生粘结破损等特点,选择合适的刀片与刀体材料,利用UG进行结构设计,其中包含刀具类型,几何尺寸等,分别设计出前角为(+1°,-1°),(+3°,-3°),(+5°,-5°),(+7°,-7°)四种插铣刀具。再次,通过DEFORM模拟插铣加工过程,分析前角分别为°°+)1-,1(,°°+)3-,3(,°°+)5-,5(,°°+)7-,7(的四种刀片在相同切削条件下的切削力、切削温度和刀具强度的关系,分析刀具前角对切削力、强度及温度的影响规律,并且通过ANSYS进行静力学、热应力和刀具变形分析,得到刀具前角对刀具变形的影响和温度场分布的情况,综合选择更有利于插铣加工的前角角度,并基于该角度,分析主轴转速、每齿进给量、径向切宽对刀具切削温度和切削力的影响规律。最后,采用正交试验法,完成切削试验,分析主轴转速、每齿进给量和径向切宽对切削力的影响规律,同DEFORM仿真分析结论对比,并建立插铣切削力预测模型。根据插铣加工过程中材料去除率最大和刀具变形量最小选取最优切削参数,进行磨损实验,观察刀具磨损情况。
【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
【图文】：

几何形状,叶轮,图片

图 1-2 叶轮图片图 1-3 水轮机的水斗Fig.1-2 Integral impeller Fig.1-3 The pelton of turbine当前，刀具材料通常采用的是硬质合金及其涂层刀具，其拥有较高的韧抗弯强度，同时涂层部分的材料，耐高温及耐磨损性能优良，可以适用于齿进给量和较大切削速度的情况。刀具和刀片的几何形状在很大程度上决

几何形状,水斗,水轮机

逡堵?图 1-2)；水力发电中冲击式水轮机关键部件水斗(图1-3)，在刀具大悬深和加工条件不稳定的情况下，极易发生振动，而插铣切削方式是目前唯一的解决方法，尽量大的金属去除率是插铣的最终目标，其主要应用场合是粗加工和半精加工，在反复插铣达到预定深度时，刀具不断地缩回和复位以便于下一次插铣时可迅速地从重叠走刀处去除大量金属，无论对于大金属量切削加工，还是对具有复杂几何形状的航空零件的加工，插铣都将是优先考虑的加工方式。因其性能良好，近年来受到了国内外专家的关注，但是由于这种加工方式出现时间短，关于其切削性能部分的研究仍然处于初级阶段。

振纹,水斗,刀片

图 1-4 水斗处产生振纹图 1-5 刀片发生破损Fig.1-4 Produce ripples at the bucket Fig.1-5 Blade broke 国内外研究现状及分析

【参考文献】