近余弦强化刃PCBN刀具设计制造技术研究

发布时间：2020-07-17 23:18

【摘要】：高速硬切削加工中通常选用PCBN刀具进行切削,而PCBN刀具材料较脆,通常在刃口上磨制负倒棱以提高刀具刃口强度,延长使用寿命。但负倒棱结构会使切屑阻塞积聚,导致切削力和切削温度升高,加剧刀具磨损失效。为改善上述问题,本文结合空间曲线刃协调切屑流动的特点,设计了近余弦强化刃PCBN刀具,并结合刀具结构和机床磨削加工方式,利用线性逼近的方式制备出符合加工精度要求的近余弦强化刃PCBN刀具。同时开展高速硬切削实验,与定值倒棱PCBN刀具进行对比,分析其切削加工性能,为PCBN刀具的开发和应用提供理论基础。首先,研究近余弦强化刃PCBN刀具的设计和制备方法。针对硬切削过程中排屑散热、降低切削阻力问题,提出近余弦强化刃PCBN刀具,并利用软件MATLAB对刀具刃线进行数值模拟;结合端面磨削和化归思想,提出了逼近式磨削轨迹规划方案,并利用轨迹仿真和磨削实验优选了磨削次数;提出了近余弦强化刃刀具刃口缺陷、倒棱宽度和角度等参数的精度检测方法,完成了对所开发刀具磨削精度的定量评价。其次,开展高速硬切削实验,提出切屑宏微观形态、月牙洼磨损、加工表层微观结构的检测方法。与定值倒棱PCBN刀具进行对比研究,分析切削参数和刀具磨损对两种结构刀具切削力和切削温度的影响。并基于高速摄影技术,研究近余弦强化刃刀具对宏观切屑流出状态的影响,之后对保留的切屑进行金相实验,分析其在微观切屑形态上的特点。最后,对两种结构刀具的磨损过程进行分析,并采用月牙洼磨损面积、深度、月牙洼磨损区域距切削刃距离、后刀面磨损长度、宽度等指标对刀具磨损形貌进行评价,揭示刀具磨损机理。基于两种结构刀具的磨损特性,对其加工表面形貌、白层、残余应力等特征进行评价,分析近余弦强化刃刀具在切削加工方面的优势。
【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】：TG711
【图文】：

刃口,结构表征,瀑布,圆刃

Fig.1-2 Characterization structure of waterfall cutting edge[13]等针对倒棱刃口结构，设计多种刃口参数，研究刃口参损的影响，并讨论不同切削条件下，各参数刀具的综合性高刀具寿命，改善刃口散热条件，设计一种渐变钝圆刃口示。并开展了高速硬切削淬硬钢 AISI4340 实验，结合有限变钝圆刃口结构与常规钝圆刃口结构在切削力、切削温度损等方面的特点，结果表明，渐变钝圆刃口结构能够减少，降低工件表面的塑性应变，提高刀具使用寿命。图 1-3 常规钝圆和渐变钝圆刃口结构设计-3 The structure design of uniform radius and variable radius cutting e

结构设计图,圆刃,结构设计,常规

图 1-2 水瀑布刃口结构表征ig.1-2 Characterization structure of waterfall cutting ed针对倒棱刃口结构，设计多种刃口参数，研究影响，并讨论不同切削条件下，各参数刀具的具寿命，改善刃口散热条件，设计一种渐变钝开展了高速硬切削淬硬钢 AISI4340 实验，结圆刃口结构与常规钝圆刃口结构在切削力、切方面的特点，结果表明，渐变钝圆刃口结构能低工件表面的塑性应变，提高刀具使用寿命。

几何形状,典型刀具,制备方法

图 1-4 典型刀具制备方法Fig.1-4 Typical tool preparation method磨料喷射加工是一种价格更为便宜的刃口制备方法[21,22]，该的韧性和可靠性[23]。具体是将载体介质中混合的研磨介质喷混合物冲击刀具局部区域，形成刃口结构。许多实验证明，口表面质量的影响依赖于各种参数，这包括磨料材料、晶粒的几何形状、喷嘴的横向速度，射流压力等。干湿磨料喷射过程中使用的载体介质的类型不同，干磨料喷射加工采用空质，而湿磨喷射加工则采用喷砂与水混合作为载体介质。加工适用于加工刀具刃口结构未定，或材料去除过程和刃口的条件下[24]，通常采用能够旋转的工具如轮子或硬毛刷，其而硬的刚毛或聚合物纤维如尼龙丝，并含有磨料如 SiC、A，刚毛的长度、直径以及刚毛的排列、密度等对加工的影响适用于加工尺寸小且不对称的钝圆刃口结构[25,26]，钝圆的尺、切削速度、进给和钝化时间影响，如图 1-5 所示[27]。进给

【参考文献】