双斜壁分屑结构余弦强化刃PCBN刀具切削性能研究
Study on Hard Cutting Performance of the Cosine Enhanced PCBN Tool with the Structure of Double Inclined Walls
高速硬切削加工易出现切屑阻塞积聚问题,从而导致切削力和切削温度增大,加快了刀具失效速度.PCBN余弦强化刃具有协调排屑方向的作用,改善了切屑流出状态,但在刀具磨损后,切削刃刃形发生改变,协调切屑流向作用减弱,切屑积聚问题依然无法避免.为此,本文在余弦切削刃的基础上在前刀面增加强化结构,设计了双斜壁分屑结构余弦强化刃PCBN刀具,同时开展双斜壁分屑结构余弦强化刃PCBN刀具的高速硬切削实验,与余弦强化刃PCBN刀具进行对比,并进行刀具磨损、加工表面完整性等切削加工性能方面的研究.研究内容包括以下几个方面:首先,研究双斜壁分屑结构余弦强化刃PCBN刀具的设计和制备方法.针对在过程中切屑阻塞、降低切削阻力、延长刀具寿命等问题,提出双斜壁分屑结构余弦强化刃PCBN刀具,利用有限元仿真对余弦强化刃刀具刀屑接触长度极限量进行仿真;采用三维精密激光加工的方法,对双斜壁分屑结构余弦强化刃刀具的刃口和前刀面三维强化结构进行了制备.其次,研究了刀具磨损对两种刀具切屑宏微观形态的影响.随刀具磨损增大,余弦强化刃刀具在前刀面发生切屑堆积,而双斜壁分屑结构余弦强化刃刀具具有良好的排屑性能,有效的缓解了因刀具前刀面磨损而引发的切屑堆积问题;且双斜壁分屑结构余弦强化刃刀具切屑锯齿化程度相对较小,切屑绝热剪切程度较低.然后,分析了双斜壁分屑结构余弦强化刃刀具磨损形态和磨损机制,结果发现双斜壁分屑结构余弦强化刃刀具后刀面磨损呈长条状,且磨损区域小于余弦强化刃刀具;在刀具磨损初期前后刀面主要以磨粒磨损为主,在刀具严重磨损时前后刀面主要以氧化磨损为主,其氧化磨损程度低于余弦强化刃刀具.最后,研究了对比分析两种刀具加工表面形貌、白层、残余应力的表面完整性指标.研究表明:随着刀具磨损的加剧,双斜壁分屑结构余弦强化刃刀具加工表面三维粗糙度明显优于余弦强化刃刀具,其白层组织相对更为细密均匀,且具有更深的残余应力分布.
- 作者：
- 郭健
- 学位授予单位：
- 哈尔滨理工大学
- 专业名称：
- 机械工程(专业学位)
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2019年
- 导师姓名：
- 陈涛
- 中图分类号：
- TG71
- 关键词：
- 双斜壁分屑结构；余弦强化刃；PCBN刀具；切屑；刀具磨损；表面完整性
- Structure of double inclined walls; Cosine enhanced edge; PCBN tool; Tool wear; Chip; Surface integrity;