刀具表面微织构设计和切削仿真分析

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收稿 日期 :2015年 11月
具 表 面 加 工 具 有 连 续 重 叠 的 纹 理 沟 槽 和 线 性 沟 槽 织 构 ,对 1045 号 钢 和 6061铝 合 金 材 料 进 行 切 削 .与 无 织 构 刀 具 对 比 发 现 ,织 构 刀 具 可 降 低 摩 擦 角 、减 小 主 切 削 力 和 进 给 力 ,并 且 织 构 化 区 域 不 同 、微 织 构 几 何 参 数 不 同 都 会 影 响 刀 具 的 切 削 性 能 。 国 内众 多 学 者 也 逐 渐 重 视 织 构 刀 具 的 研 究 。 山 东 大 学 吴 泽 等 _6_在 硬 质 合 金 刀 具 前 刀 面 月 牙 湾 磨 损 区 域 加 工 微 沟 槽 织 构 , 并 填 充 MoS:制 备 成 微 织 构 自 润 滑 刀 具 。 在 对 45号 钢 进 行 干 切 削 试 验 后 发 现 ,与 传 统 硬 质 合 金 刀 具 相 比 ,微 池 自 润 滑 刀 具 可 有 效 减 小 刀 具 切 削 力 和 刀 具 表 面 的 粘 结 现 象 ,并 且 垂 直 于 切 削 流 向 的 织 构 具 有 更 好 的抗 粘 减 摩 效 果 。 南 京 航 空 航 天 大 学 王 震 [7 通 过 激 光 加 工 技 术 在 所 选 用 的 W C-Co硬 质 合 金 材 料 上 加 工 几 何 参 数 不 同 的 凹 坑 和 凹 槽 织 构 造 型 .在 微 量 润 滑 的 条 件 下 进 行 切 削 性 能 试 验 。试 验 结 果 表 明 ,微 凹 坑 和 微 凹 槽 织 构 都 具 有 减 摩 作 用 ,在 稳 定 材 料 摩 擦 因 数 方 面 .织 构 刀 具 表 现 出 良 好 的 优 越 性 能 。
与 刀面 交接 处 的弧度 对切屑表 面光 整度 具有较 大影响 .较 大的弧度 能够有效 降低 锯 齿切 削现 象。
关 键词 :复 合微 织构 切削 仿真 应 力 温 度 切 屑 形态
中图分 类 号 :TH117.1

文 献标 志码 :A 文章 编 号 :1000—4998f2016)06—0047—05
刀 具 表 面 微 织 构 设 计 和 切 削 仿 真 分 析
口 符永宏 口 王海波 口 顾亚励 口 李玉弟 江 苏 大学 机 械 工程 学 院 江 苏镇 江 212013
摘 要 :织构在 刀具表 面上 的应 用受到 众 多使 用者 的青睐 .为 了进 一 步深化 对织构 的设计 ,使其 具有
更好 的 润滑减摩 效果 .针对微 凹坑 织构 的单一独 立性和 宽 凹槽 织 构的锯 齿切 削现 象的弊端 。设 计 了微 凹
坑一凹槽线性 组合 织构形貌 。采用 ABAQUS通 用软件 对新型 织构类 型刀具进行 二 维切 削仿 真 .通过仿 真对
比后 发现 ,织构 刀具在应 力、切 削温度 、切 屑 形 态方面都表 现 出较好 的优 越性 ,并且在切 屑 卷 曲方 面 。织构
1 概 述
在 机 械 加 工 过 程 中 ,刀 具 占 据 着 主 导 地 位 。 然 而 , 刀 具 在 进 行 切 削 加 工 时 ,对 工 件 的 作 用 使 工 件 局 部 表 面 产 生 剧 烈 的 塑 性 变 形 ,切 屑 以 很 大 的 压 力 和 速 度 流 过 刀 具 前 刀 面 。在 这 种 高 压 力 高 流 速 条 件 下 ,一 方 面 使 切 屑 变 形 、延 展 ,增 加 了 刀 屑 的 实 际 接 触 面 积 :另 一 方 面 使 刀 具 和 切 屑 产 生 亲 密 接 触 ,在 刀 具 和 切 屑 相 对 滑 动 中 ,刀 屑 接 触 区 域 产 生 巨 大 的 摩 擦 热 ,使 刀 具 的 破 损 现 象 非 常 严 重 。 为 了 减 小 刀 具 磨 损 ,提 高 刀 具 使 用 寿 命 ,国 内 外 学 者 从 不 同 方 面 对 刀 具 展 开 研 究 。通 常 可 分 为 5个 方 面 :刀 具 基 体 材 料 、几 何 参 数 、切 削 用 量 、冷 却 润 滑 技 术 以 及 刀 具 表 面 技 术 …。 表 面 织 构 技 术 能 够 有 效 地 改 善 运 动 副 之 间 的 摩 擦 特 性 ,具 有 低 成 本 、高 性 能 等 优 点 .受 到 了 国 内 外 学 者 的 重 视 。
在 一 系 列 的 研 究 过 程 中 ,美 国 学 者 Shuting 等 _2_在 硬 质 合 金 刀 具 表 面 加 工 出 微 凹 坑 织 构 .并 在 织 构 内 填 充 液 体 硫 或 固 体 二 硫 化 钼 等 润 滑 剂 ,形 成 微 池 润 滑 刀 具 ,与 传 统 刀 具 相 比 ,其 切 削 力 减 小 10% ~30% ,刀 屑 接 触 长 度 降 低 30% , 切 屑 形 态 更 加 卷 曲 。 日 本 学 者 Enomoto等 通 过 表 面 工 程 的 方 法 .使 用 飞 秒 激 光 器 在 涂 层 刀 具 表 面 加 工 出 纳 微 织 构 形 貌 ,在 干 /湿 切 削 条 件 下 与 无 织 构 类 金 刚 石 碳 (Diamond Like Carbon,DLC) 涂 层 刀 具 进 行 切 削 对 比实 验 后 ,发 现 纳 微 织 构 能 有 效 提 高 刀 具 的 抗 粘 结 性 能 。 德 国 学 者 Johannes等 在 未 涂 层 硬 质 合 金 刀 具 上 加 工 微 坑 排 列 织 构 、垂 直 和 平 行 于 切 削 刃 的 凹 槽 织 构 ,通 过 磨 损 试 验 后 ,得 出 凹 坑 织 构 可 提 高 积 削 瘤 的稳 定 性 ,凹 槽 织 构 刀 具 可 减 小 加 工 工 件 的 表 面 粗 糙 度 。 加 拿 大 学 者 Koshv等 在 高 速 钢 刀
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