限制接触刀具切削力与刀—屑接触长度关系的研究

通过切削试验 ,研究了限制接触刀具前刀面的刀—屑接触长度逐渐减小时切削力的变化规律。试验结果表明 :当刀具前刀面刀—屑接触长度减小时 ,前刀面上的法向力Fn 和切向力Ff 呈非线性减小 ,且Ff-l曲线存在两个拐点 ,根据这两个拐点可间接测量前刀面的刀—屑接触长度L和紧密型接触长度lf1。     

限制接触刀具切削与刀—屑接触长度关系的研究

通过切削试验，研究了限制接触刀具前刀面的刀一屑接触长度逐渐减小时切削力的变化规律。试验结果表明：当刀具前刀面刀-屑接触长度减小时，前刀面上的法向力Fn和切向力Ff呈非线性减小，且Ff-l曲线存在两个拐点，根据这两个拐点可间接测量前刀面的刀-屑接触长度L和紧密型接触长度lfl。     

纳米切削过程中刀-屑接触区应力分布研究

高速切削时刀屑接触区的应力分布直接影响切削过程、切削温度及刀具磨损。利用分子动力学技术对纳米切削过程中刀屑接触区的应力分布特征进行研究,分别采用EAM势、Tersoff 势及Morse势计算单晶铜原子间、单晶硅原子间、工件原子与刀具原子间的相互作用力。分析纳米尺度下刀屑接触长度随切削距离变化的规律,探讨刀具前角对刀屑接触区应力分布的影响,通过描述刀屑接触区切屑原子的运动情况,为阐释刀屑接触区的应力分布特征提供依据。研究结果表明在刀-铜屑接触区,正应力在切削刃处最大,随着到切削刃距离的增大而减小,在刀-硅屑接触区,正应力以规则的波动形式逐渐减小。而切应力在切削刃处为负值,随着到切削刃距离的增大,切应力在刀屑接触长度的三分之二处增大到最大值后逐渐减小至零。     

高速切削难加工材料刀—屑界面接触特性研究

刀—屑接触长度和摩擦系数是表征刀—屑界面接触特性的主要物理量,直接影响切屑第二变形区切削热产量及刀具磨损。使用PCBN刀具正交车削GH3030高温合金和TC4钛合金,研究了两种材料的切削加工过程中刀—屑接触长度和刀—屑界面平均摩擦系数随切削速度和进给量的变化规律,分析了两种材料车削时摩擦系数和接触长度存在差异的原因。在高速切削下,建立了两种材料的刀—屑接触长度的直线和二次模型,发现TC4的二次模型能更好地预测接触长度,GH3030的直线模型和二次模型的相关系数相差不超过0.06。     

基于有限元法的硬质合金微槽车刀刀——屑接触摩擦模型研究

刀—屑接触界面的应力应变状态对金属切削过程尤其是刀具的摩擦磨损研究有着重要影响,摩擦模型是该区域应力应变的数学表达形式。本文基于有限元仿真平台,重点分析微槽车刀切削过程中刀—屑接触界面的摩擦状态,确定出刀—屑接触总长度和内外摩擦区各自的范围,对比分析了原车刀和微槽车刀的刀—屑接触界面摩擦状态,从而获得两车刀相应的摩擦模型。研究发现:微槽的置入使得刀—屑粘结摩擦区长度缩短,带来的直接影响便是第二变形区内的主要发热区缩小,进而发热量也相应减小。研究结果为金属切削过程刀—屑接触摩擦模型研究提供一定理论参考。     

镗削加工切削力模型系数的识别

由于镗刀刀尖圆弧半径、刀具几何形状和刃倾角的变化,同时受断屑槽和刀一屑接触长度的限制,镗削时刀片前刀面的面积变化情况复杂。以下介绍的模型识别切削系数可以建立符合实际应用的力学模型。     

矩阵算子法构建切削滑移线场的分析

刀具与切屑接触的摩擦因数呈不均匀分布增加了正交切削分析的难度,缺少一个完善的解析模型。针对于此,本文采用矩阵算子法构建了一种考虑在刀-屑接触面上变摩擦因数的滑移线场。通过Oxley的剪切切削理论找出工件表面材料塑性剪切变形的位置,为滑移线场的添加几何约束条件,从而求解滑移线参数。根据滑移线场,导出刀-屑接触长度,推算出切削力的解析式。模型计算结果与GH4169切削有限元仿真结果对比发现：刀-屑接触长度误差在9.8%内,两者的切削力在变化趋势上一致且数值上相近,验证了滑移线场的准确性。上述研究成果为变摩擦因数的正交切削分析刀-屑接触长度和切削力提供了理论方法。     

基于计算机数值模拟的刀具断屑槽磨损研究

采用ABAQUS有限元分析软件进行切削分析试验,研究刀具断屑槽磨损对切屑成型的影响。模拟了两种槽型的带断屑槽刀具在相同磨损参数和切削条件下的切削应力,并比较了不同槽型在相同磨损程度下对切屑成型的影响。试验结果表明:断屑槽磨损会增大刀—屑接触长度和切屑的卷曲半径,并且会引起切削应力的波动;梯形断屑槽刀具相比于弧形断屑槽刀具更适合加工。     

错齿BTA深孔钻削切屑变形及刀屑接触长度分布规律研究

断排屑问题一直是错齿BTA内排屑深孔钻削的难点,通过建立切屑流经断屑台的几何变形模型分析了刀屑接触长度对错齿BTA钻削切屑的变形断裂的影响,采用有限元分析软件DEFORM-3D建立了错齿BTA钻头钻削仿真模型,对各刀齿切屑的形成及变形规律进行了分析,研究了刀屑接触长度随刀齿钻削半径分布规律及其随钻削条件的变化规律,并利用实验对仿真结果进行了验证分析。结果表明,仿真结果可信,刀齿钻削半径对切屑的变形及刀屑接触长度影响很大,刀屑接触长度随钻削进给量增大而增大,随转速增大而减小,随工件材料强度增大而增大。     

45淬硬钢干式切削刀-屑接触区域温度场分布研究

针对45淬硬钢干切削过程,考虑刀-屑接触区域热流密度不均匀性和热分配率不均匀性等因素,基于热源法建立前刀面刀-屑接触区域三维温度场解析模型,并利用验证试验和解析模型,研究前刀面刀-屑接触区域温度场分布规律。结果表明:模型预测值与实验值相吻合,两者误差低于3.26%;且前刀面刀-屑接触区域温度场分布呈均匀梯度分布;最高温度位置出现在刀-屑接触界面粘结摩擦区域结束处附近,最高温度位置受切削速度影响较小;最低温度位置出现在刀-屑接触界面边缘处。该模型具有较高准确度,对研制新型刀具、降低刀具磨损、提高加工效率和加工质量具有重要指导意义。     

硬质合金织构刀的切削性能影响因素的试验研究

利用激光技术在硬质合金刀具的前刀面上进行织构化处理,制备凹腔织构刀和毛化织构刀;在润滑条件下进行切削,并将其切削性能与未织构刀的切削性能进行对比。试验结果表明:与未织构刀相比,凹腔织构刀和毛化织构刀能显著降低摩擦系数、刀—屑接触长度、切屑卷曲半径,毛化织构刀效果更为明显;在油润滑条件下,由于织构的作用使得润滑液能够进入刀—屑接触面,并能存储一部分润滑液,毛化织构能增强抗粘结性;该研究表明毛化织构能增强刀具的切削性能。     

织构刀-屑界面滑移区微通道特性数值研究

刀-屑界面滑移区的接触及微通道分布特性直接影响切削液的渗入和刀-屑界面摩擦,对金属切削过程有着重要的影响,针对滑移区接触及微通道分布特性测量难、切削液在刀-屑界面渗入不易量化等问题,建立微织构粗糙刀-屑界面滑移区的接触数值模型,分析滑移区的接触、微通道分布特性以及微织构作用机制。研究表明:滑移区存在3种不同的宏观接触特性,分别为近黏结特性、微通道特性和近分离特性;在近黏结特性区内,刀-屑界面不存在微通道,微织构主要功能为减少刀-屑界面接触面积;在微通道特性区内,刀-屑界面存在大量微通道,微织构主要功能为连接微通道;在近分离特性区内,刀-屑界面微通道消失,微织构主要功能为存储切削液。刀-屑界面应力分布系数对各特性区长度有影响,应力分布系数减小,近黏结区和微通道区长度增大,而近分离区长度相应减小。     

基于Fluent的涂层刀具切削热传导研究

切削过程中,第二变形区刀具前刀面和切屑底部摩擦产生的热量通过刀—屑接触面流入到刀具体中,进而引起刀具温度的升高,过高的刀具温度会降低刀具强度,缩短刀具寿命。本文基于Fluent固体能量方程构建刀—屑接触面传热有限元模型,探讨涂层刀具在切削H13淬硬模具钢时涂层材料、涂层厚度和刀—屑实际接触面积对刀—屑接触面传热的影响规律。研究结果表明:在相同的刀—屑接触面温度和相同的涂层厚度条件下,Al2O3涂层对切削热传导的阻碍作用最为明显;涂层越厚,则刀—屑接触面处温差越大,较厚的刀具涂层能够有效降低刀具体内温度;刀—屑的不完全接触对刀—屑接触面处的热传导影响较大,随着刀—屑实际接触面积的减少,刀—屑接触面处的温差逐渐增加,减小刀—屑实际接触面积有利于降低刀具体内温度。     

减摩槽在三维槽型刀片中的应用

通过分析切削过程中切屑与刀具前刀面之间的摩擦情况,提出减少切屑与刀具前刀面的接触面积能降低切屑与刀具之间的摩擦,从而减小主切削力。据此设计了一种带减摩槽的三维槽型刀片,并通过切削试验证明了减摩槽能有效减小主切削力并改善刀片断屑性能。     

极端重载切削条件下的刀-屑粘结失效

以筒节材料2.25Cr-1Mo-0.25V钢切削试验为基础,研究极端重型切削过程中刀-屑粘结失效问题,为实际生产过程中避免刀具粘结失效提供理论依据。分析极端重型车削过程变载荷波动特性;在仿真分析和试验分析的基础上,进而研究波动温度和机械载荷对刀具表层强度的影响,进行刀-屑粘结失效分析;进行综合理论分析,确立极端重载切削条件下刀-屑粘结发生的理论判据,并结合试验测试数据进行验证分析;从技术手段和工艺参数优化方面,提出刀-屑粘结预防措施。研究结果表明,切削区域的波动热-机械耦合冲击是引起刀-屑粘结失效产生的主要因素,且粘结程度与刀具和工件材料接触区域的应力大小有关。     

刀具表面微织构对刀——屑界面特性的影响研究

刀—屑界面的剧烈摩擦和高温会导致刀具快速磨损和加工效率低下。微织构作为用于刀具表面改善刀—屑界面特性和提高金属切削性能的一种方法,经证明效果明显。目前,关于微织构对刀—屑界面特性的影响机理及量化关系的研究较少,刀具微织构技术发展缓慢。本文利用激光打标机在刀具表面加工出不同参数的微织构,通过金属切削试验和理论模型解析,得到微织构刀具对刀—屑界面摩擦特性、刀—屑接触长度和刀—屑界面应力场等的影响关系。研究结果表明:刀具表面微织构降低了刀—屑界面的摩擦系数,减小了刀—屑接触和粘结区长度,改变了切削刃处的正应力和刀具表面应力场,为刀具表面微织构的研究和设计提供理论参考。     

TiN涂层高速钢的边界摩擦磨损特性

本文从摩擦学角度探讨了ＴｉＮ涂层高速钢的边界润滑摩擦磨抽特性及切削磨损过程中产生的一些特殊现象。在含硫润滑剂作用下，ＴｉＮ涂层表面受化学腐蚀，电化学腐蚀磨损，而反应边界膜在摩擦副之间起到部分隔离金属直接接触，避免ＴｉＮ涂层发生机械摩擦磨损；在切削过程中，在ＴｉＮ涂层高速钢刀具的刀－屑接触边界片ＴｉＮ与大气中的氧化合，生成有益的氧化物，致使ＴｉＮ涂层刀具抗缺口磨损能力较强，但刀一屑接触长度减小，因而     

在刀-屑界面持续润滑刀具切削45钢的性能及润滑机理

为提高刀具润滑性能,尽量减少切削液的使用,制备出在刀屑界面持续润滑的新型刀具,能够将切削液通过微通道直接输送到刀屑接触界面内部。采用该新型刀具与普通刀具在干切削和浇注切削液条件下分别进行切削45钢试验,测量了切削三向力,对刀具前刀面磨损面进行SEM微观形貌分析及元素检测,分析了刀具的摩擦磨损特性及润滑机理。试验结果表明,与普通刀具在干切削和浇注切削液条件下相比,刀屑界面持续润滑刀具能够有效减少切削过程中的摩擦磨损,而切削液用量只有传统浇注式切削的1/120。分析前刀面的元素可知,切削液能够更加深入到离主切削刃更近的区域,并能持续供给,这是该刀具具有更好的减摩抗磨效果的主要原因。尽管新型刀具的黏结情况大大缓解,但刀具的磨损机理仍然以黏结磨损和氧化磨损为主。     

整体铣刀端截形像素求解法的探索

以砂轮磨削加工刀具的啮合运动为基础结合二值图像的处理方法,探索了一种方便快捷且准确求取整体铣刀容屑槽端截形的方法。该方法可以避开解析法求解非线性方程获取接触线的过程,直接通过啮合运动轨迹生成砂轮磨削刀具的空间包络,然后截取包络在刀具端截形上包络的曲线簇图像,转换成二值图像后,扫描图像的像素点提取整体铣刀容屑槽端截形,是理论上快速获取刀具容屑槽端截形,观察槽形轮廓和分析其相关参数的新方法,尤其适用于分析成型砂轮形成的立铣刀容屑槽。     

钛合金锯齿状切屑形态模拟研究

利用有限元软件建立了钛合金(Ti6Al4V)的切削模型,得到锯齿状切屑的应力场、应变场及温度场,探讨了锯齿状切屑的形成机理,同时模拟了不同切削参数对锯齿状切屑形态的影响。结果表明:切削速度、进给量和刀具前角对锯齿状切屑形态的影响规律相似,即锯齿频率随切削速度、进给量和刀具前角的增加而增大。刀-屑摩擦因数对锯齿状切屑形态无明显影响,但切削力、刀-屑接触长度随刀-屑摩擦因数的增加而增大。换热系数对切削温度影响较大,换热系数越大,对切削温度降温效果越明显。对切削温度的抑制效果由低温冷风雾化射流冷却、水射流冷却、低温冷风冷却依次减弱,但都优于干切削。