硬态切削技术的研究.doc

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1、硬态切削技术的研究1•引言淬硬钢是一类较难加工的材料，硬度高达50〜65HRC,主要包括普通淬火钢、淬火态模具钢、轴承钢、轧辘钢及高速钢等。由于其典世的I耐磨结构，淬硬钢被广泛用于制造各种要求高硬度和高耐磨性的基础零部件。随肴超硬刀具材率——陶瓷和PCBN性能的提高和价格的调整，解决了淬硬零件传统制造T艺与快速发展的市场需求之间的矛丿石，使得更经济地切削加工淬驶钢成为可能。硬态切削是指采用超硬刀具对便度大于50HR淬硬钢进行精密切削的加工工艺。与磨削相比，硬态切削具有良好的加工柔性、经济性和环保性能，在精

2、磨工序屮采用硬态切削是加工淬硬钢的最佳选择。然而，目前硬态切削加工技术仍然未完全被企业所广泛采用，其主要原因不仅由于企业对硬态切削加工机理及刀具的使用技术未完全理解和掌握，同时也因为硬态切削工艺屮一些不稳定的因索制约了它的推广应用。木文通过综合国内外大量文献，对便态切削过程屮切削力的特征、切屑的形成机理、硬态切削力与金属软化效应的作用、冷却润滑技术和已加T表面质最等进行了讨论，以期促进硬态切削T艺的推广应用。2.硬态切削力特征影响硬态切削力的因素主要包括切削速度、进给量、切削深度、后刀血磨损量和工件硬度等

3、。国内外学者的研究表明，在不同精度等级的机床上实施硬态切削时，切削力并不发生变化。巴西AbraoMendesM士分别选川陶瓷刀具、低CBN含量和高CBN含量的PCBN刀具切削AISI52100轴承钢（硬度62HRC）时发现：径向切削力故尢其次是主切削力和轴向切削力；粗加T时切削力约为精加T时的6〜9倍；切削力与进给量、切削深度和后刀面磨损量成近似线性关系；当切削速度增大时，切削力稍有下降。徳国阿亨丁•业大学w.Konig教授通过用陶瓷刀具和PCBN刀具切削100Cr6淬硬轴承钢的切削力对比实验，研究了切削

4、速度、切削深度和进给最对切削力的影响趋势。研究表明：主切削力和轴向力的变化与切深呈线性增长趋势，而径向力增长缓慢；不同的进给量对切削力的变化影响趋势一致，轴向力的增长速率稍低于主切削力和径向力，而当进给量很小时，会出现径向力大于主切削力的现象。

5、_1木屮山一雄教授认为，提高切削速度使切削力有所下降的主要原因是切削温度升高使工件册性增强（即金属的硬度因切削温度的作用而降低）。不过这种性质的变化仅限于一定的切削速度范围，当切削速度超过200m/min时•，切削力并不沿下降通道变化。这与W.Konig教授的研究

6、结果一致。中山一雄教授认为，尽管淬硬材料的硬度较高，但切削力较小，其原因一是由于断裂的产生使犁性变形十分小，二是因为刀一屑接触面积小，使摩擦力减小。哈尔滨理工大学刘献礼教授采用正交试验对切削力的各影响因素进行设计，得出了切削速度、切削深度、进给量和工件硬度对应切削力的三维曲血，在试验条件下得出了主切削力变化规律基木符合传统金属切削理论的结论。英国伯明翰大学E.GNg博士对PCBN刀具切削AISIHI3淬硬钢时的切削温度和切削力进行了有限元仿真求解，其最大误并达25%,精度分散性大。同时有限元计算量也很大。

7、张弘铁教授运用挤压和轧制理论，根据能量原理对倒棱刀具的切削机理进行了深入阐述，提出了倒棱刀具的三区模型（第一变形区、金属死区、第二变形区），并能对剪切角和切削力进行预报和仿真；根据金相分析和快速落刀装置，发现金属死区的存在并不依赖于切削速度、前角和倒棱角度；在同样的切削条件下，倒棱刀具的剪切角小于单尖刀具剪切角约2。〜3。。台湾学者K.Fuh利川最小能量原理修正了臼井英治的切削模熨，依据切削面积和考虑后刀面作用力，对切削力进行仿真，其综合精度较高。由于引入的经验系数较多，对于不同的刀具和工件材料这些系数往

8、往是变化的，因此其实用性受到一定限制。3.硬态切削的切屑形态金属切削过程研究的重点和核心是切屑的形成过程。硬态切削过程一般产生锯齿形切屑。K.F.Koch博士和P.Fallbochmer博士认为，硬态切削的切屑形态受切屑厚度的影响最大,当切屑厚度小于20^im时易产生带状切屑，否则生成锯齿形切屑。形成锯齿形切眉的原因主要是刀具前刀面附近的工件材料受到挤压而堆积在前刀面上，刀具继续向前切削致使切屑材料发生突然断裂。关于锯齿形切屑形成机理有很多著名的论断。1964年Recht提出了切削加工时突变剪切失稳的经典

9、模熨，当名义应力一真实应变曲线斜率为零时，即温度变化的局部速率对强度的负血影响等于或大于强度所产生的应变硬化的正面影响时，材料内部的翔性变形区便产生突变剪断。羌国俄克拉荷马州立大学的HouZhen-Bin和RangaKoIIland提出了锯齿形切屑形成过稈屮的热力学模型，他们的实验表明，切削速度和进给量在剪切发生失稳屮起着重要作用。Samiatin和Rab发现当正常的流动软化率对应变速率敏感值Z比等于或大于5时，金属切削过程的