难加工材料的刀片研究-车削奥氏体不锈钢材料硬质合金刀片的基体和断屑槽研究

摘要

奥氏体不锈钢是应用在现代工业上最普遍的一种难以加工的材料，但是对于它的切削效率确不高，如何有效高速的切削加工这种材料一直是刀具制造行业的一重大课题。研究制造新刀具材料并匹配适合的断屑槽是解决这一课题的重要途径。
　　针对这一发展需要,本文采用石蜡工艺制造技术,研制一种专用于加工奥氏体不锈钢材料的硬质合金刀片。采用硬质合金可转位刀片为研究对象，试制两种基体材料﹑两种断屑槽作对比研究:①基体材料上：一种Co含量8％，WC原料费氏粒度为1.3μ m；另一种Co含量5.5%，WC原料费氏粒度为6.16μm，且两种基体材料均添加了质量百分比为2%的TaC作为添加剂,改善合金刀片质量。②断屑槽上：一种断屑槽主切削刃相对锋利，强度稍差,抗冲击能力较差；另一种断屑槽主切削刃相对较钝，强度较好比较耐冲击。③表面涂层材料由于文章的篇幅不做介绍。
　　在研究基体材料时通过使用密度测量仪﹑矫顽磁力测量仪﹑MCOM-3钴磁测量仪﹑高温硬度计﹑洛氏硬度计﹑热常数仪﹑金相显微镜分别测定基体材料密度、磁力磁饱和、常温和高温硬度、基体材料导热性能﹑高低倍金相检查；在研究断屑槽时使用YG-2010影像测量仪、压电式三向测力仪分别观测记录刀片的磨损和切削力；在对刀片进行模拟仿真时使用Deform专业分析软件，分析刀片﹑工件的温度和三个切削力；车削实验使用CA6140普通车床及其附件，对研制的刀片进行实际的车削对比试验；刀片抗弯强度由于试验条件由外单位配合测试。
　　通过以上试验研究后，获得基体材料的基本性能和材料内部组织结构；获得刀片断屑结构对可转位样刀的磨损﹑切削力和失效机理的影响；获得实际车削试验不易得到的刀片与工件温度场的分布；获得何种基体搭配何种断屑槽适合加工奥氏体不锈钢材料，获得研制的刀片与国外刀片切削性能的比较数据；最终得到一种性价比高的能够高速高效切削奥氏体不锈钢的硬质合金可转位涂层刀片，部分替代国外同类产品占有市场空间。

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1 绪 论

1 .1选题背景及研究意义

1 .2不锈钢高速切削特性

1 .3刀片基体材料和断屑槽的研究进展

1 .4有限元模拟在切削过程模拟中的应用

1 .5刀片切削性能与磨损机理

1 .6课题目标和研究内容

2 研究方案

2 .1引言

2 .2实验刀片准备

2 .3硬质合金基体材料性能测试

2 .4硬质合金刀片高速车削不锈钢实验

2 .5刀片磨损形态结果检查

2 .6刀片切削力的测量

2 .7刀片的改进设计与切削实验

2 .8本章小结

3 刀片基体材料基本性能及断屑槽结构设计

3 .1引言

3 .2硬质合计基体材料基本性能

3 .3刀片断屑槽设计要求

3 .4刀片槽型参数设计确定

3 .5本章小结

4 切削过程有限元仿真

4 .1引言

4 .2金属切削有限元模型的建立

4 .3有限元仿真结果分析

4 .4本章小结

5 硬质合金刀片车削实验及结果分析

5 .1引言

5 .2切削实验设计

5 .3硬质合金刀片切削结果及失效机理

5 .4本章小结

6 刀片改进设计及切削实验

6 .1刀片基体材料改进

6 .2基体材料切削磨损实验

6 .3刀片断屑槽改进

6 .4切削实验

6 .5 本章小结

7 结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果

致谢