粉末冶金材料高速切削加工性能研究.pdf

1、高速、高效的切削加工方式作為現代制造業(yè)主要發(fā)展方向之一，已廣泛應用于鋼鐵、鋁合金等材料的高速切削加工中。但是，針對粉末冶金類難加工材料高速加工技術的理論研究和實際應用并不多見。本文主要對汽車發(fā)動機中粉末冶金類零件的高速切削性能進行研究，采用理論分析、數值計算和加工試驗相結合的方法，重點研究切屑變形過程、切削力和切削溫度、刀具磨損形態(tài)和失效機理、刀具磨鈍標準、工件表面粗糙度、自動化生產中刀具可靠性等問題。為更高效地切削加工這一類材料提供理

2、論依據和技術支持。
　　通過大量的切削試驗證明具有負倒棱結構的PCBN刀具為高速切削粉末冶金材料的最佳選擇。借助于Oxley剪切區(qū)模型，分析負倒棱刀具高速切削粉末冶金材料時的切屑變形機理;根據負倒棱刀具與前刀面的接觸類型，指出當刀-屑接觸長度小于負倒棱寬度時，刀具處于負倒棱切削狀態(tài)，并在此基礎上進一步提出負倒棱切削模型。在負倒棱切削模型下，通過對負倒棱面的受力分析，建立負倒棱面摩擦系數和摩擦角的計算公式，并根據麥錢特模型得出剪切角

3、的計算方法;通過對比國內外常用刀-屑接觸長度的經驗公式，找出負倒棱切削模型下適合近似計算高速切削粉末冶金材料時刀-屑接觸長度的經驗公式。與此同時，對高速切削粉末冶金材料時產生的切屑進行系統(tǒng)的研究，分析切屑變形過程和切屑形態(tài)，解釋切削過程中層片狀切屑的形成機理。
　　采用正交切削試驗，通過回歸分析建立最常用兩種粉末冶金氣門座圈材料的切削力經驗公式，找尋高速切削時切削力變化的一般規(guī)律。運用單因素試驗方法，研究切削用量、工件材料、負倒棱

4、角度、刀尖圓弧半徑對切削力的影響規(guī)律。研究表明:PCBN高速切削粉末冶金氣門座圈時，為減小切削力對加工過程的影響，最佳切削用量應選在切削速度200-240m/min、切削深度0.1-0.2mm、進給量0.1-0.15mm/r。其中刀尖圓弧半徑rε對切削力影響較大，宜選在0.4mm-0.8mm之間，隨著刀尖圓弧的加大切削阻力增大，但刀頭強度和耐磨性得到顯著提高。
　　采用紅外測溫的方法獲得切削區(qū)平均切削溫度，利用正交試驗建立不同負倒

5、棱角度下切削用量與切削溫度的經驗公式，分析在高速切削時進給量、切削速度、切削深度和倒棱角度對切削溫度的影響規(guī)律。另外，還建立了三種常見型號氣門座圈切削用量、刀尖圓弧半徑與表面粗糙度的經驗公式。研究表明:刀尖圓弧半徑rε=0.8mm時，切削加工表面質量最好。
　　通過大量的刀具磨損試驗，研究了PCBN刀具高速切削粉末冶金氣門座圈時刀具磨損形態(tài)和失效機理。指出刀具磨損的形態(tài)為前刀面磨損、后刀面磨損和破損;刀具磨損的機理有磨粒磨損、結合

6、劑磨損、氧化磨損、擴散磨損、微裂解磨損;刀具失效的主要形式為破損，試驗中表現為崩刃、剝落，碎裂，脆斷、裂紋等。根據PCBN刀具失效為破損這一特點，建議以工件表面粗糙度數值Ra不大于1.6μm作為刀具的磨鈍標準，實際生產中為了便于操作和統(tǒng)計，應以單個刀刃所能加工的工件數量N作為刀具的使用壽命。
　　經過對刀具使用壽命試驗數據的采集和分析，建立了PCBN刀具高速切削粉末冶金座圈時使用壽命的威布爾分布模型。利用該模型，結合刀具可靠性的要