硬质合金可转位车刀夹紧有限元分析与试验

摘要

可转位硬质合金刀具广泛应用于汽车、航空，模具等机加工行业，随着金属切削技术的快速发展与进步，以及自动化程度的提高，可转位硬质合金刀具在切削应用中越来越广泛，人们对切削刀具的要求也越来越高，且现代加工要求刀具满足高速、大进给、大切深以及无润滑切削等条件。然而，由于刀具工作条件较为恶劣，导致刀具容易出现失效等不可靠情况。因此，研究可转位刀具的可靠性对提高加工效率和加工安全性具有重要意义。
　　刀具的可靠性一般指组成刀具系统的各零件如刀体、紧固螺钉、刀片等结构的可靠性。然而，刀具夹紧的可靠性也是刀具可靠性的一项重要内容。S类螺钉夹紧方式因夹紧零部件只有1个，夹紧方式简单且节省空间，被广泛应用于小型切削刀具和车刀、铣刀等可转位刀片式的切削刀具。本文从刀具夹紧可靠性方面入手，以螺钉型夹紧为例，利用数学分析以及有限元仿真分析的方法，对车刀夹紧的预紧过程和切削过程进行分析，同时通过试验进行验证。
　　本文的主要工作如下：
　　首先，对国内外刀具可靠性和夹紧可靠性的研究现状进行了总结，介绍了可靠性理论，其中重点介绍了应力—强度干涉理论。
　　其次，对组成车刀夹紧部件的螺钉和刀杆进行了静力学仿真，分析不同预紧力 F0和偏心距 e下刀杆和螺钉的应力、应变和位移情况，得出在切削过程中螺钉是最为容易发生失效的部件。在此基础上，建立螺钉的变形量数学模型，运用此模型能够较精确的计算出螺钉在预紧过程中的变形情况。此外，对螺钉压紧刀片孔型进行了设计与优化。
　　最后，通过预紧力和偏心距的单因素试验，对车刀进行耐磨与抗冲击试验，通过观察刀片的磨损和抗冲击性能，得出预紧力在2500-3000N时夹紧效果最佳。通过不同偏心距e条件下的车削试验，验证了e=0.15mm和e=0.2mm下夹紧最为可靠，车削效果最好。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外研究现状与发展趋势

1.3 车刀夹紧方式特点分析

1.4 本论文的主要研究内容及创新点

第2章 可靠性基本理论

2.1 可靠性基本概念

2.2 可靠度和可靠性指标

2.3 可靠度的计算方法

2.4 本章小结

第3章 基于应力场分析可转位车刀夹紧可靠性

3.1 Marc有限元软件介绍

3.2 刀具模型的建立

3.3 预紧力对车削夹紧可靠性的影响

3.4 偏心距e对夹紧可靠性的影响

3.5 螺钉变形量模型的建立

3.6 螺钉压紧刀片孔型设计与优化

3.7 本章小结

第4章 车刀夹紧试验与分析

4.1 试验方法

4.2预紧力试验

4.3 不同偏心距的耐磨与冲击试验

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间所发表的论文与参与的科研项目

一、发表的论文

二、参与的科研项目