不锈钢材料切削特性及其涂层刀具的应用研究

摘要

不锈钢材料在现代装备制造业中有着广泛的应用，然而不锈钢属于典型的难加工材料，在加工过程中切削效率和加工质量比较低，刀具的磨损情况也较严重。因此开展不锈钢材料切削特性和涂层刀具应用的研究，对提高不锈钢产品的加工效率、质量和成本具有重要的指导意义和应用价值，同时也为其它难加工材料的加工提供参考。本研究的主要内容及成果如下:
　　 (1)介绍了切削加工技术的发展现状，对切削刀具的材料进行了阐述，特别是对刀具涂层的种类以及涂层的制备工艺进行了全面的对比分析，对国内外研究学者在金属切削有限元模拟技术上的应用及最新成果进行了归纳总结。
　　 (2)针对不锈钢的加工特点，利用有限元软件ABAQUS，采用了Johnson-Cook材料模型建立了二维正交切削模型，研究了摩擦模型、切屑分离准则及热传递等金属切削模拟中的关键问题。针对不锈钢的材料特性合理的选择了模型参数，开展了不锈钢切削过程仿真研究，仿真结果与相同条件下的切削试验结果相吻合，进而验证了模型的准确性。
　　 (3)使用TiN、TiAlN、A1CrN三种不同的涂层刀具对不锈钢进行切削仿真，对比分析了刀具的切削力和切削温度，得到了适合不锈钢加工的涂层刀具。在以上基础上，仿真分析了不同切削速度、切削深度、刀具前角对切削过程中切削力及切削温度的影响，优化了切削加工参数及刀具参数。
　　 (4)针对企业生产条件，研究了刀具的寿命、使用成本与生产整体效益的关系，提出了刀具选用策略，并将研究结果应用于企业的实际生产中，取得了满意的结果。
　　 研究成果丰富了难加工材料的切削理论，在企业的实际生产中具有一定的应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 切削技术的最新发展

1．2．1 高速切削技术

1．2．2 干切削技术

1．3 切削加工刀具的发展

1．3．1 刀具材料的发展

1．3．2 刀具涂层材料与技术的发展

1．4 不锈钢材料的切削加工特点

1．5 金属切削过程分析方法

1．5．1 实验研究方法

1．5．2 有限元分析方法

1．6 课题主要研究内容及意义

1．7 本章小结

第二章 不锈钢材料切削过程分析的理论基础

2．1 金属切削变形区的划分

2．2 切屑形成与切屑类型

2．3 切削变形程度的衡量方法

2．4 切削力来源及分解

2．4．1 切削力的来源

2．4．2 切削力空间关系的分解

2．5 切削热分析

2．5．1 切削热的来源

2．5．2 切削热的分布

2．6 切削温度分析

2．7 刀具的磨损与破损

2．8 本章小结

第三章 不锈钢材料切削过程有限元建模的关键技术

3．1 有限元分析原理及模型

3．1．1 有限元分析原理

3．1．2 ABAQUS软件介绍

3．1．3 几何模型的建立

3．2 有限元建模的基本理论

3．2．1 材料的本构模型

3．2．2 刀屑接触摩擦模型

3．2．3 切屑分离准则

3．2．4 热力耦合模型及热传导方程

3．2．5 网格划分与单元类型的选择

3．2．6 质量放大

3．3 有限元模型的实验验证

3．3．1 切削实验过程

3．3．2 切削过程仿真

3．3．3 实验和模拟数据对比

3．4 本章小结

第四章 涂层刀具对不锈钢材料切削过程的影响研究

4．1 涂层刀具切削性能对比及刀具选择

4．1．1 刀具涂层材料介绍

4．1．2 切削力对比分析

4．1．3 切削温度对比分析

4．1．4 涂层刀具的选择

4．2 AlCrN涂层刀具加工参数的优化

4．2．1 切削力分析

4．2．2 切削温度分析

4．3 本章小结

第五章 涂层刀具选用策略及其生产应用

5．1 涂层刀具耐用度对比研究

5．1．1 试验方案介绍

5．1．2 试验结果分析

5．2 涂层刀具生产产量的对比研究

5．3 涂层刀具生产成本分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 论文工作总结

6．2 尚待继续深入研究的问题及发展展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所取得的主要成果