仿生摩擦學(xué)刀具織構(gòu)設(shè)計(jì)與切削性能研究

仿生摩擦學(xué)刀具織構(gòu)設(shè)計(jì)與切削性能研究

0仿生摩擦學(xué)加工超導(dǎo)設(shè)備在刀具技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)展隨著高效加工技術(shù)在各行業(yè)的影響，已成為機(jī)械制造技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向，但我國的高級工具制造技術(shù)仍難以普及。例如，高強(qiáng)度鋼和其他難以加工的材料的高效加工需要工具技術(shù)。近年來,隨著仿生摩擦學(xué)研究的迅速發(fā)展,運(yùn)用仿生體系的減摩抗粘機(jī)理進(jìn)行刀具的仿生織構(gòu)設(shè)計(jì)以改善刀具的切削性能,已成為刀具技術(shù)突破的潛在點(diǎn)。有關(guān)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),運(yùn)用鯊魚皮鱗盾溝槽的減阻機(jī)理1甲晶片磨損特性仿生摩擦學(xué)穿山甲鱗片由極細(xì)的棱柱結(jié)構(gòu)單元和疊片結(jié)構(gòu)單元混合而成,研究發(fā)現(xiàn)其鱗片是其挖洞扒土的有效工具。在自由磨料磨損條件下,研究穿山甲鱗片的摩擦磨損特性流屑角與刀具的幾何角度、被加工材料的性能和加工工藝參數(shù)等因素相關(guān),是刀具切削過程的一個(gè)綜合闡述。在直角切削時(shí),切屑沿刀刃法向流出,即流屑角ψ式中,k值隨材料與切削條件不同在0.9~1之間變化,低速時(shí)趨近1,這里取0.95;副偏角因此,受穿山甲鱗片的摩擦磨損特性研究的啟發(fā),以矩形織構(gòu)為例,設(shè)計(jì)與流屑角不同夾角方向的織構(gòu)如圖1所示,研究不同夾角織構(gòu)對刀具性能的影響。2微紡織機(jī)械的加工和加工材料的模擬分析選取55°菱形刀片,刀具工作后角α2.1加工刀具切削仿真分析根據(jù)上述切削用量和刀具有關(guān)參數(shù),對直徑為ue78890mm、硬度為HB314的42CrMo材料仿真分析得到的仿真溫度云圖如圖2所示,織構(gòu)方向?qū)庸さ毒邷囟群颓邢髁Φ挠绊懭鐖D3所示。對無織構(gòu)刀具仿真得刀具最高溫度是1145℃、切削合力是2512N。分析圖2、圖3時(shí)發(fā)現(xiàn),沿流屑方向微織構(gòu)刀具切削時(shí)刀具最高溫度最低、切削合力最小,其切削合力降低了33.663%;雖然刀具最高溫度相差不大,但根據(jù)等溫線分布,可知有效降低了溫度分布,其平均溫度降低了25%。2.2加工刀具溫度和切削力的影響各有關(guān)參數(shù)同上所述,對硬度為HB409的GH4169材料仿真分析得到的仿真溫度云圖如圖4所示,織構(gòu)方向?qū)庸さ毒邷囟群颓邢髁Φ挠绊懭鐖D5所示。對無織構(gòu)刀具仿真得刀具最高溫度是1130℃、切削合力是2650N。分析圖4、5時(shí)發(fā)現(xiàn),沿流屑方向微織構(gòu)刀具切削時(shí)刀具最高溫度最低、切削合力最小,其切削合力降低了26.818%;雖然刀具最高溫度相差不大,但根據(jù)等溫線分布,可知有效降低了溫度分布,其平均溫度降低了19%。2.3加工刀具切削方向根據(jù)上述切削用量和刀具有關(guān)參數(shù),對直徑為ф90mm、硬度為HB268的TC4材料仿真分析得到的仿真溫度云圖如圖6所示,織構(gòu)方向?qū)庸さ毒邷囟群颓邢髁Φ挠绊懭鐖D7所示。對無織構(gòu)刀具仿真得刀具最高溫度是900℃、切削合力是1263N。分析圖6、圖7時(shí)發(fā)現(xiàn),沿流屑方向微織構(gòu)刀具切削時(shí)刀具最高溫度最低、切削合力最小,其切削合力降低了24.505%;雖然刀具最高溫度相差不大,但根據(jù)等溫線分布,可知有效降低了溫度分布,其平均溫度降低了15%。2.4加工織構(gòu)方向?qū)η邢髁Φ挠绊懜鶕?jù)上述切削用量和刀具有關(guān)參數(shù),對直徑為ue78890mm、硬度為HB280的45鋼材料仿真分析得到的仿真溫度云圖如圖8所示,織構(gòu)方向?qū)庸さ毒邷囟群颓邢髁Φ挠绊懭鐖D9所示。對無織構(gòu)刀具仿真得刀具最高溫度是900℃、切削合力是1872N。分析圖8、圖9時(shí)發(fā)現(xiàn),沿流屑方向微織構(gòu)刀具切削時(shí)刀具最高溫度最低、切削合力最小,其切削合力降低了34.306%;雖然刀具最高溫度相差不大,但根據(jù)等溫線分布,可知有效降低了溫度分布,其平均溫度降低了25%。2.5加工織構(gòu)方向?qū)η邢髁Φ挠绊懜鶕?jù)上述切削用量和刀具有關(guān)參數(shù),對直徑為ф90mm、硬度為HB194的7050鋁合金材料仿真分析得到的仿真溫度云圖如圖10所示,織構(gòu)方向?qū)庸さ毒邷囟群颓邢髁Φ挠绊懭鐖D11所示。對無織構(gòu)刀具仿真得刀具最高溫度是303℃、切削合力是655N。分析圖10、圖11時(shí)發(fā)現(xiàn),沿流屑方向微織構(gòu)刀具切削時(shí)刀具最高溫度最低、切削合力最小,其切削合力降低了18.651%;雖然刀具最高溫度相差不大,但根據(jù)等溫線分布,可知有效降低了溫度分布,其平均溫度降低了9%。3加工材料的仿真分析經(jīng)過微織構(gòu)刀具對42CrMo、GH4169、TC4、45