基于微噴砂水射流技術(shù)的刀具切削刃處理工藝及其強(qiáng)化機(jī)理研究.pdf

1、微噴砂技術(shù)具有加工效率高、靈活性好和資源利用率高的優(yōu)勢，將其應(yīng)用于刀具的切削刃強(qiáng)化不僅可以提高刀具切削壽命和加工效率，還可以降低加工成本。為此本文開展三個(gè)方面的研究。通過微噴砂技術(shù)應(yīng)用于刀具的切削刃處理，研究微噴砂工藝參數(shù)對(duì)YT15和YG6硬質(zhì)合金、Ti(C，N)金屬陶瓷三種刀片的去除量和切削刃質(zhì)量的影響，獲得了合適刃口半徑和刃口質(zhì)量的微噴砂工藝參數(shù);研究三種刀片的刃口修形去除機(jī)理，并建立相應(yīng)的刃口半徑經(jīng)驗(yàn)預(yù)測模型和半經(jīng)驗(yàn)理論模型;研究

2、微噴砂處理后刀片刃口半徑對(duì)切削過程的影響，優(yōu)化獲得不同材質(zhì)的刀片在一定切削參數(shù)下的刃口半徑，并分析微噴砂切削刃強(qiáng)化對(duì)刀具切削性能的影響。
　　采用正交實(shí)驗(yàn)方法研究微噴砂工藝參數(shù)對(duì)材料去除量和刃口線粗糙度的影響，并對(duì)微噴砂工藝參數(shù)進(jìn)行初步優(yōu)選;而采用全因素實(shí)驗(yàn)方法研究微噴砂工藝參數(shù)對(duì)刃口半徑和刃口線粗糙度分布的影響，并確定獲得合適刃口半徑和刃口質(zhì)量的微噴砂工藝參數(shù)。結(jié)果表明，對(duì)YT15、YG6和金屬陶瓷刀片的材料去除量影響最大的因素

3、分別為噴砂時(shí)間、磨料目數(shù)和噴砂時(shí)間，而對(duì)YT15、YG6和金屬陶瓷刀片的刃口線粗糙度影響最大的因素分別為噴砂壓力、磨料目數(shù)和磨料目數(shù)。以刃口線粗糙度為優(yōu)化目標(biāo)，兼顧材料去除量，優(yōu)化出了YT15和YG6刀片所適用的白剛玉磨料目數(shù)為320目，而金屬陶瓷刀片所適用的白剛玉磨料目數(shù)為280目。三種刀片的刃口半徑都隨著噴砂壓力和噴砂時(shí)間的增加而增大;當(dāng)噴砂壓力為0.2MPa和0.25MPa時(shí)，隨著磨料比重的增加，刀片的刃口半徑都先增大而后減小;而

4、在噴砂壓力為0.3MPa和0.35MPa時(shí)，隨著磨料比重的增加，刀片的刃口半徑都呈現(xiàn)一直增大的趨勢。對(duì)刃口線粗糙度分布情況分析，三種刀片的刃口線粗糙度符合伽瑪分布，YT15和金屬陶瓷刀片的刃口線粗糙度小于0.7岬的概率分別為0.98和0.97，而YG6刀片的刃口線粗糙度小于0.73μm的概率為0.96。根據(jù)微噴砂全因素實(shí)驗(yàn)得到的刃口半徑以及刃口線粗糙度分布確定了經(jīng)正交實(shí)驗(yàn)初選后的微噴砂工藝參數(shù)的合理性。
　　采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究微噴砂

5、水射流中水和磨料的作用，并對(duì)材料去除機(jī)理和刃口形狀形成過程進(jìn)行分析。利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和單顆粒磨料材料去除模型分別建立刃口半徑的經(jīng)驗(yàn)預(yù)測模型和半經(jīng)驗(yàn)理論模型。結(jié)果表明，單純的水射流并不能去除材料，材料的去除是通過磨料對(duì)刃口材料的沖蝕作用實(shí)現(xiàn)的，三種刀片的材料去除方式都包括脆性去除和塑性去除。圓弧形刃口的形成是由刃口材料裂紋擴(kuò)展的脆性去除和磨粒微切削的塑性去除共同作用導(dǎo)致的。在微噴砂工藝范圍內(nèi)三種刀片的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的相對(duì)誤差在10％以內(nèi)

6、，而刃口半徑的半經(jīng)驗(yàn)理論模型可以定性的分析微噴砂工藝參數(shù)以及刀片材料力學(xué)性能對(duì)刃口半徑的影響。
　　采用有限元仿真與單因素切削實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法研究刃口半徑對(duì)切削過程的影響，并優(yōu)化三種刀片的刃口半徑;采用對(duì)比切削實(shí)驗(yàn)研究微噴砂切削刃強(qiáng)化對(duì)刀具切削性能的影響。結(jié)果表明，隨著刃口半徑的增加，三種刀片的切削力都增大，相對(duì)主切削力和進(jìn)給力而言，刃口半徑對(duì)切深抗力的影響較大。以刀具壽命為優(yōu)化目標(biāo)兼顧工件表面粗糙度得到的YT15、YG6和金屬陶

7、瓷刀片的最優(yōu)刃口半徑分別為26μm、36μm和15岬。與未強(qiáng)化的刀片相比，微噴砂切削刃強(qiáng)化的YT15、YG6和金屬陶瓷刀片的刀具壽命分別提高了63％、37％和86％。隨著刀片磨損的增加，微噴砂切削刃強(qiáng)化的YT15、YG6和金屬陶瓷刀片的切削力被未強(qiáng)化刀片的切削力超越，隨著切削時(shí)間的增加，微噴砂切削刃強(qiáng)化的YT15和YG6刀片的工件表面粗糙度逐漸被未強(qiáng)化刀片的工件表面粗糙度超過，而對(duì)于金屬陶瓷刀片而言，微噴砂切削刃強(qiáng)化的刀片的工件表面粗糙