精密砂型数控铣削刀具切削力及磨损行为研究

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本文主要开展精密砂型数控铣削刀具磨损研究,精密砂型数控铣削技术是将铸造技术与数控铣削技术有机结合、响应快速变化的市场需求而发展起来的绿色快速铸型制造技术。本文采用高速钢刀具和整体硬质合金刀具分别铣削覆膜砂砂坯、磷酸盐砂坯,研究铣削工艺参数、铣削方式、铣削环境变化对切削力的变化规律,分析铣削过程中刀具磨损量、磨损形貌、砂型表面形貌、砂屑微观形貌的变化,进一步研究了砂型切削机理和刀具磨损机理。  主要结论如下:  高速钢刀具铣削覆膜砂铸型单因素试验结果表明:随着进给速度、铣削宽度、铣削深度增大,切削力增大;而主轴转速不是越大越好,本试验条件下覆膜砂型铣削主轴最佳转速为3000r/min。正交试验结果表明:铣削参数对于切削力的影响程度为:铣削深度>铣削宽度>进给速度>主轴转速。利用线性回归分析方法,拟合了高速钢刀具铣削覆膜砂铸型的切削力经验公式。  通过研究切削力变化,得出如下结论:排砂方式对铣削力有一定影响,不及时清除砂屑时的切削力>及时清除砂屑时的切削力,表明排砂有利于减少刀具磨损,延长刀具寿命;铣削方式对切削力的影响较大,逆铣切削力>交替铣切削力>顺铣切削力。  高速钢刀具铣削磷酸盐砂坯试验结果表明,0~120s铣削过程刀具磨损量与时间的关系曲线符合刀具典型磨损曲线,刀具磨损分初期磨损、正常磨损、急剧磨损阶段三个阶段,0~15s刀具处于初期磨损阶段。刀具磨钝标准与常规刀具磨钝标准有差别。  切削后砂型表面的SEM分析表明,砂粒本身完全没有被破坏,刀具每个切削刃不断碰撞型砂,产生粘结膜破坏和粘结膜与砂粒表面脱开破坏(内聚破坏和附着破坏),通过切削刃高速旋转碰触型砂,使砂粒拥有足够动能脱离粘结剂的粘结而从砂型分离出去,成为砂屑。  通过超景深三维显微镜、SEM+EDS观察刀具表面、砂型表面及砂屑微观形貌,认为。刀具磨损机理主要为磨粒磨损,是砂型材料中宝珠砂粒等硬质点不断对刀具摩擦产生刻划作用,在刀具表面留下沟痕,砂粒将刀具接触区的金属材料挤至刀具两侧,形成犁沟。犁沟容积就是刀具剥落物的体积总和,即为磨损体积。砂粒仅仅对刀具产生微磨削作用刻划出沟痕,基本没有切削热产生,切削区温度变化不大。
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