高锰钢振动车削中的刀具磨损研究

• 作 者: 石阳
• 出 处: 大连交通大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 高锰钢 超声振动切削 刀具磨损 正交实验

随着现代化机械工业的飞速发展,许多产品对零件材料的性能要求也越来越高,因此高锰钢作为一种高耐磨性材料,其应用范围越来越广。然而作为一种典型的难加工材料,使用传统的切削方式已无法满足对高锰钢的加工要求,而常用的特种加工方式如电加工、化学加工等,由于成本和技术的制约,目前尚无法大规模投入应用中。因此,本文采用了一种新型的超声振动切削技术,将其应用到高锰钢的车削加工中。建立了超声振动车削实验平台,并对高锰钢振动车削中刀具的磨损进行了研究。超声振动系统是高锰钢振动车削的核心组成部分,它主要包括三个部件：超声波发生器、超声波换能器和超声波变幅杆。超声换能器分为磁致伸缩换能器和压电陶瓷换能器两种,通过对比二者的优缺点,最终选用了压电陶瓷换能器,并对其结构进行了设计与仿真。分析了几种常用的简单形状变幅杆,因其无法满足实验要求,故自行设计出一种余弦形复合型变幅杆。然后设计了专用夹具,将超声振动系统安装在普通车床上,搭建并调试整个超声振动车削实验平台。根据金属切削原理和刀具磨损的相关理论,确定了对刀具磨损量影响最大的四个因素,即切削速度、背吃刀量、进给量和刀具振幅,选择刀具后刀面中部磨损带宽VB作为衡量刀具磨损状态的指标,同时根据车削系统对刀具材料和几何参数的要求选择了合适的车刀片。介绍并分析了正交实验原理,根据所选定的四个因素设计出了能够满足实验要求的正交表,并按照正交表的安排完成了高锰钢的超声振动车削实验。使用光学金相显微镜测量每次实验后刀具的后刀面磨损带宽,对实验数据进行极差分析和回归分析,找出了切削速度、背吃刀量、进给量和刀具振幅对刀具磨损量的影响规律,建立了回归方程。最后对超声振动车削和普通车削进行了对比,发现超声振动车削能够有效减小刀具磨损量,提高刀具寿命；同时,切削温度和切削力也大大低于普通车削,并能得到更好的切屑形态。