刀具表面微织构设计和切削仿真分析
具 表 面 加 工 具 有 连 续 重 叠 的 纹 理 沟 槽 和 线 性 沟 槽 织 构 ，对 １０４５ 号 钢 和 ６０６１铝 合 金 材 料 进 行 切 削 ．与 无 织 构 刀 具 对 比 发 现 ，织 构 刀 具 可 降 低 摩 擦 角 、减 小 主 切 削 力 和 进 给 力 ，并 且 织 构 化 区 域 不 同 、微 织 构 几 何 参 数 不 同 都 会 影 响 刀 具 的 切 削 性 能 。 国 内众 多 学 者 也 逐 渐 重 视 织 构 刀 具 的 研 究 。 山 东 大 学 吴 泽 等 ＿６＿在 硬 质 合 金 刀 具 前 刀 面 月 牙 湾 磨 损 区 域 加 工 微 沟 槽 织 构 ， 并 填 充 ＭｏＳ：制 备 成 微 织 构 自 润 滑 刀 具 。 在 对 ４５号 钢 进 行 干 切 削 试 验 后 发 现 ，与 传 统 硬 质 合 金 刀 具 相 比 ，微 池 自 润 滑 刀 具 可 有 效 减 小 刀 具 切 削 力 和 刀 具 表 面 的 粘 结 现 象 ，并 且 垂 直 于 切 削 流 向 的 织 构 具 有 更 好 的抗 粘 减 摩 效 果 。 南 京 航 空 航 天 大 学 王 震 ［７ 通 过 激 光 加 工 技 术 在 所 选 用 的 Ｗ Ｃ－Ｃｏ硬 质 合 金 材 料 上 加 工 几 何 参 数 不 同 的 凹 坑 和 凹 槽 织 构 造 型 ．在 微 量 润 滑 的 条 件 下 进 行 切 削 性 能 试 验 。试 验 结 果 表 明 ，微 凹 坑 和 微 凹 槽 织 构 都 具 有 减 摩 作 用 ，在 稳 定 材 料 摩 擦 因 数 方 面 ．织 构 刀 具 表 现 出 良 好 的 优 越 性 能 。
与 刀面 交接 处 的弧度 对切屑表 面光 整度 具有较 大影响 ．较 大的弧度 能够有效 降低 锯 齿切 削现 象。
关 键词 ：复 合微 织构 切削 仿真 应 力 温 度 切 屑 形态
中图分 类 号 ：ＴＨ１１７．１
文 献标 志码 ：Ａ 文章 编 号 ：１０００—４９９８ｆ２０１６）０６—００４７—０５
刀 具 表 面 微 织 构 设 计 和 切 削 仿 真 分 析
口 符永宏 口 王海波 口 顾亚励 口 李玉弟 江 苏 大学 机 械 工程 学 院 江 苏镇 江 ２１２０１３
摘 要 ：织构在 刀具表 面上 的应 用受到 众 多使 用者 的青睐 ．为 了进 一 步深化 对织构 的设计 ，使其 具有
更好 的 润滑减摩 效果 ．针对微 凹坑 织构 的单一独 立性和 宽 凹槽 织 构的锯 齿切 削现 象的弊端 。设 计 了微 凹
坑一凹槽线性 组合 织构形貌 。采用 ＡＢＡＱＵＳ通 用软件 对新型 织构类 型刀具进行 二 维切 削仿 真 ．通过仿 真对
比后 发现 ，织构 刀具在应 力、切 削温度 、切 屑 形 态方面都表 现 出较好 的优 越性 ，并且在切 屑 卷 曲方 面 。织构
１ 概 述
在 机 械 加 工 过 程 中 ，刀 具 占 据 着 主 导 地 位 。 然 而 ， 刀 具 在 进 行 切 削 加 工 时 ，对 工 件 的 作 用 使 工 件 局 部 表 面 产 生 剧 烈 的 塑 性 变 形 ，切 屑 以 很 大 的 压 力 和 速 度 流 过 刀 具 前 刀 面 。在 这 种 高 压 力 高 流 速 条 件 下 ，一 方 面 使 切 屑 变 形 、延 展 ，增 加 了 刀 屑 的 实 际 接 触 面 积 ：另 一 方 面 使 刀 具 和 切 屑 产 生 亲 密 接 触 ，在 刀 具 和 切 屑 相 对 滑 动 中 ，刀 屑 接 触 区 域 产 生 巨 大 的 摩 擦 热 ，使 刀 具 的 破 损 现 象 非 常 严 重 。 为 了 减 小 刀 具 磨 损 ，提 高 刀 具 使 用 寿 命 ，国 内 外 学 者 从 不 同 方 面 对 刀 具 展 开 研 究 。通 常 可 分 为 ５个 方 面 ：刀 具 基 体 材 料 、几 何 参 数 、切 削 用 量 、冷 却 润 滑 技 术 以 及 刀 具 表 面 技 术 …。 表 面 织 构 技 术 能 够 有 效 地 改 善 运 动 副 之 间 的 摩 擦 特 性 ，具 有 低 成 本 、高 性 能 等 优 点 ．受 到 了 国 内 外 学 者 的 重 视 。
在 一 系 列 的 研 究 过 程 中 ，美 国 学 者 Ｓｈｕｔｉｎｇ 等 ＿２＿在 硬 质 合 金 刀 具 表 面 加 工 出 微 凹 坑 织 构 ．并 在 织 构 内 填 充 液 体 硫 或 固 体 二 硫 化 钼 等 润 滑 剂 ，形 成 微 池 润 滑 刀 具 ，与 传 统 刀 具 相 比 ，其 切 削 力 减 小 １０％ ～３０％ ，刀 屑 接 触 长 度 降 低 ３０％ ， 切 屑 形 态 更 加 卷 曲 。 日 本 学 者 Ｅｎｏｍｏｔｏ等 通 过 表 面 工 程 的 方 法 ．使 用 飞 秒 激 光 器 在 涂 层 刀 具 表 面 加 工 出 纳 微 织 构 形 貌 ，在 干 ／湿 切 削 条 件 下 与 无 织 构 类 金 刚 石 碳 （Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ，ＤＬＣ） 涂 层 刀 具 进 行 切 削 对 比实 验 后 ，发 现 纳 微 织 构 能 有 效 提 高 刀 具 的 抗 粘 结 性 能 。 德 国 学 者 Ｊｏｈａｎｎｅｓ等 在 未 涂 层 硬 质 合 金 刀 具 上 加 工 微 坑 排 列 织 构 、垂 直 和 平 行 于 切 削 刃 的 凹 槽 织 构 ，通 过 磨 损 试 验 后 ，得 出 凹 坑 织 构 可 提 高 积 削 瘤 的稳 定 性 ，凹 槽 织 构 刀 具 可 减 小 加 工 工 件 的 表 面 粗 糙 度 。 加 拿 大 学 者 Ｋｏｓｈｖ等 在 高 速 钢 刀
表面微织构硬质合金刀具干切削性能研究
表面微织构硬质合金刀具干切削性能研究由于切削液的使用对环境和操作工人产生危害,使得干切削的应用越来越广泛,但干切削导致剧烈地摩擦和粘附,使刀具寿命降低,并影响加工质量。
具有一定表面微观结构的非光滑摩擦表面(表面织构)往往具有更小的摩擦力,将表面织构应用于刀具切削过程中,可以实现刀具的减摩抗磨,但其对干切削过程的影响机理仍不清楚。
为了提高刀具切削性能,本文从探究表面微织构影响干切削过程的机理出发,综合运用力学、材料学、现代切削理论,结合有限元分析和切削实验,对表面微织构刀具的设计、制备和切削性能等方面开展研究工作。
论文主要研究内容如下:(1)对无织构和微织构刀具非自由斜角切削45钢的过程进行有限元分析,对比分析了MT-0、MT-45、MT-90和MT-135刀具的切削力、切削温度和刀具应力,结果表明微织构的存在改变了刀具的切削温度和应力分布;研究了不同宽度、深度和间距的微织构对刀具的切削温度和应力的影响,分析了切削速度、进给量和背吃刀量对微织构刀具切削温度和应力的影响;研究了微织构引起的“二次切削”现象,结果表明较小的微织构宽深比可避免此现象的产生。
(2)采用激光加工技术制备出MT-0、MT-45、MT-90和MT-135刀具,将其后处理并对其形貌进行检测。
开展了微织构刀具的干切削实验,分析了微织构形态对刀具三向切削力、前刀面平均摩擦系数、前刀面形貌的影响,研究了无织构刀具和MT-135刀具的切削力和前刀面平均摩擦系数随微织构深度和间距、切削速度、进给量和背吃刀量的变化。
(3)研究了微织构形态对切屑形貌的影响,对其形成过程及卷曲方式进行分析,探讨了微织构刀具的切屑形成机理,揭示了表面微织构影响干切削过程的机理。
在切削过程中,微织构减小了刀-屑实际接触长度,有利于降低切削力和切削温度;微织构可以存储刀-屑摩擦界面的碎屑,减小犁沟效应,从而减小摩擦和刀具磨损。
切削仿真研究报告总结
切削仿真研究报告总结
本次切削仿真研究报告总结了我们的研究结果和结论。
研究旨在使用切削仿真技术来评估刀具的性能和切削过程的效果，以指导实际加工过程的优化。
首先，我们使用了一种广泛应用的切削仿真软件来模拟不同切削参数下的加工过程。
我们采用了工业常见的均匀负荷法来计算切削力，并使用有限元分析方法来计算切削过程中的应力和变形。
通过调整切削速度、进给速度和切削深度，我们考察了不同参数对切削力、切削温度和切削表面质量的影响。
通过仿真实验，我们得出了以下几点结论。
首先，切削速度对切削力和切削温度有显著影响。
随着切削速度的增加，切削力和切削温度逐渐下降。
这是由于高切削速度下刀具与工件之间的滑动减少，产生的摩擦热也随之降低。
其次，进给速度对切削力和切削温度也有显著影响。
随着进给速度的增加，切削力和切削温度呈现出上升的趋势。
较高的进给速度导致切削力的增加，同时也增加了切削区域的摩擦热。
最后，切削深度对切削力和切削温度的影响相对较小。
我们观察到，切削深度的增加并没有明显改变切削力和切削温度的趋势。
这表明，在适当的范围内增加切削深度对切削过程的效果影响较小。
综上所述，本次切削仿真研究通过使用切削仿真技术，深入分析了切削参数对切削过程的影响。
我们发现切削速度和进给速
度对切削力和切削温度具有显著影响，而切削深度的影响相对较小。
这些结论为优化切削参数提供了指导，能够帮助提高切削效率和加工质量。
在实际应用中，我们可以根据具体工件材料和切削条件，通过合理调整切削参数来优化加工过程，并达到更好的加工效果。
一种刀具表面阶梯型微织构的作用机理分析
第7期
张娜等:一种刀具表面阶梯型微织构的作用机理分析
159
要因素阿。基于上述分析，提出了一种阶梯型微凹坑织构刀具, 并通过改变凹坑参数进行系列摩擦磨损实验和系列切削实验, 探究刀具表面加工出阶梯型微凹坑织构其存在的作用并揭示 其作用机理。
2材料处理及织构制备
2.1材料处理
铝合金选用抗拉强度为310MPa、屈服强度为275MPa、硬 度为95HB、型号标记为6061的材料。硬质合金材料选用 YG8, YG8的材料性能，如表1所示□试样尺寸为(35x35x5 )mm。 在实验前将铝合金和硬质合金刀具用数控超声清洗器依次在
Key Words: Cemented Carbide； Titanium Alloy ； Surface Texture； Friction and Wear； Knife Chip Contact Zone
1引言
铝合金作为一种重要的轻合金材料,具有强度高、结构轻、 抗冲击、结构稳定等突出的优点，已被广泛应用于航空航天、车辆 交通、航海船舶等行业的制造和生产中叫然而,铝合金熔点较 低，在切削过程中,切屑在较高的温度和压力下，容易软化粘附的 刀具表面，造成刀具粘结磨损严重,大幅影响刀具的使用寿命t2」。
石油瞇、无水乙醇中各清洗lOmin,最后选用自控红外烘干炉 烘干。
表1 YT8材料性能
Tab.1 Properties of YT8
材料 YT8
密度 (g/cm3)
14.6
硬度 (HV) 1160
弹性模量 (GPa) 580
抗压强度 (GPa) 4.3导热系数 (W/m-K)
75.4
2.2织构制备
阶梯状微凹坑织构的设计，如图1所示。大凹坑织构和小 凹坑织构间隔排布。改变大凹坑的宜径及深度的织构参数，如
刀具刃口微观结构分析与表面形貌研究
刀具刃口微观结构分析与表面形貌研究刀具是现代工业生产中不可或缺的工具之一，而刃口的微观结构与表面形貌对刀具的性能和寿命有着重要的影响。
在研究刀具刃口微观结构和表面形貌的过程中，明确了理解和改善刃口性能的关键因素。
本文将对刀具刃口的微观结构和表面形貌进行深入探讨，并说明其对刀具性能的影响。
首先要明确刃口的微观结构是如何影响刀具性能的。
刀具的切削性能和耐磨性能取决于刃口的硬度、韧性、微观缺陷等因素。
刃口的硬度直接影响其抗磨性能和抗切削变形能力，而刃口的韧性则决定了刀具在加工过程中的抗断裂能力。
微观缺陷，如裂纹、夹杂物和包含体等，会降低刃口的强度和寿命。
因此，通过对刃口微观结构的分析，可以有效评估刀具的性能，并为后续的改进和设计提供依据。
其次，刀具刃口的表面形貌在加工过程中起着重要的作用。
刃口的表面形貌可以分为粗糙度、波纹度和几何形貌等方面。
粗糙度是表面微小起伏的度量，对切削力、表面质量和刀具寿命等方面有着显著影响。
波纹度是描述表面周期性起伏的参数，其大小会影响刀具与工件的接触情况及加工效果。
刃口的几何形貌则直接决定了刃口的切削效果和加工精度。
因此，通过分析和研究刀具刃口的表面形貌，可以优化刀具的设计和加工工艺，提高加工效率和产品质量。
在刃口微观结构和表面形貌研究中，常用的分析方法包括光学显微镜观察、扫描电子显微镜（SEM）观察、原子力显微镜(AFM)观察等。
光学显微镜可以直观地观察和测量刃口表面的粗糙度、波纹度等参数。
SEM可以提供更高分辨率的表面形貌信息，并且能够观察微观缺陷和表面变形等。
AFM则可以精确测量刃口表面的纳米尺度的粗糙度和波纹度。
通过这些分析方法，可以全面了解刀具刃口的微观结构和表面形貌。
此外，改善刃口微观结构和表面形貌的方法也值得研究和探索。
通过选择合适的材料和制备工艺，可以改善刃口的硬度、韧性和抗磨性能。
采用先进的加工技术，如超声波磨削、电火花加工等，可以改善刀具的表面质量和几何形貌。
面向绿色切削的等离子体织构化刀具设计制备及其切削性能研究
面向绿色切削的等离子体织构化刀具设计制备及其切削性能研究本文基于刀具表面微织构在传统加工过程中存在的微织构尺寸无法精确调控、加工烧蚀、加工精度低、加工效率低等问题,将等离子体刻蚀技术应用到刀具表面微织构的制备领域,提出了一种新型的刀具表面微织构加工思路和方法。
通过微织构刀具的设计理论及等离子体刻蚀加工微织构的工艺技术研究,研制开发出面向绿色切削的等离子体织构化刀具制备方法,并通过干切削45号钢试验,系统地研究了等离子体织构化刀具的切削特性。
根据微织构刀具的切削性能要求,结合正交试验设计方法与有限元切削仿真技术,研究织构上宽度、织构间距、织构深度、织构刃边距以及织构刃边角这五个织构参数对微织构刀具切削性能的影响。
综合考虑切削仿真正交试验得出的因素效果趋势图,分析得出理论最佳织构参数,并发现五个织构参数中织构刃边角为影响微织构刀具切削性能的主要因素。
在此基础上,对主要因素织构内刃边角进行二次优化,得出实际最佳织构参数为:织构上宽度50μm、织构间距90μm、织构深度8μm、织构刃边距90μm 以及织构刃边角80°。
通过对等离子体织构化刀具的制备工艺方案进行设计研究,分析制备过程中刀具前处理工艺、光刻工艺、薄膜工艺、刻蚀工艺的工艺参数对微织构成形产生的影响,并对等离子体刻蚀加工微织构的刻蚀工艺参数进行优化,得出最佳刻蚀加工工艺参数:SF6/O2/Ar气体流量比20/60/10sccm、上电极功率800W、下电极功率250W、气体压强3Pa、基片温度60℃,最终成功制备出了等离子体织构化刀具。
将传统无织构刀具Tool NT与设计制备出的等离子体织构化刀具Tool TT-P与Tool TT-Ⅰ进行干切削45号钢对比试验。
试验结果表明:等离子体织构化刀具不仅能降低切削过程中的切削力及切削温度,还能有效地减少三向切削力的振动幅度,使干切削过程变得更加稳定;三种刀具中,Tool TT-Ⅰ展现出最优良的切削性能,且在高速切削环境下降低切削力的效果更加突出;然而,在低速环境下,两种等离子体织构化刀具的微织构结构都遭到破坏,失去了微织构的减摩效果。
多尺度表面织构陶瓷刀具的制备及其切削性能研究
多尺度表面织构陶瓷刀具的制备及其切削性能研究本文提出了多尺度表面织构陶瓷刀具的设计概念和设计思路,通过对陶瓷刀具材料表面微织构和纳织构的制备工艺研究,结合固体润滑技术,成功制备出多尺度表面织构陶瓷刀具,系统研究了多尺度表面织构陶瓷刀具的摩擦磨损特性及切削性能,分析并揭示了该刀具的减摩作用机理。
分析了采用纳秒激光和飞秒激光在陶瓷刀具材料表面诱导微织构和纳织构的形成机制；同时建立了织构表面与光滑平面接触的静态模型,从理论上分析了表面织构在摩擦接触过程中的减摩机理和表面织构刀具对切削力和切削温度的影响。
分析表明,表面织构能够有效地减小实际接触面积,从而减小接触界面的摩擦,降低表面的摩擦接触温度。
表面织构刀具能够有效地降低切削过程中的切削力和切削温度。
提出了多尺度表面织构陶瓷刀具的设计概念和设计思路,研究了多尺度表面织构陶瓷刀具的制备方法和制备工艺。
通过开展纳秒激光和飞秒激光在陶瓷刀具材料表面加工微织构与纳织构的工艺试验,优化得到最佳的微织构和纳织构激光加工工艺参数。
采用纳秒激光制备微织构的最佳工艺参数为：泵浦电压为19.5 V,扫描速度为5 mm/s,重复频率为6 kHz,扫描1遍；对应的微织构宽度约为50μm,深度约为43μm。
采用飞秒激光制备纳织构的最佳的工艺参数为：能量为1.75μJ,扫描速度为500μm/s,扫描1遍；对应的纳织构周期约为750 nnm,深度约为150 nm。
采用最佳激光加工参数同时结合固体润滑技术制备出了多尺度表面织构陶瓷刀具。
通过摩擦磨损试验对微织构陶瓷刀具材料表面摩擦磨损特性进行了研究。
结果表明,干摩擦条件下,微织构试样(AT)增大了摩擦系数和摩擦温度,但减小了表面的磨粒磨损和粘结。
微织构与固体润滑技术协同作用(AT-W)能够有效地减小摩擦系数、摩擦温度和表面的磨损与粘结；与未织构表面试样(AS)相比,其摩擦系数降低了70-80%,摩擦温度降低了40-50%。
这主要是由于摩擦作用引起了微织构内部固体润滑剂转移到摩擦接触界面形成润滑膜,从而有效地减小了摩擦,降低了摩擦温度；同时,微织构能够有效地收集磨屑,减少表面的磨粒磨损和粘结。
微结构磨削加工分析与数值模拟
微结构磨削加工分析与数值模拟微结构磨削加工是一种通过磨削工艺对材料进行精细加工的方法。
在这种加工过程中，通过微观结构的控制和调节，可以实现对材料表面的高精度处理。
微结构磨削加工已经成为现代制造工业中不可或缺的一部分，它在航空航天、汽车、光学、电子等领域都具有重要的应用价值。
在微结构磨削加工过程中，切削刀具不断对工件表面进行切削，以达到所需的表面精度和光洁度。
而在微结构磨削加工中，所面临的难题主要包括如何控制切削过程中的温度、应力和变形，以及如何在微观尺度上实现对材料的精细加工。
磨削加工的质量和效率很大程度上依赖于对微观结构和动力学行为的深入研究。
为了更好地理解微结构磨削加工的机理和优化加工过程，科学家们开展了大量的研究工作。
在这篇文章中，我们将重点介绍微结构磨削加工的分析与数值模拟研究。
通过对微结构磨削加工过程中的动力学行为和材料本构关系进行分析和数值模拟，可以更好地指导实际加工过程，并且为新材料的磨削加工提供理论参考。
一、微结构磨削加工的动力学分析微结构磨削加工的动力学行为是影响加工质量和效率的重要因素。
在微结构磨削加工过程中，切削力、温度、应力和变形等动力学参数的变化会直接影响加工表面的质量和精度。
对微结构磨削加工的动力学行为进行深入分析是十分必要的。
1. 切削力分析切削力是评价磨削加工过程中能量消耗和切削效率的重要指标。
在微结构磨削加工过程中，切削力的大小和方向受到多种因素的影响，如切削速度、进给量、切削深度、刀具形状等。
通过对加工参数和切削过程进行分析，可以预测和优化切削力的大小和分布，从而指导实际加工过程的优化。
2. 温度场分析在微结构磨削加工过程中，由于切削过程中的摩擦和热源作用，工件和刀具的温度会不断上升。
高温会导致材料的变形和应力集中，从而影响加工表面的质量和精度。
通过分析和模拟温度场的分布和变化规律，可以有效地控制和减小加工过程中的温度变化，提高加工表面的质量和精度。
3. 应力和变形分析在微结构磨削加工过程中，材料受到的应力和变形会直接影响加工表面的形貌和精度。
切削钛合金用YG8球头铣刀微织构设计准则及实验研究
切削钛合金用YG8球头铣刀微织构设计准则及实验研究
钛合金因其优异力学性能、抗腐蚀性能和抗高温氧化等特性被广泛应用于航天、医疗、汽车等领域,但钛合金是典型的难加工材料,钛合金的切削加工比传统材料困难得多。
而在刀具表面置入微织构可以减少刀-屑接触面积,降低摩擦力,起到抗磨减摩的作用。
本文以改善刀具切削性能为目标,研究硬质合金球头铣刀的微织构参数对切削温度、切削力、刀具磨损和工件表面粗糙度的影响规律,并通过回归分析建立数学模型,以硬质合金微织构球头铣刀切削性能为评价标准,应用遗传算法对微织构参数进行多目标优化,建立微织构设计准则数学模型。
首先从理论上分析了微织构抗磨减摩机理,从切削运动角度阐述了微织构有效作用面积,设计了微织构刀具的制备工艺。
为了研究切削参数对硬质合金微织构球头铣刀切削性能的影响,进行了不同切削参数下的切削钛合金仿真试验。
分析了切削参数对切削温度和切削力的影响,并对硬质合金微织构球头铣刀进行了切削钛合金的实验验证。
并且综合考虑切削力、切削温度以及加工速率优选出一组最佳切削参数,为下一步研究奠定基础。
然后,通过不同微织构参数下硬质合金微织构球头铣刀切削钛合金仿真及试验研究,获得了切削温度、切削力、刀具磨损和加工表面粗糙度的测量数据。
分别研究了微织构参数对切削温度、切削力、刀具磨损和已加工表面粗糙度的影响规律,为制定硬质合金球头铣刀微织构设计准则提供基础研究。
最后,设计微织构设计准则量化模型,以微织构参数的直径、坑深、间距和距刃距离为变量分别建立切削温度、切削力、刀具磨损及工件表面粗糙度多元回归数学模型,并
建立相应的量化评价标准,以硬质合金微织构球头铣刀切削性能为评价标准,应用遗传算法对微织构参数进行多目标优化,提出微织构设计准则。
基于AdvantEdge的表面微织构刀具切削性能仿真研究
收稿日期：２０１８０８２１；修回日期：２０１８１１１０ 第一作者简介：张永波（１９９２），男，河南淮阳人，硕士研究生，主要研究方向为金属切削加工。Ｅｍａｉｌ：ｙｂ＿１２３＠ｏｕｔｌｏｏｋ．ｃｏｍ
［新设备·新材料·新方法］ 张永波，等：基于 ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ的表面微织构刀具切削性能仿真研究 · ７９ ·
ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｔｕｄｙｏｎＳｕｒｆａｃｅＭｉｃｒｏＴｅｘｔｕｒｅｄＴｏｏｌＣｕｔｔｉｎｇ ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＢａｓｅｄｏｎＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ
Байду номын сангаас
ＺＨＡＮＧＹｏｎｇｂｏ，ＺＨＡＮＧＭｉｎｌｉａｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１６２０，Ｃｈｉｎａ）
第 ３７卷 第 １期
轻工机械
Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．１
２０１９年 ２月
ＬｉｇｈｔＩｎｄｕｓｔｒｙＭａｃｈｉｎｅｒｙ
Ｆｅｂ．２０１９
［新设备·新材料·新方法］
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５２８９５．２０１９．０１．０１５
基于 ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ的表面微织构刀具 切削性能仿真研究
机械加工过程中，刀屑接触区一直是研究切削加 工的重点对象。接触区的切削条件影响着切削加工的 效果，制约刀具的使用寿命、工件的品质及产品的加工 成本，因此研究切削加工过程对于指导生产具有实际 意义。刀具在切削加工时受到工件的挤压作用，加大 了刀具前刀面及主切削刃的磨损，同时工件的表面局 部产生一定的塑性变形，从而出现应力集中现象，对产 品的后期使用产生一定的负面影响。由于刀具与工件 之间的互相挤压作用，切屑变形、伸长增加了刀具与切 屑的接触面积。在金属加工过程中，随着切削的不断
yg8硬质合金微织构刀片的切削性能研究
Ｆｘ ／ Ｎ
Ｆｚ ／ Ｎ
Ｆ ｙ ／ Ｎ 摩擦因数 ｆ
无织构
３６．８５ １６．８８ １１．５５
平行于移动方向 ３５．９２ １６．２０ １３．５５
垂直于移动方向 ３７．３１ １４．５６ １０．３５
１ 微织构参数设计
综合制备难易程度与减摩效果， 本文作者采用沟
槽型微织构， 尺寸参数初定为宽度 １００ μｍ、 深度 ２０
损。 最多可降低 １９ ２０％的摩擦因数并降低 ３１ ８％的后刀面磨损。 后刀面加工表面微织构会降低刀刃附近强度， 造成更大
的磨损。
关键词： 微织构； 微织构润滑； 切削性能
中图分类号： ＴＨ１４２； ＴＧ７１２
Ｃｕｔｔｉｎｇ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＹＧ８ Ｍｉｃｒｏ⁃ｔｅｘｔｕｒｅｄ Ｃｕｔｔｅｒ
ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇ ｆｏｒｃｅ， ｂｕｔ ａ ｇｒｅａｔ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｕｔｔｉｎｇ ｃｈｉｐｓ， ｗｈｉｃｈ ｍｅａｎｓ ３１ ８％ ｒｅｄｕｃ⁃
ｔｉｏｎ ｏｆ ｗｅａｒ ａｎｄ １９ ２０％ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｉｃｔｉｏｎ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔ ｏｆ ｓｔｒｅｎｇｔｈ， ｔｈｅ ｃｕｔｔｅｒ ｗｉｔｈ ｍｉｃｒｏ⁃ｔｅｘｔｕｒｅ ｏｎ ｉｔｓ ｆｌａｎｋ ｆａｃｅ ｈａｓ
承、 缸套等物件， 国内外学者尝试将其应用于切削制
造 ［２－３］ 。 国外 学 者 对 微 织 构 的 研 究 以 干 切、 铣 削 为
主 ［４］ ， 国内以山东大学邓建新团队为代表 ［５－６］ ， 以前
刀面微织构刀具的自润滑切削为主要研究方向。