微织构刀具表面织构的应力仿真及结构优化文献综述

 2022-09-16 11:09

文献综述(或调研报告):

微织构刀具具有独特的刀面减磨槽设计,这使其在切削时具有抗磨损、减小切削力和切削热、增强润滑等有利于切削的各种性能,因此得到了国内外学术界和产业界的广泛关注。从微织构刀具对切削性能的影响、微织构的加工方式、分布方式、有限元分析实现等几个方面,笔者对现有刀具表面织构化技术的研究情况进行了梳理分析,为接下来微织构刀具的设计、创新,提供理论基础和学习的方法。

所谓表面织构,是指通过电沉积、电火花、激光加工、光刻加工等方法在表面加工出不同几何参数和分布特征的微凹坑、微沟槽等阵列结构。这种加工在刀具前刀面刀-屑摩擦界面的非光滑结构对金属切削加工产生许多积极作用。微织构刀具目前还处在研究阶段,但其已经展现出许多优秀的特性;诸如良好的减磨性能,刀面的抗粘结性和抗磨损性,加工时可减小切削力,显著降低切削温度等等。国内外的相关研究不在少数,美欧日等发达国家和地区相继开展了研究,国内各高校及科研院所也建立了相关课题。

1 微织构对切削性能的影响

传统刀具在切削过程中前刀面与切屑挤压和摩擦,并产生大量热量,切削温度高;这样的刀片磨损快切削效率低。研究表明微织构刀具在金属切削加工过程中可以减小刀-屑接触面摩擦系数,减小摩擦力,降低切削温度,减小切削力,刀面抗粘结抗磨损等作用,可用于加工难加工金属[1],提高刀具切削性能。

1.1 微织构对刀具摩擦和磨损的影响

南京航空航天大学王震等[2]为研究微织构刀具的减磨性能,在 WC-Co 硬质合金材料表面制作出直径 100 mu;m、深度 20mu;m、间距 200mu;m 的微坑阵列,与Ti6Al4V 钛合金构成摩擦副,在微量润滑条件下进行摩擦磨损实验;结果显示微织构刀具对硬质合金表面摩擦性能有改进作用。华南理工大学刘欣等[3]将织构刀具与无织构刀具做对比试验,对比了两种刀具的磨损形貌发现无论干切削还是有切削液,微织构刀具的前刀面粘结都明显少于同条件下的无织构刀具(如图 2)。英国曼彻斯特大学 Anis Fatima 与 Paul T. Ma-tivenga[4]在硬质合金车刀的前刀面和后刀面都加工出槽型微织构;并用它在干切削条件下对 AISI 4140 钢正交切削实验。结果显示,在切削时与无织构刀具相比前后刀面减小摩擦系数 17%、18%;前刀面的粘合接触面积显著减小。日本大阪大学 Tatsuya Sugihara 与Toshiyuki Enomoto[5] 在硬质合金铣刀的前刀面和侧刀面加工微织构以研究微织构与刀具耐磨性的关系;分别在湿切削和干切削条件下铣削中碳钢,与无织构刀具做对比实验;结果显示,在湿切削和干切削条件下,平行于切削刃的槽型微织构都能构减小刀面上月牙洼磨损,降低月牙洼磨损的最大深度减小摩擦提高刀具切削性能。

1.2微织构对切削力的影响

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