一種金屬切削刀具織構(gòu)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種織構(gòu)結(jié)構(gòu)，特別是一種金屬切削刀具織構(gòu)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于金屬材料的切削加工，切削溫度高是制約其加工效率的關(guān)鍵因素。微織構(gòu)刀 具是指在刀具前刀面和斷屑槽上加工出微米級(jí)的溝槽型織構(gòu)，依此進(jìn)行切削，減小了刀屑 接觸面積，增大了刀具接觸壓力，可能使織構(gòu)頂部接觸劣化，增大了摩擦磨損；另一方面，減 少了刀屑接觸面積和時(shí)間，致使熱源流入刀具部分減少，進(jìn)而降低切削溫度；同時(shí)，要考慮 織構(gòu)在加工過(guò)程中，由于切屑底部金屬在織構(gòu)的冷焊積屑，導(dǎo)致織構(gòu)消失，致使織構(gòu)失效， 甚至負(fù)的效果。
[0003] 中國(guó)專利"【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201110089826"報(bào)道了一種微織構(gòu)自潤(rùn)滑鉆頭及其制備方 法，它采用激光加工技術(shù)在鉆頭前刀面刀屑接觸區(qū)加工出微孔和微型凹槽，并在孔和凹槽 中填充固體潤(rùn)滑劑，W實(shí)現(xiàn)鉆頭自潤(rùn)滑。中國(guó)專利"【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201110353909"報(bào)道了WSz軟 涂層納織構(gòu)自潤(rùn)滑刀具及其制備方法，它采用飛秒激光加工技術(shù)在刀具前刀面刀屑接觸區(qū) 域加工出月牙法形的條狀溝槽納米級(jí)織構(gòu)，并在納織構(gòu)表面采用中頻磁控瓣射沉積和多弧 離子鍛法沉積Zr過(guò)渡層和WS2軟涂層，W使刀具具有軟涂層自潤(rùn)滑和納織構(gòu)自潤(rùn)滑雙重自 潤(rùn)滑效用，從而降低切削力和切削溫度。
[0004] 現(xiàn)有降溫的方法中，即使能達(dá)到降低刀具溫度和切削力的目的，但是降溫效果不 太明顯。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型的目的在于，提供一種金屬切削刀具織構(gòu)結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型不僅可W 降低切削力和切削溫度，而且降溫效果更佳。
[0006] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案：一種金屬切削刀具織構(gòu)結(jié)構(gòu)，包括刀具，在刀具的前刀面 上設(shè)有織構(gòu)，所述織構(gòu)的方向與刀具切屑的流出方向夾角范圍為-25°~25°。
[0007] 前述的金屬切削刀具織構(gòu)結(jié)構(gòu)中，所述織構(gòu)的方向與刀具切屑的流出方向夾角范 圍為-15°~15。
[0008] 前述的金屬切削刀具織構(gòu)結(jié)構(gòu)中，所述織構(gòu)的方向與刀具切屑的流出方向夾角為 0°。
[0009] 前述的金屬切削刀具織構(gòu)結(jié)構(gòu)中，所述的刀具的前刀面設(shè)有斷屑槽，所述斷屑槽 上設(shè)有織構(gòu)。
[0010] 前述的金屬切削刀具織構(gòu)結(jié)構(gòu)中，所述織構(gòu)的方向與刀具切屑的流出方向一致。
[0011] 前述的金屬切削刀具織構(gòu)結(jié)構(gòu)中，所述織構(gòu)為矩形溝槽型織構(gòu)。
[0012] 前述的金屬切削刀具織構(gòu)結(jié)構(gòu)中，在直角切削時(shí)，切屑沿刀刃法向流出，即流屑角 4X= 0° ;在其它方式切削時(shí)，其計(jì)算公式如下：
[0014] 式中，k值在0.9~I之間，副偏角V= 180° -也+O,er為刀尖角，As為 刃傾角，kr為主偏角，aP為切削深度，f為進(jìn)給量。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的基本原理是讓織構(gòu)的方向盡可能與刀具切屑的流 出角方向一致，運(yùn)樣不僅可W降低切削力和切削溫度，而且降溫效果更佳。
[0016] 本實(shí)用新型進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，W下為本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果：
[0017] 針對(duì)42CrMo、GH4169、TC4、45鋼和7050侶合金材料，選用不同的織構(gòu)方向和矩 形織構(gòu)截面形狀，采用切削軟件化irdWaveAdvan巧dge進(jìn)行模擬仿真來(lái)說(shuō)明實(shí)驗(yàn)效果。 加工使用的55。菱形刀片后角a。為0°、前角丫為15。、刀片厚6. 35mm、刀尖半徑rE為 0.4mm，刀體前角丫為-6。、刃傾角As為-7。、主偏角kr為93。；工件轉(zhuǎn)速n為6(K)r/min、 切削深度ap為1. 5mm、進(jìn)給量f為0. 3mm;零件直徑為d)90mm、42CrMo材料硬度為皿314、 GH4169材料硬度為皿409、TC4材料硬度為皿268、45鋼材料硬度為皿280和7050侶合金 材料硬度為皿194。
[0018] 實(shí)驗(yàn)例1 :針對(duì)42CrMo高強(qiáng)度合金鋼，基于Advan巧dge的S維干切削仿真，分析 各刀具模型溫度云圖如圖6-圖9所示，并研究各微織構(gòu)對(duì)加工刀具溫度和切削合力的影 響情況如圖10和圖11所示，其中，織構(gòu)的方向與刀具切屑的流出方向夾角范圍為-25°~ 25° ;而對(duì)無(wú)織構(gòu)刀具仿真得刀具最高溫度是1145°C、切削合力是2512N;并分析圖6-圖 11時(shí)發(fā)現(xiàn)，沿流屑方向微織構(gòu)刀具切削時(shí)刀具最高溫度最低、切削合力最小，其切削合力降 低了 33. 66% ;雖然刀具最高溫度相差不大，但根據(jù)等溫線分布，可知有效降低了溫度分布， 其平均溫度降低了 25%。
[0019] 實(shí)驗(yàn)例2 :針對(duì)GH4169高強(qiáng)度高溫合金鋼，基于Advan巧dge的S維干切削仿真， 分析各刀具模型溫度云圖如圖12-圖15所示，并研究各微織構(gòu)對(duì)加工刀具溫度和切削合 力的影響情況如圖16和圖17所示，其中，織構(gòu)的方向與刀具切屑的流出方向夾角范圍 為-25°~25° ;而對(duì)無(wú)織構(gòu)刀具仿真得刀具最高溫度是113(TC、切削合力是2650N;并分 析圖12-圖17時(shí)發(fā)現(xiàn)，沿流屑方向微織構(gòu)刀具切削時(shí)刀具最高溫度最低、切削合力最小，其 切削合力降低了 26.82% ;雖然刀具最高溫度相差不大，但根據(jù)等溫線分布，可知有效降低 了溫度分布，其平均溫度降低了 19%。
[0020] 實(shí)驗(yàn)例3 :針對(duì)TC4鐵合金，基于Advan巧dge的S維干切削仿真，分析各刀具模 型溫度云圖如圖18-圖21所示，并研究各微織構(gòu)對(duì)加工刀具溫度和切削合力的影響情況 如圖22和圖23所示，其中，織構(gòu)的方向與刀具切屑的流出方向夾角范圍為-25°~25° ; 而對(duì)無(wú)織構(gòu)刀具仿真得刀具最高溫度是900°C、切削合力是1263N;并分析圖18-圖23時(shí) 發(fā)現(xiàn)，沿流屑方向微織構(gòu)刀具切削時(shí)刀具最高溫度最低、切削合力最小，其切削合力降低了 24. 51% ;雖然刀具最高溫度相差不大，但根據(jù)等溫線分布，可知有效降低了溫度分布，其平 均溫度降低了 15%。
[0021] 實(shí)驗(yàn)例4 :針對(duì)45鋼，基于Advan巧dge的S維干切削仿真，分析各刀具模型溫度 云圖如圖24-27所示，并研究各微織構(gòu)對(duì)加工刀具溫度和切削合力的影響情況如圖28和圖 29所示，其中，織構(gòu)的方向與刀具切屑的流出方向夾角范圍為-25°~25° ;而對(duì)無(wú)織構(gòu)刀 具仿真得刀具最高溫度是900°C、切削合力是1872N;并分析圖24-圖29時(shí)發(fā)現(xiàn)，沿流屑方 向微織構(gòu)刀具切削時(shí)刀具最高溫度最低、切削合力最小，其切削合力降低了 34. 31% ;雖然 刀具最高溫度相差不大，但根據(jù)等溫線分布，可知有效降低了溫度分布，其平均溫度降低了 25%。
[0022] 實(shí)驗(yàn)例5 :針對(duì)7050侶合金，基于Advan巧dge的S維干切削仿真，分析各刀具模 型溫度云圖如圖30-圖33所示，并研究各微織構(gòu)對(duì)加工刀具溫度和切削合力的影響情況 如圖34和圖35所示，其中，織構(gòu)的方向與刀具切屑的流出方向夾角范圍為-25°~25° ; 而對(duì)無(wú)織構(gòu)刀具仿真得刀具最高溫度是303°C、切削合力是655N;并分析圖30-圖35時(shí) 發(fā)現(xiàn)，沿流屑方向微織構(gòu)刀具切削時(shí)刀具最高溫度最低、切削合力最小，其切削合力降低了 18. 65% ;雖然刀具最高溫度相差不大，但根據(jù)等溫線分布，可知有效降低了溫度分布，其平 均溫度降低了 9%。
[002引實(shí)驗(yàn)例6對(duì)42CrMo材料仿真分析得到的仿真溫度云圖如圖36-圖40所示，織構(gòu) 方向?qū)庸さ毒邷囟群颓邢髁Φ挠绊懭鐖D41-圖42所示。對(duì)無(wú)織構(gòu)刀具仿真得刀具最高 溫度是1145°C、切削合力是2512N。分析圖36-圖42時(shí)發(fā)現(xiàn)，其中，沿流屑方向微織構(gòu)刀具 切削時(shí)刀具最高溫度最低、切削合力最小，其切削合力降低了 33.66% ;雖然刀具最高溫度 相差不大，但根據(jù)等溫線分布，可知有效降低了溫度分布，其平均溫度降低了 25%。其中，織 構(gòu)的方向與刀具切屑的流出方向夾角范圍為-75°~90° ;
[0024] 實(shí)驗(yàn)例7對(duì)細(xì)4169材料仿真分析得到的仿真溫度云圖如圖43-圖47所示，織構(gòu) 方向?qū)庸さ毒邷囟群颓邢髁Φ挠绊懭鐖D48-圖49所示。對(duì)無(wú)織構(gòu)刀具仿真得刀具最高 溫度是113(TC、切削合力是2650N。分析圖43-圖49時(shí)發(fā)現(xiàn)，沿流屑方向微織構(gòu)刀具切削 時(shí)刀具最高溫度最低、切削合力最小，其切削合力降低了 26.82% ;雖然刀具最高溫度相差 不大，但根據(jù)等溫線分布，可知有效降低了溫度分布，其平均溫度降低了 19%，其中，織構(gòu)的 方向與刀具切屑的流出方向夾角范圍為-75°~90°。
[00巧]綜上所述：織構(gòu)的方向與刀具切屑的流出方向夾角范圍為-75°~90D時(shí)，研究 發(fā)現(xiàn)沿流屑方向的微織構(gòu)刀具切削時(shí)刀具最高溫度最低、切削合力最小，即織構(gòu)的方向與 刀具切屑的流出方向夾角為0° ;而織構(gòu)的方向與刀具切屑的流出方向夾角范圍為-25°~ 25°時(shí)，也得到同樣的結(jié)論，且在此范圍內(nèi)刀具溫度與切削合力變化趨勢(shì)明顯，此范圍可用 于研究刀具上設(shè)置織構(gòu)角度對(duì)刀具溫度、切削合力的影響?？棙?gòu)的方向與刀具切屑的流出 方向夾角范圍為-15°~15°時(shí)，織構(gòu)角度對(duì)刀具溫度、切削合力的影響更為明顯。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是織構(gòu)方向與流屑方向夾角示意圖；
[0027] 圖2是刀具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[002引圖3是圖2中B的局部放大圖；
[0029] 圖4是圖2中沿A-A方向的剖面示意圖；
[0030] 圖5是織構(gòu)的截面示意圖；
[0031] 圖6是切削42CrMo時(shí)無(wú)織構(gòu)刀具模型仿真溫度云圖；
[0032] 圖7是切削42CrMo時(shí)微織構(gòu)與流屑方向夾角為-25°時(shí)的刀具模型仿真溫度云 圖；
[0033] 圖8是切削42CrMo時(shí)微織構(gòu)與流屑方向夾角為0°時(shí)的刀具模型仿真溫度云圖；
[0034] 圖9是切削42CrMo時(shí)微織構(gòu)與流屑方向夾角為25°時(shí)的刀具模型仿真溫度云 圖；
[0035] 圖10是切削42CrMo時(shí)各微織構(gòu)對(duì)刀具最高溫度的影響情況；織構(gòu)的方向與刀具 切屑的流出方