金属切削工具机械制造论文

2022-04-26

摘要：金属切削是比较基础的加工方式，已经在制造领域的各个行业得到了广泛应用，在对金属实施切削中的刀具月牙洼磨损以及塑性变形的问题一直是这一领域比较关注的，所以加强对其理论的研究能够更好的指导实践操作。基于此，本文主要就金属切削中刀具磨损的形式和原理进行分析，以及对月牙洼磨损测量装置等理论问题加以分析探究，希望此次理论研究对实际操作有所裨益。下面小编整理了一些《金属切削工具机械制造论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。

金属切削工具机械制造论文篇1：

提高轴类零件生产效率的研究

摘要：金属切削是现代机械制造行业中一种比较重要的技术，随着机械加工技术不断发展，新刀具材料及新加工工艺得以广泛应用，并且发挥着十分重要的作用。在当前机械制造过程中，为优化加工经济精度，使金属切削效率得以更好的发挥和提高，对金属刀具及参数进行创新是十分重要的一点，使其满足工艺要求及提高效率。

关键词：加工经济精度；切削参数；刀具角度

轴是机械制造也中最普通、最典型的一种回转体零件，其长度大于直径。目前制造的工艺水平越来越高，在机械制造中，提高工作效率，采用缩短机动时间和辅助时间是最直接的方法。本文主要是针对在机械制造金属切削过程中采用缩短粗加工机动时间方法进行简单分析，以便实现在加工过程中提高生产效率的依据。

1、加工经济精度研究的重要性

加工经济精度是机械加工中经常用的一个概念，加工效率和零件的成本又与加工精度密切相关的，每增加一个精度等级，不仅影响加工效率而且对零件的成本就会增加。所以说经济精度不应将其理解为某个确定值，而应理解为一个范围，各个工序经济加工精度不是一成不变的，随着加工技术要求的提高，也随着提高。

很多工艺人员往往只在精加工和超精加工的工序中考虑加工经济精度，实际上在机械加工的每个工序中都需要考虑经济加工精度，在粗加工工序降低经济加工精度也是提高工作效率的一种方法。例如：轴类毛坯为大型铸件或锻件时，需要荒车后再粗车，以减少毛培外圆的形状误差，荒车后的尺寸精度为IT15-IT18；棒料的中小型的锻铸件，可以直接进行粗车，粗车后的精度可以达到IT10-IT13，表面粗糙度Ra为30-20μm，可以作为低精度加工的最终工序。由荒车和粗车的区别可以看出，在粗车工序中增加了表面粗糙度的要求，同时粗车也可以作为低精度的最终工序。因此，在满足加工经济精度要求下，可以采用刚性较好而精度较低的车床，避免用精度较高的机床进行荒车和粗车，降低设备使用成本。在机床工艺系统刚性可以满足情况下，选用较大的切削参数和切削用量，最有效的发挥机床的性能来提高粗加工的工作效率。

2、刀具选用及角度参数对提高工效的影响

机械加工制造的工作效率主要体现在其能否优化各种参数的要求，这就意味着工艺参数对提高加工效率具有最直接的影响的。进行缩短机动时间，提高加工效率研究时，不仅要对工件的材质进行分析还要对加工阶段的刀具参数、切削用量进行全过程的评定分析。这对于提高加工生产效率方面来说只是其研究过程中的一环，但是研究旨在整体进行优化以后才能对各种参数进行有效影响。这是因为工艺参数与产品质量、工作效率之间是存在着复杂的联系的，具体表现为产品的工艺参数直接决定了机械加工產品的效率和质量。

2.1选择合适刀具材料

难加工材料种类繁多，性能各异，我国机械工业中难加工材料大约分为：高锰钢、高强度钢、不锈钢、高温合金、钛合金等。它们共同的特点是材料强度高、导热性低、加工硬化严重特点，对切削加工具有很大影响，具体体现在工件材料常温硬度和高温硬度的影响，材料硬度越高时，切削力就越大，切削功率随之增大，切削温度增高，刀具磨损严重，工作效率降低。所以，在一般情况下，切削加工的效率随工件材料硬度增加而降低。根据材料特性，在通过改变材料金相组织，从而改善切削加工性。由于难加工材料切削力大、切削温度高，刀具材料选用上考虑强度高、导热性好的硬质合金，但是要考虑硬质合金与工件材料元素亲合力作用，避免选择不当，影响加工的效率。

2.2刀具角度参数

选用合理刀具角度参数来提高加工效率，需要根据工件材料、工序、工件刚性、刀具材料等因素着手考虑不同的刀具角度参数，在粗加工轴类工件时，主偏角、前角、后角、刃倾角是刀具的重要角度，直接影响刀头和刀尖的强度，一把合理角度的粗车刀需要综合考虑这几个角度参数，才可以有效的发挥切削性能，从而提高粗加工的工作效率。

2.2.1主偏角选用参数

为了增加刀具的耐用度，粗加工时主偏角kr应尽可能选择小一些，一般选取45°。加工刚度较差的工件（L/d>15）时，应尽可能使径向力小一些，为此，刀具的主偏角应尽量选取大一些，这时Kr可以选取75°--90°来代替常用的Kr=45°的车刀。

由于Kr角增大，径向力减小，工件和刀具在半径方向的弹性变形减小，可以提高加工精度，同时增加抗振能力。但是Kr增大后，切削厚度同时增加，轴向阻力相应增大，减少刀具耐用度，降低加工的工作效率，因此，一般情况下不宜采用主偏角很大的刀具。

2.2.2前角选用原则

前角有正负之分。选取前角原则，首先在保证车刀刀刃锋利，还要兼顾车刀的足够强度，在保证加工质量前提下，尽可能延长刀具寿命，较少更换刀具的辅助时间，从而提高工作效率。选取负前角的作用可以提高刀尖部分的强度，改善刀尖的受热状况和散热条件，从而提高车刀的耐冲击能力。但是，选取负前角的不足是降低了刀具的锋利程度，车削力增大，前刀面上的摩擦阻力增大。因此，通常在车削高强度、高硬度工件材料时，为防止刀尖强度不够和蹦刃时才选取负前角；车削塑性材料时，切屑沿着前刀面流出，这时车刀宜选用正的前角，一般工件强度和硬度越低的情况，选用的前角越大。

2.2.3后角和刃倾角的选择

后角的作用是较少车刀后面与工件的摩擦，与车刀前角构成锋利的刀刃，以便切入工件。但是后角过大，会降低刀刃强度，降低散热条件，使刀具寿命降低。因此，粗车时，车削厚度大，负荷重，要求车削刃有足够的强度，应选取较小的后角。车削刚性较差的工件时，也应该选用较小的后角，以增加后刀面与工件的接触面积，较少或消除振动。大进给时的后角需要根据不同的进给量适当调整到最佳的角度，来保证和延长刀具使用寿命。

刃倾角在刀具角度中也是非常重要的参数，不仅可以控制切削的流出方向，同时对刀具强度也具有一定的影响，选用原则也不可忽视。由于刃倾角的存在，可以使切削刃实际钝圆半径变小，使切削刃更加锋利。刃倾角也影响到刀尖强度和刀尖的导热和散热，在不连续切削情况下，负的刃倾角使远离刀尖的切削刃先接触到工件，可以使刀尖避免受到冲击，使刀头部分更加强固，刀尖的散热条件也好，车刀的使用寿命延长。

3、切削参数选用的原则

选择合理的切削用量，对于保证加工质量、降低成本、提高生产效率都非常重要。在机床、刀具、工件基本条件一定的情况下，切削用量具有很大的灵活性，应该充分发挥机床的功能，使生产效率最大化。切削用量与劳动生产率是成正比，因此提高切削用量哪一项都可以提高生产效率。一般遵循的原则：在机床刚度足够情况下，首先应尽可能的选用大的背吃刀量；其次是在机床动力和刚度允许的情况下，同时还要保证加工后的表面粗糙度的要求下，选取较大的进给量；最后再确定最佳的切削速度。

4、结语

在目前机械制造中，金属切削技术已经是最广泛的一种技术。文章对轴类零件在粗加工的工序中，提高劳动生产率进行分析，并对影响生产效率的问题进行研究。通过合理优化切削用量的方式来缩短机动时间，增加粗车刀强度及刃磨合理的刀具角度参数提高刀具使用寿命，在安排切削工序中，工艺技术人员要充分考虑加工的经济精度，从而使轴类粗加工达到最理想的效果，提高生产效率。

参考文献：

[1]董庆华.车削工艺分析[M].北京：化学工业出版社，2008：26-28

[2]武文革.金属切削原理及刀具[M].北京：国防工业出版社，2009：151-158

作者：朱文韬周博于帮明李厚斌

金属切削工具机械制造论文篇2：

金属切削中刀具月牙洼磨损和塑性变形的研究

关键词：金属切削；刀具磨损；塑性变形

0.引言

针对刀具磨损的相关研究主要是在刀具的寿命计算以及磨损的机理等方面，刀具前刀面月牙洼磨损以及后刀面的磨损在刀具磨损研究当中占有比较重要的地位。金属切削加工是机械制造工业的重要加工方法，切削加工在多数情况下是效率高以及最经济的加工方法，故此加强这一方面的相关理论研究就比较重要。

1.金属切削中刀具磨损形式及磨损原理分析

1.1金属切削中刀具磨损形式分析

磨损主要是发生在接触面接触尖峰或者是微接触点，刀具的磨损对切削的功率以及加工的质量等方面都会产生很大的影响，对刀具磨损产生影响的因素比较多，主要有工件材料和物理特性，以及磨损交界面接触条件和刀具技术，加工机床的动态特性。对金属切削中的刀具磨损形式主要能够分成非正常磨损和正常磨损两种类型。其中的非正常磨损主要是生产中偶尔出现刀具不是逐渐磨损而是突然崩刃以及卷刃等[1]。而正常磨损则是金属切削中刀具前后刀面和切削加工表面接触，并在接触区发生剧烈摩擦，同时也有着高压及高温的相伴，所以对其就会形成逐渐的磨损。

1.2金属切削中刀具磨损原理分析

金属切削过程中的刀具磨损由于工件和刀具材料等方面的不同，也会在磨损的强度以及机理方面有所差异。其中在粘结磨损的原理上主要是高温高压基础上摩擦副表面微观高低不平接触点会发生粘结从而形成微焊点。并且在两个摩擦面的相对运动下，微焊点就会发生破裂被对方带走从而造成粘结磨损。而在磨粒磨损的机理方面则主要是微小硬质点在刀具表面划出的沟纹所造成的磨损，磨损的表面会出现由于磨粒刮擦造成的微小沟纹，这一磨损在各种切削速度下都会存在并且磨损量也会相对较大。

2.金属切削中切削材料塑性变形及月牙洼磨损测量装置

2.1金属切削中切削材料塑性变形

金属切削当中的切削材料塑性变形是重要的问题，金属切削当中采取快停设备能够冻結切削形成过程，金属切削中主要有三个塑性变形区，这几个变形区变形机理均为剪切变形。从第一变形区方面主要是从刀尖延伸到切削自由表面和工件表面交接处。第一变形区切削材料塑性变形是对切削过程形成的必要条件，刀具的前面以及切削底面摩擦及粘结就使得切削在临近刀具前刀面附近材料发生了塑性变形就形成了第二变形区，而第三变形区则主要是通过刀具圆角以及积屑存在造成[2]。另外就是金属切削中的切削材料在第一变形区就发生了瞬时大变形，从而产生应变率。

2.2金属切削中月牙洼磨损测量装置

金属切削中的月牙洼磨损测量装置采取将CCD激光位移传感器和二维微动平台相结合，而激光位移传感器则是通过三角原理及回波分析的原理实施的非接触位置以及位移测量精密传感器。测量中传感器向被测表面发射一道激光束，在接收器透镜下将光线聚集在CCD上，通过这一的检测来对物体的位移量变化进行验证。每个月牙洼磨损表面在其宽度的范围内测取七个截面月牙洼磨损轮廓，间隔的距离方面为0.2毫米。

另外在切削的温度以及切削力测量装置方面，切削实验中通常很难测量刀削交界面温度分布，硬质合金刀具切削碳钢材料过程中粘结磨损以及扩散磨损是月牙洼产生的磨损机理，其中的温度则是对粘结评价以及扩散磨损的关键物理量。实际的加工中热电偶放置在加工好的小孔当中，从而确保热电偶前端和孔的末端紧密接触并形成良好热传递[3]。对热电偶输出端配备高精度智能温控器，这样就能对热电偶输出信号实施放大处理以及滤波显示。通过这一测量装置就能够获取刀具局部点的实时温度数据。

2.3高度切削中月牙洼磨损模型理论分析

对于高速切削比较简单的理解就是比常规切削速度高很多的超高区域实施的切削加工。虽然高速切削有着诸多的优势，但在高速切削中的剧烈摩擦也会造成严重的刀具磨损，对刀具的寿命大大减少，对其进行磨损模型的研究就比较重要。通过相关的调查能够发现，硬质合金刀具实施高速切削过程中，扩散磨损则是月牙洼磨损的主要磨损机理，一般认为是高温是其扩散磨损的主要原因[4]。结合实验测量的月牙洼磨损轮廓及刀屑交界面温度分布采取回归分析法来计算月牙洼磨损模型当中的系数，在原扩散模型基础上复合了由于切削推力作用在月牙洼长度方向上产生的磨损量，这一复合模型准确的预测了刀具失效前任意时刻的月牙洼磨损轮廓。高速相机上的CCD电荷祸合器件可以采集可见光谱范围内光波的热辐射能，车削实验中较理想的正交切削条件保证了均匀的月牙洼长度。

3.结语

综上所述，针对金属切削当中的刀具月牙洼磨损以及塑性变形的问题，在简要的分析下能够进一步的深化对其认识。由于本文的篇幅限制在诸多方面还没有得到全面研究，其中对普通速度切削中的月牙洼磨损模型的完善方面还需要加强研究。希望此次的理论研究能起到抛砖引玉的作用以待后来者居上。

参考文献

[1]王清江，杜劲.工件材料热导率对刀具前刀面最高温度的影响研究[J]. 工具技术. 2013（09）

[2]洪肇斌，杨兆军，张学成，王佰超.基于齿面发生线的弧齿锥齿轮铣削加工仿真分析[J]. 吉林大学学报（工学版）. 2013（02）

[3]程耀楠，刘献礼，李振加，刘利，王海婷.极端重载切削条件下的刀-屑粘结失效[J]. 机械工程学报. 2014（19）

[4]朱平，阿达依·谢尔亚孜旦，张宏新.弧齿锥齿轮精加工工艺方法综述[J]. 机械传动. 2014（09）

作者：延杨伟

金属切削工具机械制造论文篇3：

基于ABAQUS的空压机曲轴带状切屑有限元仿真分析

摘要：利用ABAQUS有限元仿真软件对空压机曲轴带状切屑进行研究，并对多参数带状切屑数据进行处理和分析。结果表明：在进给量f和被吃刀量ap相同的情况下，随着切削速度的提高，带状切屑状态逐步提升，且存在极限值。

关键词：切削速度;带状切屑;有限元仿真

实现机械制造工艺的高效率、高精度、高品质加工，须以金属切削加工技术的一系列研究作支撑[1]。金属切削加工中的温度[2]、振动[3]及切削变量[4]等均对切屑的形成有着极大影响。

一、有限元仿真模型构建

采用Johnson-Cook本构模型，并通过ABAQUS软件建立有限元分析模型（如图1、2和3所示），相关参数如表1、2所示。切削过程中，转速n分别设定为360r/min、530r/min、750r/min、958r/min;切削速度v分别设定为0.38mm/s、0.55mm/s、0.76mm/s、1.0mm/s。

二、仿真结果分析

（一）切削过程中应力变化

由图4可知：切削初始应力逐渐增大，达到最大时又出现一定幅度的减小，之后保持不变，直至结束时快速减小。

（二）切削速度对于带状切屑形态的影响

由图5可知：随着切削速度的增加，切屑形态呈团状且趋于无序。

三、实验验证

实验采用X6012卧式铣床对工件进行切削。由图6可知：随着切削速度的增加，带状切屑宽度减小，表面质量上升。

四、仿真与实验结果对比分析

由表3可知：随着切削速度的增加，带状切屑状态由有序转至无序。

五、结论

工件受刀具挤压发生弹性形变后，应力逐渐增大并产生塑性变形滑移，金属层被挤裂形成切屑;随着切削速度的增加，带状切屑向节状切屑变化，切屑形态更易断裂，但表面质量明显变好。

参考文献：