淬硬钢Cr12MoV高速铣削力的试验研究
第２７卷第１１期煤矿机械Ｖ０１．２７Ｎｏ．１１１竺竺！！望垦竺堡！坠ｉ坠曼坠垒呈堕ｉ翌皇坚！！：：！！！！
文章编号：１００３．０７９４（２００６）ＩＩ．００８６．０３
淬硬钢Ｃｒｌ２ＭｏＶ高速铣削力的试验研究＊
张义平
（苏州市职业大学，江苏苏州２１５１０４）
摘要：针对淬硬钢Ｃｒｌ２ＭｏＶ进行了高速铣削研究，重点研究了铣削条件、刀具磨损对铣削力的影响。结果表明：铣削方式、刀具螺旋角以及润滑方式对铣削力的影响是不同的；刀具磨损量的增加，引起铣削力的增加；随铣削速度的增加，铣削力呈明显上升趋势。淬硬钢高速铣削加工既可以保证加工表面的质量，又可以获得较高的生产效率。
关键词：淬硬钢；高速铣削；铣削力
中图号：ＴＧ５４；ＴＧｌ４２文献标志码：Ａ
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎＨｉｇｈＳｐｅｅｄＭｉｌｌｉｎｇＦｏｒｃｅｏｆＱｕｅｎｃｈ
ＳｔｅｅｌＣｒｌ２ＭｏＶ
ＺＨＡＮＧＹｉ—ｐｉｎｇ
（ＳｕｚｈｏｕＶｏｃａｆｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ２１５１０４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｉ曲ｓｐｅｅｄｍｉｌｌｉｎｇｑｕｅｎｃｈｓｔｅｅｌＣｒｌ２ＭｏＶｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｍｉｌｌｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｔｏｏｌｗｅａｒｏｎｍｉｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅｉｓｆｏｃｕｓｅｄｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｗａｙｓｏｆｍｉｌｌｉｎｇａｎｄｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ，ｈｅｌｉｘａｎｇｌｅｏｆｔｏｏｌｏｎｍｉｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅｓａｒｅ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ．Ｔｈｅｍｉｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｏｏｌｗｅａｒ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｉｔｍａｒｋｅｄｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｍｉｌｌｉｎｇｓｐｅｅｄ．Ｎｏｔｏｎｌｙｈｉｇｈｓｐｅｅｄｍｉｌｌｉｎｇｑｕｅｎｃｈｓｔｅｅｌｅｎｓｕｒｅｓｑｕａｌｉｔｙｏｆｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄｓｕｒ—ｆａｃｅ，ｂｕｔｏｎｌｙｉｔｃａｎｏｂｔａｉｎｈｉｇｈｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｉｔａｎｉｕｍ；ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｍｉｌｌｉｎｇ；ｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅ
０引言
现代高速铣削是一种加工范围广的柔性加工方法，它采用现代ＣＮＣ机床很容易实现不同表面加工的转换，与磨削相比，高速铣削淬硬模具钢能更好地适应模具（目前多数模具都采用淬硬钢制造，其硬度高达ＨＲＣ４０～６２）加工的多品种、计划多变、交货期短、生产批量小的柔性化生产要求。因此，高速铣削作为淬硬模具钢的加工新工艺正逐渐取代传统加工方法，改变了模具制造的规则。由于高速铣削在切削加工中体现出的优越性能以及淬硬钢自身的加工特性，越来越多的学者和科研人员致力于淬硬钢高速铣削的研究，并且取得了显著的成就。采用高速铣削技术对淬硬钢工件进行加工可以大大地改善材料去除率和表面粗糙度，并提高淬硬钢加工效率，降低加工成本，文献［２］、文献［３］、文献［４］对淬硬钢高速铣削都进行了介绍，指出了一些特点。
本文的研究目标是借助课题的部分研究成果，在优化的高速铣削参数条件下，研究高速铣削淬硬钢Ｃｒｌ２ＭｏＶ的铣削力及影响因素。
１试验材料与试验条件
（１）试验材料
试验材料为淬硬钢Ｃｒｌ２ＭｏＶ。
＊江苏省教育厅自然科学研究项目（０５ＫＪＤ４６０１９８）和校自然科学研究课题（ＳＺＤ２００５７１）
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（２）试验条件
试件尺寸：１８０ｒａｉｎ×１８０ｍｍ×５０ｍｍ。
铣床：ＭｉｋｏｎＵＰＣ７１０五轴联动加工中心。
刀具：选用刀具材料为硬质合金Ｋ３０，刀片型号为：ＺＤＧＴｌ５０４２０Ｒ—Ｋ８５；刀具的结构形式为整体立铣刀，采用ＴｉＡｌＮ涂层，刀具直径为１０ａｍ，齿数为４，刀尖圆弧半径为２１／１１１１，刀具前角５。，后角６０，螺旋角分别为３０。和５００两种。
铣削参数：铣削速度”＝２５０ｍ／ｍｉｎ，轴向切深口。＝５ｍ／ｎ，径向切深口。＝０．４ｒａｉｎ，每齿进给量工＝０．１ｍｒｒｄｚ。
测力装置：采用Ｋｉｓｔｌｅｒ９２６５Ｂ动态测力仪，其测力传感器属于压电晶体传感器，能够同时测量３个方向的切削力，具有高的响应频率和测量精度。测力仪的基本技术参数：
灵敏度／Ｎ０．０５
量程／ｋＮ±１５（Ｘ、Ｙ、Ｚ）
刚度／“ｍ?ｋＮ。１１测力系统坐标系定义：进给方向为ｘ，刀齿切人方向为ｙ，刀具轴向为Ｚ。
２淬硬钢Ｃｒｌ２ＭｏＶ高速铣削力的研究
铣削加工过程中由于材料的塑性变形会产生一系列的物理及化学变化。高速铣削过程是一种断续切削过程，切削力的主要来源除了切削层金属、切屑
箜兰！鲞箜！！塑捧硬钢Ｃｒｌ２ＭｏＶ高速铣削力的试验研壅二二竖竖垩ｙ里！．望№：！！和工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的
抗力，以及刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力外，还应该包括切削层金属自由表面裂纹萌生及扩展的抗力。
铣削力的产生基础是切屑变形，同时，铣削力直接影响切削热的产生，并进一步影响刀具的磨损、破损、刀具耐用度、卷屑和断屑以及加工表面质量。２．１铣削条件对高速铣削Ｃｒｌ２ＭｏＶ铣削力的影响试验采用正交实验法，共进行了８组试验。在相同的铣削参数条件下改变铣削方式、刀具螺旋角以及润滑方式，测得铣削力并取其平均值，研究不同铣削条件对铣削力的影响机理。试验安排见表１。
表１试验设计
Ｔａｂ．１Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｓｉｇｎ
试验１在切了６ｍ后，刀具崩断，主要是由于逆铣时刀齿与工件的接触长度较长，切入时切削厚度较大，刀具的螺旋角较小，作用在刀具上的进给方向分力较大，加工时可见加工区呈现出明显的加工火花，表明加工过程铣削温度很高，切屑易黏附在后刀面上使切削力增大，在上述诸因素的综合作用下造成了刀具的断裂。
表２和图１是Ｃｒｌ２ＭｏＶ硬度为ＨＲＣ５０时的铣削力试验结果分析表和铣削力与三因素（螺旋角、润滑方式、铣削方式）关系图，其中Ｋ，、Ｋ：为对应的指标之和，ｋ，、ｋ：为平均值。
表２材料硬度ＨＲＣ５０铣削力试验结果分析Ｔａｂ．２Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｏｆｍｉｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅｗｈｉｌｅ
ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｍｅｔａｌｗｊｔｈＨＲＣ５０
丫Ｋ?、彳Ｉ∞‘５０＋千
切
削
微逆顺
丝铣铣
澜
滑
铣削条件
图１材料硬度ＨＲＣ５０时铣削力与三因素关系
№一１Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐａｍｏｎｇｍｉｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄｔｈｒｅｅ
ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｗｈｉｌｅｍａｎｕｆａｃｔａｒｉｎｇｍｅｔａｌｗｉｔｈＨＲＣＳ０
通过对试验结果的分析，并比较各因素的极差Ｒ可知。
（１）３个因素对铣削力的影响的主次顺序：润滑方式一刀具螺旋角一铣削方式。
（２）各因素变化时，铣削力的变化规律：刀具螺旋角从３００增大至５００时，铣削力呈下降趋势；从干式切削方式变为微量润滑方式时，铣削力也呈下降趋势；从逆铣方式变为顺铣方式时，铣削力亦呈下降趋势。
（３）根据试验得出的最好加工条件是采用５００螺旋角在微量润滑的条件下顺铣淬硬钢Ｃｒｌ２ＭｏＶ，可以有效减小铣削力。
通过Ｃｒｌ２ＭｏＶ硬度为ＨＲＣ６０时的铣削力试验结果分析表（略）和铣削力与三因素关系图（图略）可看出与高速铣削硬度为ＨＲＣ５０的材料时所获得的结论相反。通过对比各因素的极差Ｒ可知：
（１）３个因素对铣削力的影响主次顺序是：刀具螺旋角一铣削方式一润滑方式。
（２）各因素变化时，铣削力的变化规律是：刀具螺旋角从３００增大至５０。时，铣削力呈上升趋势；从于式切削方式变为微量润滑方式时，铣削力也呈上升趋势；从逆铣方式变为顺铣方式时，铣削力亦呈上升趋势。
（３）根据试验得出的最好加工条件是采用３００螺旋角在干式切削的条件下逆铣淬硬钢Ｃｒｌ２ＭｏＶ，可以有效减小铣削力。
２．２刀具磨损对铣削力的影响
在金属铣削的过程中，刀具的磨损主要发生在前刀面与后刀面上，在铣削淬硬钢Ｃｒｌ２ＭｏＶ的过程中，刀具的磨损主要发生在后刀面上，后刀面的磨损对铣削力的影响至关重要，本文主要针对后刀面的磨损对铣削力的影响进行研究。
试验选用铣削速度妒＝２５０ｍ／ｍｉｎ，每齿进给量ｆ＝０．１ｌＩＬｒｎ，径向切深ｏ。＝０．４ｍｍ，轴向切深ａ。＝５ｎＬｒｎ，分别对硬度为ＨＲＣ５０、ＨＲＣ６０的淬硬钢Ｃｒｌ２ＭｏＶ进行了刀具磨损对比试验，并分析铣削力与刀具磨损的关系。通过试验２和试验６的刀具磨
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第２７卷第１１期煤矿机械Ｖ０１．２７Ｎｏ．ＩＩ２００６年１１月Ｃｏａｌ
ＭｉｎｅＭａｃｈｉｎｅｒｙＮＯＶ．２００６＿●ｌ●●●●＿ｌ－＿ｌ＿＿－－－ｌ－＿●－Ｉｌ＿＿Ｉ＿＿＿●●－Ｉ●ｌｌ●●■●＿■●■●＿＿ｌ＿＿■●■Ｉ＿■■■■■●■●＿Ｉ●●●＿ｌＩＩ●ＩｌＩＩｌＩ●■－ｌｌ■ｌｌ●●ｌ＿＿－ＩＩ＿●＿
文章编号：１００３．０７９４｛２００６）ＩＩ．００８８．０３
快速成形技术在电机壳体金属模具制造中的应用
高昆，杨保生
（空军第一航空学院，河南信阳４６４０００）
摘要：分析了快速成形（ＲａｐｉｄＰｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ，简称ＲＰ）技术的离散堆积成形原理，并采用非线性
有限元算法对凝固过程中铸件的尺寸精度进行数值模拟，详细给出了直接制模铸造工艺机理及流
程，对解决当前我国模具制造业中成本高、周期长、性能差等问题具有一定的现实意义。
关键词：快速成形；电机壳体；直接制模铸造
中图号：ＴＧ７６文献标志码：Ｂ
ＭｅｎｔａｌＭｏｕｌｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍｏｔｏｒＳｈｅｌｌＢａｓｅｄｏｎＲａｐｉｄ
ＰｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＧＡＯＫｕｎ，ＹＡＮＧＢａｏ—ｓｈｅｎｇ
（ＦｉｒｓｔＡｒｏｎａｕｔｉｃＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｉｒＦｏｒｃｅ，Ｘｉｎｙａｎｇ４６４０００。Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔｈａｓａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇａｎｄａｃｃｕｍｕｌａｔｉｎｇｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｒａｐｉｄｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
ｉｎｗｈｉｃｈａｄｏｐｔ
ａｎｅｗ
ｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｒｉｔｈｍｅｎｔｉｃｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｖａｌｕｅｏｆｃａｓｔｉｎｇ’Ｓｄｉ—ｍｅｎｓｉｏｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｏｌｉｄｆｉｃａｔｉｏｎ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｆｌｏｗｏｆｄｉｒｅｃｔｓｈｅｌｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｃａｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｃｓｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ，ａｎｄｈａｖｉｎｇｓｏｍｅｒｅａｌｉｓｔｉｃｍｅａｎｉｎｇｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｈｉｇｈｃｏｓｔ，ｌｏｎｇｐｅｒｉ—ｏｄｓａｎｄｌｏｗｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｏｕｒｍｏｕｌｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔｌｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒａｐｉｄｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ；ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｏｒｓｈｅｌｌ；ｄｉｒｅｃｔｓｈｅｌｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｃａｓｔｉｎｇ
１快速成形技术原理
快速成形技术是一种基于离散堆积成形思想的新型成形技术，是集计算机、数控、激光和新材料等最新技术而发展起来的先进的产品研究与开发技术。其基本原理是：任何三维零件都可看成是许多二维平面沿某一坐标方向叠加而成，因此可先将ＣＡＤ系统内三维实体模型离散成一系列平面几何信息，采用粘接、熔结、聚合作用或化学反应等手段，逐层有选择地固化液体（或粘接固体）材料，从而快速堆积制作出所要求形状的零部件（或模样）。制造
损与铣削力的关系图（图略）可以看出，对不同硬度的加工材料，铣削加工刀具后刀面的磨损量与铣削力都呈大致相似的增加趋势。随着刀具后刀面平均磨损量的增加，工件与刀具的接触长度增加，摩擦力增加，工件的回弹增大，引起了铣削力的增加。２．３铣削速度对铣削力的影响
为了研究铣削速度对铣削力的影响，选择了４种铣削速度进行试验，铣削速度分别为２００ｍ／ｒａｉｎ、２５０ｍ／ｒａｉｎ、３００ｍ／ｒａｉｎ和３５０ｍ／ｒａｉｎ。通过铣削速度与铣削力的关系图（图略）可知，当刀具磨损初期，ｘ、ｚ方向的铣削力都随铣削速度的提高基本不变或略有下降，而ｙ方向的铣削力随铣削速度的提高而提高。这说明在刀具的初期磨损时期，随铣削速度的提高，铣削力越高，初期磨损越剧烈。当刀具处于正常磨损阶段，ｘ、ｚ方向的铣削力对切削速度的变化不敏感，只有ｌ，方向的铣削力随切削速度的提高而降低。这与传统的高速切削研究结果一致，对同样的切削层参数，高速切削的单位切削力明显减小。
３结语
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目前，国内外学者虽然在高速切削理论研究方面虽取得了一些研究成果，但总体上落后于工业实践，高速切削机理尚不明确，影响了淬硬钢等难加工材料高速切削技术与工具技术的进一步发展。高速铣削加工过程铣削力是困扰高速铣削应用的一大难题，刀具磨损仍然是制约其切削速度进一步提高的关键因素。
参考文献：
［１］刘战强，黄传真，郭培全．先进切削加工技术及应用［Ｍ］．北京：机械工业出版社。２００５．
［２］ＲＣＤｅｗｅｓ，ＤＫＡｓｐｉｎｗａｌｌ．Ａｒｅｖｉｅｗｏｆｕｌｔｒａｈｉｇｈ删ｍｉｌｌｉｎｇｏｆｈａｒｄ?ｅｎｅｄｓｔｅｅｌｓ．Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｅｃｈｎｏｌ，１９９７。６６（１）：ｌ—１７．
［３］ＪＰＵｒｂａｎｓｋｉ，ＰＫｏｓｈｙ，ＲＣＤｅｗｅｓ，ｅｔａ１．Ｈｉｈｇｓｐｅｅｄｍａｅｈｉｎｇｏｆｍｏｕｌｄｓａｎｄｄｉｅｓｆｏｒｎｅｔｓｈａｐｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ．ＭａｔｅｒｉａｌａｎｄＤｅｓｉｇｎ，２０００，２４（３）：３９５—４０２．
［４］ＣＫＴｏｈ．ＳｔａｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅａｎａｌｙｓｉｓｗｈｅｎｈｉｇｈｓｐｅｅｄｍｕｇＩＩｍｉｌｌｉｎｇ
ｈａｒｄｅｎｅｄｓｔｅｅｌ．ＭａｔｅｒｉａｌａｎｄＤｅｓｉｇｎ，２００４，３０（７）：４１—５０．
作者简介：张义平（１９６４一），江苏连云港人，副教授，主要研究方向为先进制造技术及材料，已发表论文２０余篇，主持省级科研课题多项，获市科技进步二等奖两项，Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｙｐ＠ｊＳＳＶＣ．ｅｄｕ．ｅｎ；ｚｈ－ｙｐ３１８９＠１６３．ｃｏｒｎ．
收稿日期：２００６－０８—２３
淬硬钢Cr12MoV高速铣削力的试验研究
作者：张义平， ZHANG Yi-ping
作者单位：苏州市职业大学,江苏,苏州,215104
刊名：
煤矿机械
英文刊名：COAL MINE MACHINERY
年，卷(期)：2006，27(11)
引用次数：5次
参考文献(4条)
1.刘战强.黄传真.郭培全先进切削加工技术及应用 2005
2.R C Dewes.D K Aspinwall A review of ultra high speed milling of hardened steels 1997(1)
3.J P Urbanski.P Koshy.R C Dewes Hihg speed maching of moulds and dies for net shape manufacture 2000(3)
4.C K Toh Static and dynamic cutting force analysis when high speed rough milling hardened steel 2004(7)
相似文献(10条)
1.期刊论文沈则亮.韩江.Shen Zeliang.Han Jiang淬硬钢高速铣削用量确定方法的研究-机械制造2009,47(4)
采用高速铣削技术加工淬硬钢可以大大改善材料去除率和表面粗糙度,并提高淬硬钢加工效率,降低加工成本.为获得必要的加工精度、表面质量及延长刀具寿命,铣削淬硬钢材料除精心选择刀具材料和几何参数外,必须优化铣削用量.基于淬硬钢高速铣削参数对铣削力影响的理论分析,得出高速铣削淬硬钢宜采用高转速、低进给、小切深的方式进行铣削加工的结论.比较分析了确定淬硬钢高速铣削用量的常用3种方法.
2.学位论文唐德文淬硬钢高速铣削过程仿真与实验研究2009
本文针对淬硬钢高速铣削过程中的锯齿状切屑如何形成，切削参数对切削力、切削温度以及应力.应变等特征物理量的影响，对刀具磨损严重、刀具选择缺乏理论指导等问题进行深入的理论与实验研究。以淬硬钢高速铣削加工实验为基础，更大范围地研究了淬硬钢高速铣削过程中锯齿状切屑的形成条件以及锯齿状切屑形变带与转变带的特征；采用了高速冲击压缩实验( SHPB)及材料的微观研究方法研究了淬硬钢材料在高温、高应变条件下的力学行为及微观组织等特征，构建了适合高速切削条件下材料具有高温、高应变、高应变率的“三高”流动应力材料本构模型；采用有限元法建立了淬硬钢高速铣削过程的2-D有限元模型，研究了淬硬钢高速铣削过程中第一、二、三变形区的应力场、应变场、温度场、应变率场等特征物理量进行了预测，揭示在高速切削中淬硬钢材料难加工的本质；在2-D有限元模型的基础上，拓展研究了淬硬钢3-D切削的有限元模型，分析了淬硬钢高速铣削过程中第一、二、三变形区的不均匀应力场、应变场、温度场、应变率场等特征，揭示在高速切削中淬硬钢材料的磨损与破损机理；模拟研究了淬硬钢薄壁结构件在高速铣削过程中应力.应变的变化规律，揭示了薄壁件高速铣削过程中让刀变形的本质，同时也研究了淬硬钢斜面结构件因路径引起的不均匀应力.应变、温度场变化规律，提出了高速铣削斜面结构件路径优化策略。这些研究对深入了解淬硬钢高速铣削过程，推动高速切削基础理论的发展，提高淬硬钢高速铣削技术的应用水平都具有重要意义。
本文主要研究结论如下：
(1) 在淬硬钢高速铣削过程基本物理量方面，通过高速摄影与材料微观研究方法研究了淬硬钢高速铣削过程中切屑流的形成过程，带状切屑与锯齿状切屑形成条件、切屑的微观特征以及不同切削参数对切削力的影响，明确了高速铣削过程的边界条件。研究结果表明切削速度越大，切削力减小，切屑由带状切屑向形变带锯齿状及转变带锯齿状切屑转变，剪切带中心区域越窄，约2-8um，剪切带两边的组织更加细小；淬硬钢的硬度越高，切屑形态由带状转变为锯齿状的临界切削速度越低，淬硬钢硬度为62 HRC时，产生锯齿状切屑临界速度是100 m/min，切屑底部即第二
变形区域呈现一条光亮的白层，约几个微米，切屑基体的平均显微硬度为732.4 HV。淬硬钢硬度为51 HRC时，形成锯齿状切屑临界速度是200 m/min，锯齿形状不明显，剪切带的显微硬度分别为573.7HV，基体的显微硬度为555.1HV。切削速度与材料的硬度是影响这一过程主要因素。 (2) 在淬硬钢材料本构方程建立方面，通过高速冲击压缩实验(SHPB)首次研究了淬硬钢SKDlI在高温、高应变率以及准静态条件下的应力.应变关系，构建了淬硬钢具有高温、高应变、高应变率的材料本构模型。研究结果表明随着应变的增加，材料的流动应力迅速升高，当材料在屈服以后，进入稳态增长状态，变形结束后，迅速卸载；在温度小于600℃，应变强化效应显著，材料在屈服以后，其应力.应变曲线基本上与应变轴平行，应变强化减弱：当温度大于600℃时，流动应力会随着应变速率的增加而减小，材料的热软化效应起到了重要的作用；根据一维应力波理论与单因素迭代的方法拟合适合“三高”应力流的材料本构模型，建立了淬硬钢低温负应变率效应、高温软化效应的修正Johnson-Cook模型。与未进行修正的相比，其精度提高了102％左右。
(3) 在淬硬钢材料微观研究方面，利用XRD物相分析、金相显微分析与SEM形貌分析等材料微观研究手段，首次研究了淬硬钢材料在低温、低应变率时，其表面的相组成主要有：Fe-Cr合金、Cr7C3. Fe等，且表面有众多微裂纹；高温高应变时，其表面的相组成主要有：Fe-Cr合金、FeCrO4、 Fe2O3等；在低温、高应变率的作用下，试样的表面有明显的微裂纹，这是由于材料脆性断裂的结果；在高温高应变率的作用下，试样的表面未见细小的微裂纹，而是在试样的心部发生剪切与断裂，这与高速铣削过程中切削速度为300m/min的绝缘剪切行为相类似，进一步证实了淬硬钢材料具有低温负应变率效应、高温软化效应的特性。
(4) 在淬硬钢高速铣削过程2-D数值模拟方面，采用有限元法首次研究了淬硬钢在不同切削速度下的切屑形成过程、应力.应变分布以及温度的梯度分布情况，并对材料硬度、不同切削参数、摩擦系数、刀具前角对第一、二、三变形区的应力。应变、应变率以及温度场进行预测，揭示了高速切削中淬硬钢材料难加工的本质。研究结果表明材料的硬度越高，材料在切削区域内的有效应力越大，应变减小，变形越困难，切削温度越高。对HRC62淬硬钢，其最大的等效应力为3670MPa，等效应变达3.76，切削温度达1207℃；切削的速度越高，应力一应变的等值线越密，拉应力增大，切削温度升高，约为1230℃：摩擦系数增大时，剪切区内应力越大，
变形越明显，应力-应变的等值线越密，切削温度明显的增加；刀具前角增大，剪切区应力.应变的等值线变得稀疏，拉应力增大，切屑的分离趋势增强，淬硬钢材料的变形不明显，切削温度减小。 (5) 在淬硬钢高速铣削过程3-D数值模拟方面，在2-D有限元模型的基础上，拓展研究了淬硬钢3-D切削的有限元模型，对高速铣削过程切屑的形成、应力-应变、应变率以及热-力耦合的温度场进行相关预测，揭示了高速切削中淬硬钢材料刀具磨损与破损的本质。研究结果表明淬硬钢材料的硬度越高，发生破坏的变形越困难，在切削区域内应力、应变及切削温度均增大。在剪切区内有效应力的等值线相对较密，其最大值为3380MPa，最大有效应变率为8.99×105s-1，切削温度为1163℃。在第二形区应变等值线较密，最大有效应力在2900-3380MPa内波动，对刀刃冲击较大，磨损严重。
(6) 在典型薄壁结构件与斜面结构件数值模拟与实验研究方面，综合运用全文的研究结果，针对典型的薄壁结构件与斜面结构件的特点，首次制定与优选了薄壁件与斜面结构件高速铣削过程数值模拟加工变形与路径优化的策略。并对一个典型的45 °斜面结构件四种不同走刀方式进行仿真与实验。
19.8N，误差为15.2％；切削温度最低，约为250℃。
关键词：淬硬钢，高速铣削，锯齿状切屑，材料本构模型，应变率，流动应力，切屑形成，有限元，切削力
3.期刊论文尹晓霞.吴伏家.闫利青.YIN Xiao-xia.WU Fu-jia.YAN Li-qing高速铣削淬硬钢的研究进展-现代制
造工程2009(7)
对国内外高速铣削淬硬钢的研究成果进行评述.讨论高速切削的概念和特点、切削力、金属软化效应、涂层刀具加工淬硬钢的切削性能、切屑形成机理、冷却方式以及对加工表面的影响,并提出高速铣削淬硬钢研究中的热点问题.
4.期刊论文查文炜.何宁.ZHA Wen-wei.HE Ning高速铣削淬硬钢刀具磨损机理的研究-机械设计与制造2008(12) 通过工具显微镜、扫描电镜以及能谱分析的方法对K30刀具高速铣削淬硬钢的磨损形态和磨损机理做了研究,从试验结果看出由于粘结磨损、磨料磨损、扩散磨损以及其他磨损等原因使得硬质合金刀具高速铣削淬硬钢时刀具的磨损主要发生在刀具的后刀面,主要的磨损形态是片状剥落、微崩刃以及边界磨损等,前刀面的磨损和常规切削下磨损形态不一样,主要集中在刀刃处,距离刀刃一段距离有较小剥落现象出现.
5.学位论文沈则亮高速铣削淬硬钢的应用研究2008
由于高速切削具有切削效率高，加工质量高，能直接加工淬硬钢件，良好的经济性等特点，高速切削技术己成为当今先进制造技术的一个重要发展方向。随着高速切削技术的发展，为更好的解决加工淬硬钢材料问题提供了有效的途径。但是，作为一种全新的切削方式，我国在该加工领域的研究整体技术水平不高，目前尚没有完整的参数可供选择，也没有许多加工实例可供参考，缺乏合适的刀具选择方法。另外，数控编程技术还不适应高速切削要求，在数控编程系统中需要采用合适的编程策略来解决这些问题。
本文主要从高速加工的起源与高速铣削淬硬钢的机理、定义、优缺点、关键技术等方面，系统、全面的研究高速铣削淬硬钢的加工工艺方案和刀具选择方法以及高速铣削淬硬钢的编程策略问题。
主要的研究成果如下：
(1)进一步系统的论述了高速加工技术的机理、定义与高速铣削淬硬钢的特点，提出了高速铣削淬硬钢存在的问题以及在淬硬钢加工中应用HSM的必要性和可行性。
(2)进一步系统的研究高速铣削淬硬钢的工艺系统。从应用的角度出发，全面的阐述了机床、刀具、刀具夹持系统、CAM软件系统的选择方案。
(3)通过理论分析和实验研究的方法，系统的研究高速铣削淬硬钢工艺参数的选择方案，为高速铣削淬硬钢提供了部分具有一定参考价值的数据和图表。
(4)提出了高速铣削淬硬钢工艺方案和编程策略。
(5)通过分析模具企业实际运用高速铣削加工淬硬钢模具的典型实例，进一步证实了高速铣削淬硬钢的应用优势及前景。
6.期刊论文张义平.张泠.ZHANG Yi-ping.ZHANG Lin铣削条件对高速铣削淬硬钢TiAlN涂层刀具磨损的影响-机械
工程材料2008,32(2)
针对硬度分别为50 HRC和60 HRC的Cr12MoV淬硬钢材料,采用TiAlN涂层刀具进行了高速铣削试验,重点研究了铣削方式、刀具螺旋角以及润滑方式等铣削条件对刀具磨损的影响.结果表明:高速铣削淬硬钢时,导致刀具失效的典型形式是后刀面磨损;铣削方式、刀具螺旋角以及润滑方式对刀具磨损的影响是不同的;材料硬度50 HRC时,刀具螺旋角是刀具磨损的主要影响因素;材料硬度60 HRC时,润滑方式是刀具磨损的主要影响因素.
7.期刊论文查文炜.何宁.Zha Wenwei.He Ning高速铣削淬硬钢表面粗糙度的试验研究-工具技术2007,41(3)
通过切削试验研究了高速铣削淬硬钢时刀具变量中的几何参数(铣刀的前角、后角、螺旋角)、工件变量(工件硬度)和切削参数变量(铣削速度、每齿进给量)对加工表面粗糙度的影响.根据对试验结果的分析得出高速铣削淬硬钢工件表面粗糙度的变化规律.
8.学位论文巫立东多元纳米复合涂层刀具高速铣削淬硬钢加工性能评定2009
淬硬钢材料具有高硬度和耐磨性，被广泛用于制造各种要求高硬度和高耐磨性的模具及基础零部件。使用高速切削（HSC）方法加工淬硬钢可比传统电加工方法获得更高的效率、更好的表面质量和更低的加工费用。由于淬硬钢模具硬度高，在其高速铣削加工方面，普遍存在刀具耐用度低的问题，制约了高速铣削加工的应用。
涂层刀具因其优异的性能与较低的价格被广泛用于淬硬钢的高速加工。涂层材料也由最初的TiC和TiN发展为在TiN膜系中加入C、Al、Zr、Cr、、Si、V等元素以提高涂层的硬度、耐磨性、抗氧化性的多元纳米复合涂层。随着新涂层开发周期的缩短，涂层性能的快速评价方法显得尤为重要。
本文通过大量切削实验，分析了加工工艺参数（切削速度、径向切深、每齿进给量）对TiN、TiA1N涂层刀具磨损曲线、寿命和切削力的影响关系
；获得了可用于涂层刀具加工淬硬钢的合适的加工工艺范围；对比分析了自行制备的多元纳米复合涂层刀具（TiSiN、TiCrA1N、TiA1SiN、
TiCrA1SiN）的耐磨性和切削力特征；研究了涂层刀具高速铣削淬硬钢时的刀具磨损和破损机理；分析了不同加工条件下的切屑形态。最终提出了可以采用一定切削距离后的切削合力来快速评价涂层刀具切削性能的方法。论文主要结论如下：
通过TiN、TiA1N涂层刀具高速铣削淬硬钢实验及多元纳米复合涂层刀具切削性能对比实验表明：（1）切削速度对刀具寿命的影响较大，切削合力Fr反映了刀具磨损状况，轴向力Fz反映了刀尖破损状况。径向切深的增加将导致切削力的增大与刀具寿命的急剧下降。刀具寿命最长及切削力最小的工艺参数为切削速度260m/min，每齿进给量0．02mm/z，径向切深0．1mm，轴向切深2mm。多元纳米复合涂层刀具的寿命大小为
：TiN 涂层刀具磨损破损研究表明：（1）涂层刀具的磨损过程分为初期磨损阶段、稳定磨损阶段和急剧磨损阶段，刀具的磨损和破损形态主要有后刀面磨损、前刀面磨损、涂层剥落、切削刃崩刃和刀尖破损。涂层刀具的磨损是磨粒磨损、扩散磨损、氧化磨损和粘结磨损共同作用的结果。（2）涂层刀具的破损与涂层硬度及摩擦系数有关，低硬度或高摩擦系数都会使刀具产生较严重的破损。 切屑形貌分析表明：（1）涂层铣刀高速铣削淬硬钢切屑形成是由于金属发生的挤压及剪切滑移作用的结果。（2）切屑形态的变化同刀具磨损的三个阶段对应为三种切屑：完整切屑、过渡切屑和破碎切屑。通过观察切屑的破碎情况可以判断刀具的磨损状态。（3）随着切削速度的增加，切屑卷曲变形增大，破碎切屑的形状越来越规则。随着径向切削深度的增加，切屑宽度增大，切屑变形减小，熔化成球状的切屑增多。（4）涂层的摩擦系数越大，切屑卷曲变形越大，可根据切屑卷曲变形程度比较涂层摩擦系数的大小。 9.期刊论文庞俊忠.王敏杰.马日光.潘宝刚.Pang Junzhong.Wang Minjie.Ma Riguang.Pan Baogang高速铣削淬硬 钢时切削载荷平稳化研究-机械科学与技术2007,26(6) 和传统的铣削加工相比,高速铣削淬硬钢更需要稳定的切削载荷,以尽可能减少刀具碎裂和过度磨损.本研究借助三向压电石英测力仪,使用TiAlN涂层球形端铣刀,在13500 r/min的转速下,对淬火45#钢(47HRC～48HRC)进行了高速铣削试验,建立了高速铣削下的多项式切削力试验模型,模拟了以恒定切削力为目标、优化进给率的加工实例.结果显示,稳定的切削载荷能有效地提高加工效率,避免刀具剧烈磨损. 10.期刊论文庞俊忠.王敏杰.段春争.杨宇.Pang Junzhong.Wang Minjie.Duan Chunzheng.Yang Yu高速铣削P20和 45淬硬钢的切削力-中国机械工程2007,18(21) 使用TiAlN涂层的整体硬质合金球形立铣刀,对45钢(52HRC、48HRC、42HRC)及P20钢(41HRC、33HRC)进行了高速铣削试验.基于材料变形下的流动应力方程及剪切角理论,分析了切削速度、工件硬度、材料性能对切削力的影响.试验中的切削参数如下:切削速度为156～816m/min,每齿进给量为0.1mm,轴向切削深度为3mm,切削宽度为1mm.结果表明:高速铣削淬硬钢产生锯齿形切屑,切削速度和工件硬度对切削力有显著影响. 引证文献(5条) 1.许立福.崔大鹏.黄树涛高速铣削铸铝的切削力实验研究[期刊论文]-工具技术 2009(5) 2.张义平.张泠铣削条件对高速铣削淬硬钢TiAlN涂层刀具磨损的影响[期刊论文]-机械工程材料 2008(02) 3.张泠.刘海东钛合金高速铣削试验研究[期刊论文]-煤矿机械 2007(12) 4.张义平.张泠.叶静淬硬钢Cr12MoV高速铣削刀具磨损的试验研究[期刊论文]-煤矿机械 2007(09) 5.张义平淬硬钢Cr12MoV高速铣削加工试验研究[期刊论文]-现代制造工程 2007(07) 本文链接：https://www.wendangku.net/doc/408184898.html,/Periodical_mkjx200611036.aspx 下载时间：2010年5月9日