CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

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基于刃磨工艺的超硬刀具复合倒棱仿真与实验分析

李鹤 石广丰 吕红兵 杨永明 李胜 朱立春

李鹤, 石广丰, 吕红兵, 杨永明, 李胜, 朱立春. 基于刃磨工艺的超硬刀具复合倒棱仿真与实验分析[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2024, 44(5): 632-643. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0223
引用本文: 李鹤, 石广丰, 吕红兵, 杨永明, 李胜, 朱立春. 基于刃磨工艺的超硬刀具复合倒棱仿真与实验分析[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2024, 44(5): 632-643. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0223
LI He, SHI Guangfeng, LV Hongbing, YANG Yongming, LI Sheng, ZHU Lichun. Simulation and experimental analysis of composite chamfering of superhard cutting tools based on edge grinding technology[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2024, 44(5): 632-643. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0223
Citation: LI He, SHI Guangfeng, LV Hongbing, YANG Yongming, LI Sheng, ZHU Lichun. Simulation and experimental analysis of composite chamfering of superhard cutting tools based on edge grinding technology[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2024, 44(5): 632-643. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0223

基于刃磨工艺的超硬刀具复合倒棱仿真与实验分析

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0223
基金项目: 吉林省科技厅自然科学基金(20240101078JC); 长春理工大学露泉创新基金。
详细信息
    作者简介:

    石广丰,男,1981年生,博士、教授。主要研究方向:光栅刻划、刀具结构设计、非球面加工等。Email:shiguangfeng@cust.edu.cn

  • 中图分类号: TG71; TG58; TQ164

Simulation and experimental analysis of composite chamfering of superhard cutting tools based on edge grinding technology

  • 摘要: 为了改善圆弧刃倒棱聚晶金刚石(poly crystalline diamond,PCD)车刀加工有色金属的光亮程度,特在圆弧刃倒棱车刀基础上进行二次倒棱处理,使其形成复合倒棱结构。在CATIA软件中根据COBORN RG9磨床实际刃磨PCD倒棱刀具的工艺,建立圆柱形后刀面复合倒棱车刀三维模型,使用Deform V11.0软件进行PCD复合倒棱车刀的三维切削仿真分析,并根据仿真分析结果进行PCD复合倒棱车刀与PCD一阶倒棱车刀的切削实验对比。结果表明:复合倒棱结构只在较大的切削深度时才有提升工件光亮度的作用;在相同切削深度下,PCD复合倒棱车刀的切削温度小于PCD一阶倒棱车刀的;在切削深度为0.14 mm时,随着切削时间增加,PCD复合倒棱车刀加工零件的表面粗糙度要小于PCD一阶倒棱车刀的。结合PCD刀具的最终磨损状态发现,PCD复合倒棱车刀对切削后工件的捋平效果更佳,工件的光亮度更高,其抗磨损性能更好。

     

  • 图  1  圆弧刃一阶倒棱刀具

    Figure  1.  Arc edge first order chamfering tool

    图  2  复合倒棱结构参数

    Figure  2.  Composite chamfer structure parameters

    图  3  砂轮与刀具的运动关系图

    Figure  3.  Motion relationship diagram between grinding wheel and cutting tool

    图  4  复合倒棱刀具的圆弧刃近似模型

    Figure  4.  Approximate model of arc edge for compound chamfering tools

    图  5  复合倒棱刀具圆弧刃的线拟合

    Figure  5.  Line fitting of arc edge of compound chamfering tool

    图  6  复合倒棱刀具的三维实体模型

    Figure  6.  3D solid model of compound chamfering tool

    图  7  刀具-工件的网格划分

    Figure  7.  Mesh division of cutting tool and workpiece

    图  8  切削仿真开始

    Figure  8.  Start of cutting simulation

    图  9  3向切削力动态曲线

    Figure  9.  Dynamic curves of three-direction cutting forces

    图  10  不同切深、不同二阶倒棱宽度时的切削力均方根值

    Figure  10.  Root mean square values of cutting forces at different cutting depths and second-order chamfering widths

    图  11  不同切深、不同二阶倒棱宽度时的切削温度均值变化

    Figure  11.  Mean variation of cutting temperatures at different cutting depths and second-order chamfering widths

    图  12  不同切深、不同二阶倒棱角度时的切削力均方根值

    Figure  12.  Root mean square values of cutting forces at different cutting depths and second-order chamfering angles

    图  13  不同切深、不同二阶倒棱角度时的切削温度均值变化

    Figure  13.  Mean variation of cutting temperature at different cutting depths and second-order chamfering angles

    图  14  Deform中的点追踪功能

    Figure  14.  Point tracking function in Deform

    图  15  不同刃倾角下2点在x轴上的位置变化

    Figure  15.  Position changes of two points on x-axis under different cutting edge inclination angles

    图  16  不同刃倾角下2点在y轴上的位置变化

    Figure  16.  Position changes of two points on y-axis under different cutting edge inclination angles

    图  17  不同刃倾角时刀具的瞬时温度

    Figure  17.  Instantaneous temperatures of tool at different cutting edge inclination angles

    图  18  不同刃倾角时刀具的平均温度

    Figure  18.  Average temperatures of tool at different cutting edge inclination angles

    图  19  不同刃倾角下的刀具磨损

    Figure  19.  Tool wear with different cutting edge inclination angles

    图  20  不同刃倾角时刀具的磨损平均深度变化

    Figure  20.  Change in average depth of tool wear at different cutting edge inclination angles

    图  21  实验车床

    Figure  21.  Experimental lathe

    图  22  车削实验过程

    Figure  22.  Turning experiment process

    图  23  切削温度测量

    Figure  23.  Cutting temperature measurement

    图  24  2种刀具下工件表面切削温度随切削深度的变化

    Figure  24.  Variation of workpiece surface cutting temperatures with cutting depths under two kinds of tools

    图  25  零件表面粗糙度测量

    Figure  25.  Part surface roughness measurement

    图  26  零件表面粗糙度随加工时间的变化

    Figure  26.  Variation of surface roughness of part with processing time

    图  27  2种刀具的磨损形貌

    Figure  27.  Wear morphology of two types of cutting tools

    表  1  实验车床具体参数

    Table  1.   Specific parameters of experimental lathe

    参数规格或取值
    机床最大回转直径 D / mm320
    最大工件长度 L / mm750
    主轴转速范围 n / (r·min−1)200~3000
    主轴电机功率 P / kW5.5
    刀方尺寸20 mm×20 mm
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-10-23
  • 修回日期:  2023-11-16
  • 录用日期:  2023-12-06
  • 网络出版日期:  2023-12-11
  • 刊出日期:  2024-10-01

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