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刃口钝化高速钢丝锥攻丝研究

刃口钝化高速钢丝锥攻丝研究

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作者：于俊达太原科技大学

学位级别：硕士

螺纹联接在机械设备上应用是普遍的，而螺纹加工精度影响螺纹联接预紧力和强度，所以对螺纹加工的研究很有必要。丝锥是典型内螺纹加工刀具，在生产中得到广泛应用。通过对刀具刃口进行处理可以使刃口形成微小倒圆的过程称为刀具刃口钝... 详细信息

螺纹联接在机械设备上应用是普遍的，而螺纹加工精度影响螺纹联接预紧力和强度，所以对螺纹加工的研究很有必要。丝锥是典型内螺纹加工刀具，在生产中得到广泛应用。通过对刀具刃口进行处理可以使刃口形成微小倒圆的过程称为刀具刃口钝化。现有研究证实，当丝锥经恰当刃口钝化工艺处理后，其耐用度得到有效提高，并且改善了加工效率和质量，并明显降低机加工成本，故而对丝锥刃口钝化半径的研究具有一定的理论价值和实践意义。在当今加工生产中，要明确既定加工条件时的刃口钝化值，不仅需做大量试验研究，而且对现有工业实力来说也不具备操作性。所以，如能找到一种科学有效的方法预测丝锥刃口钝化半径对切削过程及刀具耐用度的影响规律，从而优化丝锥刃口钝化值，那么这将有助于这项技术的推广应用。本文基于有限元理论及大型商业有限元软件DEFORM-3D对刃口钝化高速钢丝锥的攻丝过程进行数值模拟研究，目的是获得优化的丝锥刃口钝化值。论文完成的主要内容有：利用三维软件Pro/E建立了刃口钝化丝锥三维模型;在分析丝锥攻丝工艺的基础上，应用DEFORM-3D构建具有三维热力耦合特性的攻丝刚粘塑性有限元模型，同时确定材料的本构模型、刀屑分离准则、自适应网格划分、锥屑摩擦模型、热力耦合有限元理论和边界约束条件等;模拟M24标准高速钢丝锥（材料为W9Mo3Cr4V）对40Cr攻丝过程，并得到丝锥所受轴向力、扭矩、温度等随切削参数的变化规律;最后，模拟分析了刃口钝化高速钢丝锥加工40Cr和钛合金TC4的过程，分析得到优化的丝锥刃口钝化值范围。研究发现：在加工40Cr时，模拟结果与实验结果一致，从而验证了所建模型是正确的，有限元分析结果是可信的。模拟结果说明，对不同材料进行攻丝时，刃口钝化半径对丝锥所受轴向力、扭矩和温度等参数的影响不同，即在丝锥加工不同材料时，较优的刀具刃口钝化半径趋于不同的范围。由试验验证可得到加工40Cr时，刃口钝化半径的最佳值是0.02-0.03mm;并预测加工钛合金TC4时刃口钝化半径在0.03-0.04mm内且偏向0.04mm时效果最好。

关键词：丝锥攻丝刃口钝化刚塑性有限元理论有限元软件DEFORM-3D

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