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带偏置倒棱圆弧头铣刀设计制备及切削性能实验研究

带偏置倒棱圆弧头铣刀设计制备及切削性能实验研究

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作者：应宇翔哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

大型轿车覆盖件淬硬钢模具,具有高硬度、难加工的特点,淬硬钢拼接成整体模具后,由于存在硬度差和切缝间隙,刀具在切削过缝时可视为断续切削的状态,受到频繁的冲击引起剧烈的振动,进而加大了刀具的磨破损、变形,使拼接区域表面质量难以保... 详细信息

大型轿车覆盖件淬硬钢模具,具有高硬度、难加工的特点,淬硬钢拼接成整体模具后,由于存在硬度差和切缝间隙,刀具在切削过缝时可视为断续切削的状态,受到频繁的冲击引起剧烈的振动,进而加大了刀具的磨破损、变形,使拼接区域表面质量难以保证,对于淬硬钢拼接件尤其是切缝区域性能的研究成为现今轿车覆盖件急需解决的难题,因此本文提出和设计了一种带偏置倒棱圆弧头铣刀并针对上述问题进行相关实验研究。首先通过对带偏置倒棱圆弧头铣刀几何结构以及铣削速度、带宽和残留高度的研究,从原理和结构上分析了所设计刀具的优越性。建立了带偏置倒棱圆弧头铣刀的几何模型以及刃线和倒棱面方程,并结合MATLAB仿真软件验证了所建立几何、刃线模型正确性以及多段圆弧刃线连接区域的准确性。然后对铣刀的磨制检测技术进行研究,结合磨削工艺给出具体的刀具制造方案,并从机床和砂轮等方面进行分析及优选。根据所设计刀具的结构,将槽型截面分成一定数量离散曲线,通过对计算出的每一离散曲线的边界点进行拟合控制螺旋槽的形状,并建立UG仿真系统验证计算方法的准确性;利用五轴磨床进行磨制,分析磨制过程中可能出现的问题及解决方法,并提出了刀具螺旋角、倒棱角度及宽度、圆心位置、刃线磨削精度的检测方法。最后设计了铣削淬硬钢拼接件实验,开展了带偏置倒棱圆弧头铣刀和球头铣刀在切削力、刀具磨损和表面质量等方面的对比研究。发现带偏置倒棱圆弧头铣刀在硬度拼接间隙处轴、切向力峰值均大于球头铣刀,但轴向力跳动、切向力突变程度均远低于球头铣刀,具有更高的加工稳定性;前刀面出现一定范围的热影响区域,磨损主要集中在倒棱面和后刀面上,有效提高了刀具的抗破损性能;前刀面磨损以氧化、扩散磨损为主;后刀面磨损以磨粒磨损和涂层破坏为主,并随着磨损增加出现氧化、扩散等作用机制;切缝两端的表面形貌、高度差和挤压破损区域等评价指标优于球头铣刀,加工表面质量更为优异。

关键词：淬硬钢拼接件带偏置倒棱圆弧头铣刀刀具设计磨制检测实验研究

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