关键词：
304不锈钢
主动机械动力断屑
Deform 3D
切屑形态
切削表征量
摘要：
304不锈钢作为制造业和机械加工行业典型材料,具有诸如高塑性、高韧性、较高的强度和较好的耐腐蚀性、价格适宜等特点,但其也在机加工过程中遭遇切削温度显著升高、切削刀具磨损严重等困境,切屑连续不断缠绕刀具或者机床部件,引发生产安全隐患、打乱生产节拍、影响生产效率,极大制约了自动化生产线的可靠性和效率。本研究在吸收、借鉴其他学者针对切削断屑设想和思路的基础上,针对以304不锈钢为代表的材料在车削中遇到的断屑难等问题,设计了一种具有主动机械动力的切削断屑装置,并取得了授权发明专利。装置通过木质夹具固定于车床方刀架之上,由直流电机驱动带有两个切削刃口的内断屑刀作回转运动,与固定的带有两个刃口的外断屑刀合力,打碎流经断屑刀刀槽的切屑,从而解决切屑连续缠绕的问题,并改善切削过程中切削热、切削力、表面质量等关键参量。研究采用理论、仿真、实验相结合的方法,分析并验证了304不锈钢切削过程中,采用具有主动机械动力的切削断屑装置加以辅助,切削效果得到优化。首先,匹配研究采用的理论、模型和方法,对主动机械动力断屑装置的断屑机理进行分析和研究,在其辅助304不锈钢切削的过程中,切屑在流动过程中被断屑刀刮擦带动使切屑被拉离前刀面,降低了刀—屑的接触面积,在一定程度上减小了切削热和切削力,同时由于断屑刀的外力强制剪切作用,使切屑应变瞬时急剧升高、折断破碎成长度很小的小段、避免了冗长切屑刮擦已加工表面产生刮痕和犁沟等情况,从而改善了切削状况。其次,确定研究所采用的断屑方案,分析并讨论了主动机械动力断屑装置的设计思路。通过流屑角模型的理论分析,结合研究采用的切削用量范围和刀具的几何角度,使用MATLAB软件辅助计算,构建了各个切削用量下切屑在车刀前刀面的流动路径模型,从而指导仿真和实验前断屑刀空间位置的确定。第三,设计了四水平三因素的正交实验,并应用极差分析法确定各参数影响权重的排序及最优切削参数组合。运用专业的三维金属切削仿真软件Deform 3D的三维车削模块“CUTTING 3D”对比了干切削和主动机械动力断屑装置辅助切削两种切削状态下切屑形态、前刀面最高温度以及主切削力的差异。仿真结果表明,使用主动机械动力断屑装置辅助切削,极大增加了切屑折断的次数,前刀面最高温度降低了至少约10%,主切削力减少约有40-90N。最后,通过正交实验对比了两种切削状态下的切屑宏观形态、前刀面温度、主切削力和已加工表面粗糙度的差异。另外,采用单一变量法着重探讨了使用主动机械动力断屑装置辅助切削时不同切削用量下切屑宏观形态(长度、曲率半径、螺距)、前刀面最高温度、主切削力和已加工表面粗糙度的影响变化规律。实验结果表明,断屑刀转速是影响切屑折断频次的首要因素,使用主动机械动力断屑器辅助切削,能够使得切削过程中的切屑长度显著减小,切削热、切削力和已加工表面粗糙度取得不同程度的改善。
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