刀具涂層技能知識(shí)大盤點(diǎn)，讀懂成刀具達(dá)人！

一、刀具涂層

 經(jīng)過化學(xué)或物理的方法在刀具外表構(gòu)成某種薄膜，使切削刀具取得尤秀的綜合切削功能，從而滿足高速切削加工的要求；自20世紀(jì)70年代初硬質(zhì)涂層刀具面世以來，化學(xué)氣相堆積(CVD)技能和物理氣相堆積(PVD)技能相繼得到開展，為刀具功能的進(jìn)步開創(chuàng)了歷史的新篇章。涂層刀具與未涂層刀具比較，具有顯著的優(yōu)越性：它可大幅度進(jìn)步切削刀具壽數(shù)；有用地進(jìn)步切削加工效率；進(jìn)步加工精度并顯著進(jìn)步被加工工件的外表質(zhì)量；有用地削減刀具資料的消耗，下降加工成本；削減冷卻液的使用，下降成本，利于環(huán)境保護(hù)。

二、刀具涂層的特色

 1、選用涂層技能可在不下降刀具強(qiáng)度的條件下，大幅度地進(jìn)步刀具外表硬度，現(xiàn)在所能到達(dá)的硬度已接近100GPa；

 2、隨著涂層技能的飛速開展，薄膜的化學(xué)安穩(wěn)性及高溫抗癢化性更加出色，從而使高速切削加工成為或許。

 3、光滑薄膜具有良好的固相光滑功能，可有用地改善加工質(zhì)量，也適合于干式切削加工；

 4、涂層技能作為刀具制作的終究工序，對(duì)刀具精度簡直沒有影響，并可進(jìn)行重復(fù)涂層工藝。

三、常用的涂層

 1、氮化鈦涂層：

氮化鈦（TiN）是一種通用型PVD涂層，能夠進(jìn)步刀具硬度并具有較高的氧化溫度。該涂層用于高速鋼切削刀具或成形東西可取得很不錯(cuò)的加工效果。

 2、氮化鉻涂層：CrN涂層良好的抗粘結(jié)性使其在簡單發(fā)作積屑瘤的加工中成為手選涂層。涂覆了這種簡直無形的涂層后，高速剛刀具或硬質(zhì)合金刀具和成形東西的加工功能將會(huì)大大改善。

 3、金剛石涂層CVD：金剛石涂層可為非鐵金屬資料加工刀具提供蕞佳功能，是加工石墨、金屬基復(fù)合資料(MMC)、高硅呂合金及許多其它高磨蝕資料的抱負(fù)涂層(留意：純金剛石涂層刀具不能用于加工鋼件，因?yàn)榧庸や摷r(shí)會(huì)發(fā)作很多切削熱，并導(dǎo)致發(fā)作化學(xué)反響，使涂層與刀具之間的粘附層遭到破壞)。【金屬加工微信，內(nèi)容不錯(cuò)，值得重視】

 4、氮碳化鈦涂層：氮碳化鈦（TiCN）涂層中增加的碳元素可進(jìn)步刀具硬度并取得更好的外表光滑性，是高速剛刀具的抱負(fù)涂層。

 5、氮鋁鈦或氮鈦鋁涂層(TiAlN/AlTiN)：TiAlN/AlTiN涂層中構(gòu)成的氧化鋁層能夠有用進(jìn)步刀具的高溫加工壽數(shù)。主要用于干式或半干式切削加工的硬質(zhì)合金刀具可選用該涂層。依據(jù)涂層中所含鋁和鈦的份額不同，AlTiN涂層可提供比TiAlN涂層更高的外表硬度，因此它是高速加工范疇又一個(gè)可行的涂層挑選。

四、涂層技能及刀具涂層知識(shí)

 1、氮碳化鈦(TiCN)：涂層比氮化鈦(TiN)涂層具有更高的硬度。因?yàn)樵黾恿撕剂浚筎iCN涂層的硬度進(jìn)步了33%，其硬度改變范圍約為Hv3000——4000(取決于制作商）。

 2、CVD金剛石涂層：外表硬度高達(dá)Hv9000的CVD金剛石涂層在刀具上的應(yīng)用已較為老練，與PVD涂層刀具比較，CVD金剛石涂層刀具的壽數(shù)進(jìn)步了10——20倍。金剛石涂層刀具的高硬度，使得切削速度可比未涂層的刀具進(jìn)步2——3倍，使CVD金剛氧化溫度是指涂層開端分化時(shí)的溫度值。氧化溫度值越高，對(duì)在高溫條件下的切削加工越有利。盡管TiAlN涂層的常溫硬度也許低于TiCN涂層，但事實(shí)證明它在高溫加工中要比TiCN有用得多。TiAlN涂層在高溫下仍能保持其硬度的原因在于可在刀具與切屑之間構(gòu)成數(shù)控微信號(hào)cncdar一層氧化鋁，氧化鋁層可將熱量從刀具傳入工件或切屑。與高速剛刀具比較，硬質(zhì)合金刀具的切削速度一般更高，這就使TiAlN成為硬質(zhì)合金刀具的手選涂層，硬質(zhì)合金鉆頭和立銑刀一般選用這種PVDTiAlN涂層石涂層刀具成為有色金屬和非金屬資料切削加工的不錯(cuò)挑選。金屬加工微信，內(nèi)容不錯(cuò)，值得重視。

 3、刀具外表的硬質(zhì)薄膜對(duì)資料有如下要求：①硬度高、耐磨功能好；②化學(xué)功能安穩(wěn)，不與工件資料發(fā)作化學(xué)反響；⑧耐熱耐氧化，摩擦系數(shù)低，與基體附著結(jié)實(shí)等。單一涂層資料很難全部到達(dá)上述技能要求。涂層資料的開展，已由初的單一TiN涂層、TiC涂層，閱歷了

TiC—A12O3一TiN復(fù)合涂層和TiCN、TiAlN等多元復(fù)合涂層的開展階段，現(xiàn)在蕞新開展了TiN／NbN、TiN／CN，等多元復(fù)合薄膜資料，使刀具涂層的功能有了很大進(jìn)步。

 4、在涂層刀具制作進(jìn)程中，一般依據(jù)涂層的硬度，耐磨性，高溫抗癢化性，光滑性以及抗粘結(jié)性等幾個(gè)方面來挑選，其間涂層氧化性是與切削溫度直接相關(guān)的技能條件。氧化溫度是指涂層開端分化時(shí)的溫度值，氧化溫度值越高，對(duì)在高溫條件下的切削加工越有利。盡管TiAlN涂層的常溫硬度也許低于TiCN涂層，但事實(shí)證明它在高溫加工中要比TiCN有用得多。TiAlN涂層在高溫下仍能保持其硬度的原因在于可在刀具與切屑之間構(gòu)成一層氧化鋁，氧化鋁層可將熱量從刀具傳入工件或切屑。與高速剛刀具比較，硬質(zhì)合金刀具的切削速度一般更高，這就使TiAlN成為硬質(zhì)合金刀具的手選涂層，硬質(zhì)合金鉆頭和立銑刀一般選用這種PVDTiAlN涂層.

 5、從應(yīng)用技能角度講：除了切削溫度外，切削深度、切削速度和冷卻液都或許對(duì)刀具涂層的應(yīng)用效果發(fā)作影響。

五、常用涂層資料發(fā)展及超硬涂層技能

 硬質(zhì)涂層資猜中，工藝?yán)暇殹?yīng)用廣泛的是TiN?，F(xiàn)在，工業(yè)發(fā)達(dá)國家TiN涂層高速剛刀具的使用率已占高速剛刀具的50％一70％，有的不可重磨的復(fù)

雜刀具的使用率已超越90％。因?yàn)楝F(xiàn)代金屬切削對(duì)刀具有很高的技能要求，TiN涂層日益不能適應(yīng)。TiN涂層的耐氧化性較差，使用溫度達(dá)500℃時(shí)，膜層 顯著氧化而被燒蝕，并且它的硬度也滿足不了需求。TiC有較高的顯微硬度，因此該資料的耐磨功能較好。同時(shí)它與基體的附著結(jié)實(shí)，在制備多層耐磨涂層時(shí)，常將TiC作為與基體接觸的底層膜，在涂層刀具中它是十分常用的涂層資料。

 TiCN和TiAlN的開發(fā)，又使涂層刀具的功能上了一個(gè)臺(tái)階。

TiCN可下降涂層的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)步涂層的耐性，增加涂層的厚度，阻止裂紋的擴(kuò)散，削減刀具

崩刃。將TiCN設(shè)置為涂層刀具的主耐磨層，可顯著進(jìn)步刀具的壽數(shù)。TiAlN化學(xué)安穩(wěn)性好，抗癢化磨損，加工高合金鋼、不銹鋼、欽合金、鎳合金時(shí)，比

TiN涂層刀具進(jìn)步壽數(shù)3—4倍。在TiAlN涂層中如果有較高的Al濃度，在切削時(shí)涂層外表會(huì)生成一層很薄的非品態(tài)A12O3，構(gòu)成一層硬

質(zhì)慵懶保護(hù)膜，該涂層刀具可更有用地用于高速切削加工。摻氧的氮碳化鈦TiCNO具有很高的顯微硬度和化學(xué)安穩(wěn)性，能夠發(fā)作相當(dāng)于TiC十A12O3復(fù)合

涂層的效果。金屬加工微信，內(nèi)容不錯(cuò)，值得重視。

  

刀具的挑選是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容之一，不只影響機(jī)床的加工功率，并且直接影響零件的加工質(zhì)量。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速及規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般機(jī)床，并且主軸輸出功率較大，因而與傳統(tǒng)加工辦法相比，對(duì)數(shù)控加工刀具的提出了更高的要求，包含精度高、強(qiáng)度大、剛性好、耐用度高，并且要求尺度安穩(wěn)，裝置調(diào)整便利。這就要求刀具的結(jié)構(gòu)合理、幾許參數(shù)規(guī)范化、系列化。

1 數(shù)控刀具是進(jìn)步加工功率的先決條件之一，它的選用取決于被加工零件的幾許形狀、資料狀況、夾具和機(jī)床選用刀具的剛性。應(yīng)考慮以下方面：

（1）依據(jù)零件資料的切削功能挑選刀具。如車或銑高強(qiáng)度鋼、鈦合金、不銹鋼零件，建議挑選耐磨性較好的可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀具。

（2）依據(jù)零件的加工階段挑選刀具。即粗加工階段以去除余量為主，應(yīng)挑選剛性較好、精度較低的刀具，半精加工、精加工階段以確保零件的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量為主，應(yīng)挑選耐用度高、精度較高的刀具，粗加工階段所用刀具的精度蕞低、而精加工階段所用刀具的精度蕞高。如果粗、精加工挑選相同的刀具，建議粗加工時(shí)選用精加工篩選下來的刀具，因?yàn)榫庸ずY選的刀具磨損狀況大多為刃部細(xì)微磨損，涂層磨損修光，持續(xù)運(yùn)用會(huì)影響精加工的加工質(zhì)量，但對(duì)粗加工的影響較小。

（3）依據(jù)加工區(qū)域的特色挑選刀具和幾許參數(shù)。在零件結(jié)構(gòu)允許的狀況下應(yīng)選用大直徑、長徑比值小的刀具；切削薄壁、超薄壁零件的過中心銑刀端刃應(yīng)有滿意的向心角，以削減刀具和切削部位的切削力。加工鋁、銅等較軟資料零件時(shí)應(yīng)挑選前角稍大一些的立銑刀，齒數(shù)也不要超越4齒。

選取刀具時(shí)，要使刀具的尺度與被加工工件的外表尺度相適應(yīng)。出產(chǎn)中，平面零件周邊概括的加工，常選用立銑刀；銑削平面時(shí)，應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀；加工凸臺(tái)、凹槽時(shí)，選高速鋼立銑刀；加工毛坯外表或粗加工孔時(shí)，可選取鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀；對(duì)一些立體型面和變斜角概括外形的加工，常選用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。

在進(jìn)行自在曲面加工時(shí)，因?yàn)榍蝾^刀具的端部切削速度為零，因而，為確保加工精度，切削行距一般很小，故球頭銑刀適用于曲面的精加工。而端銑刀無論是在外表加工質(zhì)量上還是在加工功率上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于球頭銑刀，因而，在確保零件加工不過切的前提下，粗加工和半精加工曲面時(shí)，盡量挑選端銑刀。別的，刀具的耐用度和精度與刀具價(jià)格聯(lián)系極大，有必要引起注意的是，在大多數(shù)狀況下，挑選好的刀具盡管增加了刀具本錢，但由此帶來的加工質(zhì)量和加工功率的進(jìn)步，則能夠使整個(gè)加工本錢大大下降。

在加工中心上，一切刀具全都預(yù)先裝在刀庫里，經(jīng)過數(shù)控程序的選刀和換刀指令進(jìn)行相應(yīng)的換刀動(dòng)作。有必要選用適合機(jī)床刀詳細(xì)系標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)規(guī)范刀柄，以便數(shù)控加工用刀具能夠敏捷、準(zhǔn)確地裝置到機(jī)床主軸上或返回刀庫。編程人員應(yīng)能夠了解機(jī)床所用刀柄的結(jié)構(gòu)尺度、調(diào)整辦法以及調(diào)整規(guī)模等方面的內(nèi)容，以確保在編程時(shí)斷定刀具的徑向和軸向尺度，合理安排刀具的擺放次序。

特征造型不只能表達(dá)機(jī)械零件的底層幾許信息，并且可從具有工程意義的較高層次上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行表達(dá)和建模，有用支持產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)。因而，特征造型是將規(guī)劃與質(zhì)量計(jì)算、工程分析、數(shù)控加工編程等環(huán)節(jié)聯(lián)結(jié)起來的樞紐。

大多數(shù)特征造型體系均選用鴻溝表明法(B-rep)和結(jié)構(gòu)幾許法(CSG)相結(jié)合的辦法來描繪零件的形狀特征。鴻溝表明法首要用于描繪構(gòu)成幾許體的幾許元素(頂點(diǎn)、線、面等)之間的拓?fù)渎?lián)系，并可輔佐用戶選取特定的幾許元素；結(jié)構(gòu)幾許規(guī)律經(jīng)過樹形操作完結(jié)實(shí)體體素的拼合，構(gòu)成終究規(guī)劃特征。本文首要討論結(jié)構(gòu)幾許法的擴(kuò)展及其在數(shù)控鏜刀特征造型體系中的使用。該辦法對(duì)于其它數(shù)控刀具相同適用。

2 輔佐面切開法的引進(jìn)

因?yàn)閿?shù)控刀具的形體為不規(guī)矩的棱柱體，而結(jié)構(gòu)幾許法選用的拼合體素為規(guī)矩形體，因而，單純選用結(jié)構(gòu)幾許法對(duì)數(shù)控刀具進(jìn)行造型，既不靈敏功率又低。如引進(jìn)輔佐面切開法，則可簡化造型進(jìn)程，進(jìn)步造型功率，在某些狀況下還可下降造型難度。

若選用輔佐面切開法解決上述問題，則只需結(jié)構(gòu)原始長方體和輔佐面P，然后用

P面切開原始長方體，即可達(dá)到目的。

為取得形體Ⅰ，選用結(jié)構(gòu)幾許法需結(jié)構(gòu)三個(gè)別素，即原始長方體、直棱柱Ⅱ和Ⅲ，且直棱柱Ⅱ和Ⅲ中總有一個(gè)直棱柱需被結(jié)構(gòu)為比實(shí)踐需要的體素大，這也增加了不必要的存儲(chǔ)空間。并且，如要確保圖2中Pt點(diǎn)的空間方位，則需進(jìn)步原始長方體和直棱柱Ⅲ的造型要求，經(jīng)確規(guī)劃原始體素的尺度，才能得到符合要求的Pt點(diǎn)。

若選用輔佐面切開法，為取得形體Ⅰ，則只須結(jié)構(gòu)一個(gè)基本體素——原始長方體，然后結(jié)構(gòu)切開輔佐面P1和P2，如需確保Pt點(diǎn)的方位，只要確保P1和P2平面均過Pt點(diǎn)即可，而這一點(diǎn)不難做到。

為敘說便利和清楚，以上所舉二例都是經(jīng)化簡的模型，實(shí)踐造型中所遇到的問題要雜亂得多，并且用結(jié)構(gòu)幾許法結(jié)構(gòu)一個(gè)空間形體能夠經(jīng)由不同的拼合路徑。與一切拼合辦法相比，選用輔佐面切開法都具有明顯的優(yōu)越性。

3 輔佐面切開法的完結(jié)

盡管選用輔佐面切開法可大大簡化結(jié)構(gòu)幾許法，但并非在一切狀況下都能完結(jié)。如圖3所示狀況，為取得形體Ⅰ，有必要在原始長方體上減掉長方體Ⅱ，在此狀況下輔佐面切開法就無法運(yùn)用。因而，輔佐面切開法只能作為結(jié)構(gòu)幾許法的彌補(bǔ)和擴(kuò)展，而無法徹底取代結(jié)構(gòu)幾許法。

輔佐面切開法的使用條件為：

1) 結(jié)構(gòu)幾許法中兩體素有必要作差拼合運(yùn)算；

2) 拼合構(gòu)成的終究形體有必要坐落輔佐面一側(cè)。

因而，為了蕞大限度地使用輔佐面切開法，在構(gòu)成終究形體時(shí)，應(yīng)盡量選用差拼合辦法。但凡能經(jīng)機(jī)械加工得到的零件，均可經(jīng)過精心規(guī)劃基本體素而以差拼合辦法完結(jié)其特征造型。

完結(jié)輔佐面切開法的關(guān)鍵是輔佐面的結(jié)構(gòu)及體素被切開后兩部分的取舍。

平面的幾許界說為：經(jīng)過空間一固定點(diǎn)且垂直于一空間向量的曲面。即由一空間固定點(diǎn)和一空間向量可僅有地?cái)喽ㄒ粋€(gè)平面，其中固定點(diǎn)坐落平面上，空間向量為平面的法向量。因而，平面可由其點(diǎn)法度方程斷定，即

A(X-X0) B(Y-Y0) C( Z-Z0)=0 (1)

其中 P0(X0，Y0，Z0)為一固定點(diǎn)，而V={A，B，C}為平面的法向量。

依據(jù)界說，可用平面上一點(diǎn)和平面的法向量來結(jié)構(gòu)平面。在某些狀況下，如平面的法向量不易斷定，但能較容易地找到平面上的三個(gè)點(diǎn)P0、P1、P2，則可經(jīng)過結(jié)構(gòu)向量V1=P0P1和V2=P0P2，然后求V1和V2的叉積而得到平面的法向量V0=V1×V2。

輔佐面結(jié)構(gòu)完結(jié)后，切開后的形體如何取舍？在此作如下規(guī)則：凡切開后得到的兩個(gè)形體，坐落法向量正方向的形體為所需形體，坐落法向量負(fù)方向的形體為舍棄形體。在結(jié)構(gòu)平面時(shí)，一定要細(xì)心處理法向量的方向，使其指向所需形體。

4 數(shù)控刀具造型規(guī)劃實(shí)例

結(jié)構(gòu)幾許法是實(shí)體造型中廣泛使用的辦法，但單純選用結(jié)構(gòu)幾許法進(jìn)行造型規(guī)劃有時(shí)難度相當(dāng)大。本文提出使用輔佐面切開法對(duì)結(jié)構(gòu)幾許法進(jìn)行擴(kuò)展并使用于數(shù)控刀具的特征造型進(jìn)程，大大下降了造型規(guī)劃的雜亂程度和難度，具有較好的使用價(jià)值。

1．?dāng)?shù)牲加工常用刀具的種類及特色

數(shù)控加工刀具有必要適應(yīng)數(shù)控機(jī)床高速、和自動(dòng)化程度高的特色，一般應(yīng)包含通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄。刀柄要聯(lián)接刀具并裝在機(jī)床動(dòng)力頭上，因而已逐漸規(guī)范化和系列化。

刃口鈍化的刀具切削刃描摹上的微觀缺陷大幅縮減，刃口崩壞的幾率大幅下降，能夠延常刀具使用壽命50%-400%。因此，開展刀具刃口鈍化的研討對(duì)進(jìn)步我國刀具產(chǎn)品的質(zhì)量具有十分重要的含義?，F(xiàn)在，國外的刀具制造廠已廣泛選用刃口鈍化技能，從國外引入的數(shù)控機(jī)床或者生產(chǎn)線所使用的刀具，其刃口已全部經(jīng)過鈍化處理，不只進(jìn)步了工件外表質(zhì)量，下降了刀具成本，一起也帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。刀具鈍化辦法有振蕩鈍化、磨粒尼龍刷法鈍化、磁化法鈍化和立式旋轉(zhuǎn)鈍化等，立式旋轉(zhuǎn)鈍化進(jìn)程實(shí)際上是渙散固體顆粒對(duì)刀具刃口效果的進(jìn)程。

含磨粒的刀具刃口鈍化法具有重復(fù)性好、質(zhì)量高和成本低一級(jí)特色，是現(xiàn)在首要選用的刀具刃口鈍化辦法，通過刀具和磨粒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刃口鈍化，磨粒多選用金剛石、CBN和碳化硅顆粒等?，F(xiàn)在，關(guān)于磨粒效果機(jī)理研討的比較少，首要有沖擊單顆磨粒、沖擊多磨粒磨損、刀具和切屑間存在磨粒、磨料水射流和半固著磨粒等，重點(diǎn)研討磨粒類型、磨粒尺寸和沖擊速度對(duì)外表的影響規(guī)則，而關(guān)于渙散磨粒對(duì)工件外表效果機(jī)理的研討更少。楊成虎研討了多粒子重復(fù)沖擊關(guān)于Cr12鋼的沖蝕磨損，選用實(shí)驗(yàn)與有限元模仿相結(jié)合的辦法驗(yàn)證了有限元模型能夠?qū)嵲谟行У啬７鲁鰶_蝕磨損的實(shí)際進(jìn)程。利用非線性ABAQUS有限元軟件研討了磨粒沖蝕速率、沖蝕角和磨粒粒徑對(duì)刀圈資料(H13鋼)沖蝕磨損行為及殘余應(yīng)力的影響規(guī)則。張偉等運(yùn)用ABAQUS軟件樹立了塑性資料微切削進(jìn)程的有限元模型，研討了磨粒沖蝕角度以及沖蝕速度對(duì)磨損率的影響，斷定了微切削模型的適用沖蝕角范圍。

為了取得合適的鈍化刃口形狀，進(jìn)步切削進(jìn)程的穩(wěn)定性，需求研討渙散固體磨粒對(duì)刀具刃口的鈍化機(jī)理。本文選用ABAQUS有限元軟件樹立了單磨粒和多磨粒對(duì)刀具刃口效果的防真模型，研討了單磨粒和多磨粒對(duì)刃口效果的能量、刃口形變、位移和磨粒速度改變等的影響規(guī)則，關(guān)于從微觀角度知道磨粒鈍化效果具有一定價(jià)值，為研討刀具刃口鈍化機(jī)理提供依據(jù)。

1  單磨粒鈍化刃口防真模型的樹立

依據(jù)立式旋轉(zhuǎn)鈍化法的基本特色，刀具在渙散固體磨粒中進(jìn)行兩級(jí)行星運(yùn)動(dòng)，刀具刃口與渙散固體磨粒不斷進(jìn)行磕碰沖擊，使得刀具刃口鈍化。刀具沿著一定的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，而渙散固體磨粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)則相對(duì)隨機(jī)。因此，渙散固體磨粒對(duì)刀具刃口的鈍化進(jìn)程是十分復(fù)雜的。

作為非線性有限元處理工具，ABAQUS在處理復(fù)雜問題和模仿高度非線性問題上有極大優(yōu)勢(shì)。選用ABAQUS軟件樹立磨粒對(duì)刀具刃口鈍化的防真模型。

①刀具鈍化模型的簡化：因?yàn)槟チＯ嚓P(guān)于刀具刃口要小得多，能夠?qū)⒌毒呷锌诳醋鳠o限大，底端固定不動(dòng)，粒子向刀具刃口沖擊。

②磨粒：磨粒選用80目碳化硅，顆粒形狀設(shè)為球形。

③刀具：選用硬質(zhì)合金刀具，刀具刃口尺寸設(shè)為0.5mm×0.25mm×0.1mm。

④網(wǎng)格劃分：將刀具刃口與磨粒觸摸部分的網(wǎng)格區(qū)域劃分得略細(xì)，磨粒的母線布置種子數(shù)目為10，挑選顯式線性三維應(yīng)力單元C3D4。刀具刃口種子數(shù)目分別設(shè)為10和25，磨粒單元形狀為Tet（四面體），完成網(wǎng)格劃分。

⑤防真設(shè)置：觸摸屬性為Contact，沖擊速度設(shè)置為100m/s，核算剖析步時(shí)刻為5E-5s，設(shè)置20個(gè)剖析步，選用job模塊進(jìn)行求解。

2  單磨粒鈍化刃口防真結(jié)果

(1)刀具刃口應(yīng)力改變規(guī)則

單磨粒對(duì)刀具刃口效果的應(yīng)力矢量云圖見圖1。由圖可知，碳化硅磨粒在沖擊刀具刃口時(shí)，刀具刃口外表會(huì)發(fā)生微小的變形，刃口遭到的應(yīng)力巨細(xì)在觸摸區(qū)以圓弧狀向四周擴(kuò)展，一起應(yīng)力以觸摸點(diǎn)為中心向四周逐步衰減。刃口被沖擊的外表略微下凹，就像一個(gè)小球在地上砸出了一個(gè)坑相同。

圖1  單磨粒對(duì)刀具刃口效果的應(yīng)力散布

(2)刀具刃口的沖擊區(qū)域與應(yīng)力的關(guān)系

刀具刃口的沖擊區(qū)域與應(yīng)力的關(guān)系見圖2。在刀具刃口沖擊區(qū)域內(nèi)，越靠近磨粒沖擊點(diǎn)中心，刀具刃口應(yīng)力越大；越遠(yuǎn)離磨粒與刃口的沖擊區(qū)域，刀具刃口所受的應(yīng)力越小。

(3)刀具刃口的位移改變規(guī)則

單磨粒對(duì)刀具刃口效果的位移曲線見圖3。在刀具刃口鈍化進(jìn)程中，碳化硅磨粒與刃口的沖擊十分時(shí)間短。當(dāng)碳化硅磨粒從0時(shí)刻開端運(yùn)動(dòng)且當(dāng)時(shí)刻到達(dá)7.5E-06s時(shí)，碳化硅磨粒的位移到達(dá)蕞大。爾后，磨粒開端反彈。

圖2  到效果點(diǎn)中心的間隔所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力關(guān)系

圖3  刀具刃口的位移改變規(guī)則

(4)單磨粒速度改變規(guī)則

磨粒在與刃口觸摸時(shí)，與刃口之間的效果速度逐步減小，隨后反彈（見圖4）。

圖4  磨粒速度改變規(guī)則

3  多磨粒防真模型的樹立及結(jié)果

選用三顆磨粒重復(fù)沖擊，研討多磨粒對(duì)刀具刃口的鈍化。邊界條件與資料參數(shù)及邊界的界定與單磨粒模型共同。沖擊速度為300m/s，多磨粒對(duì)刀具刃口鈍化的防真模型見圖5。

圖5  多磨粒對(duì)刀具刃口效果的防真模型

(1)刀具刃口的應(yīng)力散布

圖6為地一顆磨粒對(duì)刀具刃口沖擊的應(yīng)力云圖。由圖可知，在地一剖析步t=2.5003E-06s時(shí)，刀具刃口無太大改變，受磨粒沖擊的中心遭到的應(yīng)力蕞大，蕞大應(yīng)力值為2238MP；當(dāng)?shù)诙w磨粒對(duì)同一位置進(jìn)行沖擊后，刀具刃口所受應(yīng)力區(qū)域顯著增大，所產(chǎn)生的蕞大應(yīng)力值為2341Mpa；當(dāng)?shù)谌w磨粒沖擊刀具刃口時(shí)，刀具刃口遭到的應(yīng)力效果區(qū)域進(jìn)一步增大，蕞大應(yīng)力值為2440Mpa，較前兩次沖擊有所進(jìn)步。

圖6  地一顆磨粒沖擊刀具刃口的應(yīng)力散布

(2)磨粒速度改變規(guī)則

多磨粒沖擊刀具刃口的速度改變規(guī)則見圖7。在0s時(shí)，地一顆磨粒開端與刀具刃口磕碰，隨后磨粒速度開端下降，直至越過零點(diǎn)成為負(fù)值。磨粒速度為負(fù)是因?yàn)槟チ０l(fā)生了回彈，磨粒對(duì)刀具刃口產(chǎn)生磨損。在1.0E-5s、2.0E-5s時(shí)，第二顆磨粒、第三顆磨粒分別與刀具刃口效果，效果方式和地一顆磨粒相同。

圖7  三顆碳化硅磨粒速度改變規(guī)則

刀具刃口在三顆磨粒沖擊下的位移曲線見圖8。地一顆碳化硅磨粒在對(duì)刀具刃口沖擊后會(huì)構(gòu)成一個(gè)的沖蝕坑，接著第二顆、第三顆磨粒重復(fù)沖擊，沖蝕坑不斷增大，多磨粒的沖擊會(huì)使沖蝕坑越來越大。

圖8  刀具刃口遭到重復(fù)沖擊的位移改變

(4)多磨粒對(duì)刀具刃口效果的能量改變規(guī)則

刀具刃口鈍化的進(jìn)程也是能量交換的進(jìn)程。因?yàn)榈毒呷锌谂c渙散固體磨粒不斷地沖擊磕碰，在鈍化進(jìn)程中發(fā)生了磨粒動(dòng)能和刀具刃口內(nèi)能的交換，其能量改變見圖9。

圖9  刀具刃口鈍化的能量改變

由圖9可知，碳化硅磨粒在觸摸刀具刃口后速度開端下降，約在2E-05s時(shí)到達(dá)蕞低。磨粒的動(dòng)能因?yàn)樗俣鹊臏p小而減小，大約在2E-05s時(shí)到達(dá)蕞低。一起，刀具刃口內(nèi)能因?yàn)槟チ５臎_擊呈現(xiàn)出接連上升趨勢(shì)，二者能量曲線基本對(duì)稱，磨粒所消耗的動(dòng)能基本轉(zhuǎn)化成為刀具刃口內(nèi)能，使得刀具刃口進(jìn)行鈍化。

小結(jié)

選用ABAQUS有限元剖析軟件樹立了磨粒對(duì)刀具刃口沖擊的防真模型，研討了磨粒沖擊刀具刃口時(shí)磨粒速度、刃口應(yīng)力、刃口位移和能量等的改變規(guī)則。首要定論如下：

(1)當(dāng)單磨粒對(duì)刀具刃口進(jìn)行鈍化時(shí)，刀具刃口的應(yīng)力在沖擊區(qū)域以圓弧狀向四周擴(kuò)展。碳化硅磨粒與刃口的沖擊十分時(shí)間短，磨粒從零時(shí)刻開端運(yùn)動(dòng)，當(dāng)時(shí)刻到達(dá)7.5E-06s時(shí)，碳化硅磨粒的位移到達(dá)蕞大，爾后，磨粒開端反彈。

(2)當(dāng)多碳化硅磨粒對(duì)刀具刃口進(jìn)行不斷沖擊時(shí)，受力區(qū)域不斷增大，刀具刃口所受應(yīng)力增大，沖蝕坑不斷增大。