陶瓷刀具低速切削时的有限元分析
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数控刀具
摘要:采用有限元方法对梯度功能陶瓷刀具和普通陶瓷刀具的机械应力场进行了计算和分析,结果表明:梯度功能陶瓷刀具和普通陶瓷刀具的机械应力基本相等,在低速切削时梯度功能陶瓷刀具的抗破损能力与普通陶瓷刀具相比并无太大优势。
1 梯度功能陶瓷刀具的三维机械应力场计算模型
图1 机械应力的计算模型
r有FZ、Fy和Fx三个分量。由于采用有限元法计算时切削力要施加在各节点上,所以假定切削力沿刀—屑接触长度方向为三角形分布,而沿主、副切削刃方向为均匀分布。由某文献可知,SG-4陶瓷刀具在加工淬硬高碳工具钢时的切削力经验公式为 Fz=34444ap0.88f0.65v-0.12(1)
Y=0.5Fz(2)FX=0.8Fz(3)表1 两种陶瓷刀具在各种切削速度下的三维切削力分量值v(m/min)50100150Fz(N)74.968.965.4FX(N)59.955.152.3FY(N)37.534.532.7
p=0.2mm,工件材料为T10A(硬度59.5HRC)。FG-2各层的物理性能见表2(SG-4的物理性能与FG-2的第一层相同)。
(g·cm
-3)导热系数k(20℃)
[w·(mK)-1]比热C(20℃)
[cal·(gK)-1]热膨胀系数a(20℃)
(×106/K-1)弹性模量E
(GPa)泊松比v45.66635.160.1277.660424.70.2423/55.9434.350.1217.522432.60.2392/66.2233.550.1157.386440.70.2351/76.5032.770.1107.251448.90.232
2 三维机械应力场的计算结果及分析
图2 FG-2和SG-4的最大Mises应力与切削速度的关系曲线
图3 FG-2和SG-4的最大剪应力与切削速度的关系曲线
图4 FG-2和SG-4的最大拉应力与切削速度的关系曲线
图5 v=50m/min时FG-2主后刀面最大拉应力场
图6 v=50m/min时SG-4主后刀面最大拉应力场
3 结论
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