基于ti（c，n）基金属陶瓷刀具的金属切削过程的有限元分析

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1、基于'ri(c，N)基金属陶瓷刀具的金属切削过程的有限元分析摘要金属切削加工是机械制造中最常用也是最重要的加工工艺。随着电子、光学、生物医学等精密设备的需求不断增加，产品的体积越来越小，对切削加工的质量就提出了更高的要求。因此，研究切削过程、掌握切削规律、实现优化切削，不论对传统切削还是对新型切削技术均有非常重要的意义。本文首先基于液相烧结法制备出了Ti(C，N)基金属陶瓷刀具，并通过试验和计算的方法获得了材料性能；其次，采用刚粘塑性有限元法。以新型Ti(C∽基金属陶瓷刀具为研究对象，建立了不同前角的切削有限元模型，实现了金属切削过程的模拟，从主切削力、刀具的温度分布和应力状态等方

2、面分析了刀具磨损的原因，得到了刀具的磨损曲线；最后，对试验制备出的新型Ti(C，N)基金属陶瓷刀片进行了切削物理试验，并得出不同前角刀具的磨损量曲线。通过分析得到以下结论：增大刀具前角，主切削力减小，切削温度降低，刀具上的等效应力减小；切削初期，刀具上的磨损区面积迅速增加，然后缓慢增长，且Y=100刀具的磨损性能最好；综合上述因素得出Ti(C，N)基金属陶瓷刀具切削45钢的最优前角；另外，切屑的卷曲半径与材料有关：工件材料中含碳量越低，塑性越好，切屑的卷曲半径越大，切屑越不容易断裂；模拟结果与试验结果一致，验证了数值模拟的正确性。论文的研究结果表明，金属切削有限元模拟能够对切削过程

3、的各主要物理要素进行理论预报，可以为研究金属切削理论以及研发新型刀具材料提供可行的方法，对高效、低耗地进行金属切削研究具有重要意义。关键词：Ti(C，N)基金属陶瓷切削性能有限元模拟刀具前角刀具磨损FEAofmetalcuttingprocessbasedonTi(C，N)一basedcermetscutterAbstractMachiningofmetalsisamajorprocessingtechnique．Astheincreasingdemandsofprecisionequipmentsinelectronic，opticalandbiologicalfield，the

4、dimensionoftheproductbecomessmaller；Asaresult，thequalityrequirementsofcuttingproductbecomeshigher．Consequently,itissignificantforeithertraditionaloradvancedmachiningtechniquetostudycuttingprocess，masterthelawofmachiningandtooptimizethecuttingprocess，Firstly,theTi(C，N)-basedcermetcutterswerepre

5、paredthroughliquid—phasesinteringmethod；Thematerialperformanceweremeasuredandcalculated．Secondly,basedonrigid-plasticfiniteelementmethod，machiningfiniteelementmodelsofdifferentrakeangleswerebuilt，andthecuttingprocessofTi(C，N)-basedcermetcuttersweresimulated；thereasonsoftoolwearwereanalyzedthro

6、ughmaincuttingforoe，distributionofcuttingtemperatureaswellasstresscondition．Lastly,machiningtestsofTi(C，N)-basedcermetcutterswereimplemented；thetoolwearcurvesofdifferentrakeangleswereobtained．Someimportantconclusionsfromthestudyaredrawnasfollows：Firstly，withtheincreasingofrakeangle，maincutting

7、force，cuttingtemperatureandalsoequivalentstressontoolsarefallingdown．Secondly,attheearlystageofmetalcutting，thewearareaontoolisincreasingrapidly，thenslowingdown；andthewearperformanceofV=10。cutteristhebestofa11．Generalizedfromallthefacto