刀具应力

车削可转位刀具接触应力的有限元分析的开题报告一、选题背景车削加工是金属加工中常见的一种方法。

刀具的接触应力是影响车削加工质量和刀具寿命的重要因素之一。

因此，对车削可转位刀具接触应力的研究具有重要的理论和应用价值。

二、研究现状目前，国内外学者们对于车削可转位刀具接触应力的研究主要采用有限元分析法。

其中，材料本构模型的选择、有限元建模、刀具截面形状等因素均对有限元分析结果产生一定的影响。

已有学者通过对这些因素的探究，对车削加工中刀具接触应力的特点进行了深入的研究，取得了一定的进展。

三、研究内容本文将采用有限元分析方法，建立车削可转位刀具接触应力的数学模型，研究其在不同工况下的变化规律。

同时，通过实验验证有限元分析结果的准确性，以提高研究成果的可信度和实用性。

四、研究目标本文旨在分析车削可转位刀具接触应力的特点，寻找降低其应力水平的解决方案，从而提高车削加工的效率和质量。

同时，通过对有限元分析方法和参数的探究，提高该方法在车削加工领域中的应用价值和可靠性。

五、研究方法1.理论分析：对车削可转位刀具接触应力的特点及其影响因素进行分析。

2.有限元分析：建立车削可转位刀具接触应力的有限元模型，通过有限元分析软件进行模拟计算。

3.实验验证：通过实验验证有限元分析的结果是否准确，该步骤主要是为了提高研究成果的可信度和实用性。

六、论文结构第一章：绪论- 选题背景- 研究现状- 研究内容- 研究目标- 研究方法- 论文结构第二章：理论基础- 车削可转位刀具的特点- 刀具接触应力的影响因素- 有限元分析方法第三章：有限元分析- 有限元分析模型的建立- 材料本构模型的选择- 有限元分析参数的设计第四章：实验验证- 实验设计- 实验结果分析第五章：结论与展望- 研究成果回顾- 问题与不足- 讨论与展望七、参考文献八、攻读计划时间安排：第1-2周：查阅参考资料、撰写开题报告。

第3-6周：理论分析，编制论文框架，编写理论部分。

钻石刀具的应力分析及其对切削性能的影响引言：钻石刀具作为一种新型刀具，具有优异的硬度、热稳定性和化学稳定性，因此被广泛应用于高速切削加工领域。

在实际应用中，钻石刀具的切削性能是决定其加工效果和寿命的重要因素之一。

而钻石刀具的应力分布对其切削性能有着重要影响。

本文将探讨钻石刀具的应力分析及其对切削性能的影响，以期为钻石刀具的应用和改进提供参考。

一、钻石刀具的应力分析方法1. 基于有限元分析的方法：有限元分析是一种常用的工程分析方法，也适用于钻石刀具的应力分析。

该方法将钻石刀具切割过程简化为各种工况下的切削力和刀具应力的求解。

通过建立合适的有限元模型，在软件中进行数值模拟，可以得到不同工况下钻石刀具应力的分布情况。

2. 基于力学模型的方法：力学模型方法是通过建立刀具表面的几何形状、切削力、热源和边界条件等参数，并利用力学方程求解刀具的应力分布。

该方法可以结合理论计算和试验分析，得到相对准确的刀具应力分布结果。

二、钻石刀具应力分析的影响因素1. 切削参数对刀具应力的影响：切削参数是指切削速度、进给量和切削深度等因素，这些参数的改变会直接影响切削力和切削温度的变化，从而进一步影响刀具的应力分布。

一般来说，切削速度越大，切削力越大，刀具应力分布越不均匀。

2. 刀具材料对刀具应力的影响：常见的刀具材料有天然金刚石和合成金刚石。

这两种材料的硬度和热稳定性有很大的差异，因此对钻石刀具的应力分布产生影响。

一般而言，合成金刚石的热稳定性较好，能够更好地承受切削温度的影响，从而减小刀具应力。

3. 刀具几何形状对刀具应力的影响：刀具的几何形状也会对刀具应力产生影响。

例如，刃角越小，半径越大，切削力分布越均匀，刀具应力分布也较均匀。

三、钻石刀具应力对切削性能的影响1. 切削力和切削温度的增加：钻石刀具在切削过程中受到的应力增加，会导致切削力的增加。

过大的切削力会导致刀具的磨损加速，甚至造成刀具断裂。

同时，刀具应力的增加也会增加切削温度，进一步降低切削性能。

正应力与切应力1. 引言在材料力学中，正应力和切应力是描述物体内部力学行为的重要概念。

正应力是垂直于物体截面的力的作用，而切应力则是平行于截面的力的作用。

正应力和切应力的分布和变化对于材料的性能和结构的稳定性具有重要影响。

本文将对正应力和切应力的概念、计算方法以及应用进行全面探讨。

2. 正应力2.1 概念正应力是垂直于物体截面的力的作用，通常用符号σ表示。

正应力的大小可以通过受力面积和力的大小计算得出。

当一个物体受到平行于截面的力时，由于力的不均匀分布，物体内部会产生正应力的分布。

正应力可以是拉力（正向），也可以是压力（负向），其作用方向与施加力的方向相反。

2.2 计算方法正应力的计算方法可以通过斯特明法则（Stress transformation law）得出。

斯特明法则可以将一个平面上的的正应力分解为两个和这个平面相关的正应力。

考虑物体上的一个点P，通过斯特明法则可以计算出任意平面上的正应力分量。

2.3 正应力的应用正应力在工程领域有广泛的应用。

例如，在建筑结构中，正应力的分布和变化对于结构的安全性和稳定性至关重要。

工程师可以通过计算正应力来预测材料在受力下的变形和破坏情况，从而设计出更安全可靠的结构。

3. 切应力3.1 概念切应力是平行于物体截面的力的作用，通常用符号τ表示。

切应力的大小可以通过受力面积和力的大小计算得出。

当一个物体受到垂直于截面的力时，由于力的不均匀分布，物体内部会产生切应力的分布。

切应力的方向与施加力的方向相同。

3.2 计算方法切应力的计算方法可以通过剪切应变和弹性模量之间的关系得出。

剪切应变是切应力和截面积之比，弹性模量是材料的刚度指标。

通过剪切应变和弹性模量的关系，可以计算得出切应力的大小。

3.3 切应力的应用切应力在材料加工和工程领域有重要的应用。

例如，在金属切削加工中，切应力决定了切削力的大小和方向，对于刀具的设计和选择非常重要。

此外，在土力学中，切应力是研究土壤剪切特性和土体稳定性的重要参数。

刀具经过深冷理之后有哪些优势刀具经过深冷处理后可以获得许多优势。

下面将详细介绍深冷处理对刀具的影响以及带来的优势。

一、提高硬度和耐磨性深冷处理可以使刀具的晶体结构发生变化，从而提高其硬度和耐磨性。

冷却到极低温度会导致金属中的碳元素均匀沉积，并形成更稳定的碳化物。

这些碳化物在晶界和晶内生成，使得刀具表面更加硬度和耐磨。

通过深冷处理，刀具的寿命可显著延长。

二、提高刚性和稳定性深冷处理可以减少残余应力，并改善刀具的刚性和稳定性。

刀具在使用过程中受到热膨胀和热收缩的影响，可能导致变形和应力集中。

通过深冷处理，刀具内部的残余应力可以得到有效地消除，使刀具更加稳定，减少变形和应力集中的风险。

三、提高耐腐蚀性深冷处理可以增加刀具的抗腐蚀能力。

在深冷处理过程中，刀具表面会形成一层致密的氧化物保护层，能有效地防止刀具与环境中的氧、水等导致腐蚀的物质接触。

这种保护层可以提高刀具的耐腐蚀性，延长使用寿命。

四、减少磨损和缺陷深冷处理可以减少刀具的磨损和缺陷。

在切削过程中，刀具表面容易出现磨损、疲劳开裂等问题。

深冷处理可以有效地改善刀具的内部结构和组织状态，减少晶界、孪晶和缺陷的形成。

同时，深冷处理还可以提高刀具的抗冲击性能，减少碎裂和断裂的风险。

五、提高刀具的热稳定性深冷处理可以提高刀具的热稳定性。

在高温环境下，刀具容易出现软化、变形和失效等问题。

深冷处理能够改善刀具的热膨胀系数和热传导性能，使刀具能够承受更高温度的作用，保持良好的切削性能和稳定性。

六、提高刀具的切削性能深冷处理可以提高刀具的切削性能。

经过深冷处理的刀具表面更加光滑和均匀，能够减少与工件的摩擦阻力，降低切削力和热量积聚。

同时，深冷处理还可以改善刀具的切削刃和刃口的锐利度，提高切削质量和效率。

七、高速钢刀具打的变形开裂及防止措施淬火变形是钢淬火必然产生的客观规律。

高速钢刀具在热处理过程中经常遇到变形开裂的问题，尺寸较大、形状较复杂的刀具及细长的刀具尤为突出（前者易开裂，后者易变性）。

现在仅将生产过程中遇到的刀具变形、开裂情况及防止措施，结合典型刀具为例作一些说明。

【高速钢刀具产生变形开裂的原因】高速钢刀具产生变形开裂，主要是受到组织应力和热应力的影响。

1、组织应力的影响刀具在加热和冷却过程中发生各种组织转变，由于钢中各组织的比容不同，因此在相变时发生体积变化。

尤其是高速钢，淬火冷却胡得到高合金度的马氏体组织，马氏体的比容大，使刀具淬火后体积膨胀。

另一方面，由于刀具具有复杂的几何形状，加热和冷却是的组织转变非同时进行，一些尖角的地方容易引起应力集中，导致刀具变形开裂。

影响组织应力大小的因素很多，如加热温度、冷却方法等。

要减小组织应力，主要是在热处理中设法调节马氏体。

奥氏体和贝氏体的相对量，这与淬火方法（油淬分级及等温淬火）直接有关。

2、热应力的影响热应力是刀具在加热和冷却是产生内外温差所引起的。

由于工件表里各种存在温差、造成热胀冷缩的不一致。

高速钢的导热性较差，更加剧热应力的作用。

故对一般易裂易变性的刀具应采用多次预热、多次分级、甚至等温的工艺。

3、原材料碳化物偏析导致变形开裂生产实践中由于碳化物的不均匀性，是工具沿碳化物集中处开裂。

例如铣刀、剃齿刀等刀具的内孔开裂，多数是上述原因所导致的。

4、淬火前刀具内部存在较大的应力在处理过程中易引起变形开裂。

例如薄形锯片铣刀在处理前先消除应力，处理后能减少变形。

5、淬火温度过高使钢材强度大大下降，因此在加热和冷却过程中容易发生变形与开裂。

实践经验证明，凡刀具有过热、过烧现象，则刀具变形就大（如车刀、钻头之类），容易引起开裂（如铣刀、滚刀之类）。

6、冷却过快在热应力和组织应力的复杂作用下，易引起变形开裂。

同样，加热过快也易引起变形开裂。

高速钢具有极好的淬透性，只有在600℃以后缓慢的冷却都不妨碍刀具的硬度和其他切削性能。

文章编号:1001-2265(2009)05-0100-03收稿日期:2008-11-03作者简介:樊宁(1972 ),男,山东济南人,济南大学机械工程学院副教授,博士,研究领域为现代切削技术,(E -m ail )m e_f ann@u j .cn 。

刀具前角对加工残余应力的影响分析樊宁1,2,陈明2,郭培全1(1.济南大学机械工程学院,济南 250022;2.上海交通大学机械与动力工程学院,上海 200240)摘要:切削加工过程中在工件表面产生的残余应力的大小和分布对工件的使用性能有重要影响。

实践表明工件表面残余应力与刀具前角密切相关。

文章建立了二维切削模型,利用有限元法计算分析了残余应力与刀具前角的关系。

结果表明,在前角一定变化范围内,工件表面主要产生残余拉应力,其值随前角增加先增大后减小,残余拉应力层的厚度与刀具前角关系不明显。

因此可以通过改变刀具前角来控制加工过程中的残余应力。

关键词:残余应力;有限元;前角中图分类号:TG501 文献标识码:AEffects of Cutting ToolR ake Angle on M achi n ing Resi d ual StressF AN N ing 1,2,C HEN M ing 2,GUO Pe-i quan1(1.School ofM echanical Eng i n eering ,Un iversity o f Ji n an ,Ji n an 250022;2.School o fM echan ica l Eng i n eer -i n g ,Shangha i Jiao tong Un i v ersity ,Shangha i200240,China)Abst ract :The value and d istri b uti o n of the residual stress generated on the wo r kp iece surface have g reat effect on applicati o n perfor m ance for the w orkpiece .The residua l stress on w orkp i e ce surface has close relation w ith cutting tool rake angle .The t w o di m ensional cutti n g m odel is estab lished and the relation bet w een resi d ual stress and rake ang le is analyzed by FE M in the present paper .It is proved t h a,t in a certa i n range o f rake an -g le ,the tensile resi d ua l stress is generated on t h e w orkpiece surface ,w hich i n crease w ith rake ang le i n crease at first and decrease subsequently .The t h ickness o f resi d ual stress layer has no obv i o us re lati o n w ith rake angle .Thus the resi d ual stress could be contro lled by chang ing the cutting tool rake ang le .K ey w ords :resi d ual stress ;FE M;rake ang le0 引言切削加工过程中会在工件表面产生残余应力,残余应力的大小和分布对工件的使用性能有重要影响,尤其对薄壁件加工,残余应力会产生很大的工件变形[1],严重影响工件的后续加工与装配。

Ｗ Ａ Ｎ Ｇ — ，Ｇ Ｕ Ｏ ｉｙ ｎ Ｓｕ ｙｕ Ｐｅ— ａ ， ＬＩ Ｍ ｉ — ａ ｎｇ ｙ ｎ。
（ ． ｏ ｌｇ ｆＭ ｅ ｈ ｎｃ ｌ ｎ ｅ ｔｏ ｉ ｇ ，Ｓ Ｔ，Ｑｉｇ ａ ，Ｓ ａ ｄ ｎ ６ ５ ０ １ Ｃ ｌ ｅｏ ｃ ａ ｉａ ｄ Ｅｌｃｒ ｎｃＥｎ ． ＵＳ ｅ ａ ｎ ｄ ｏ ｈ ｎ ｏ ｇ ２ ６ １ ，Ｃｈｎ ｉａ；
金 属切 削加 工是一 个 伴 随着 高温 、 压 、 高 高应 变
率 的塑性 大变 形 过 程 ， 已加 工 表 面 上 会 产 生 较 大 在
的磨损 和 刀刃 圆 弧半 径 对 残 余 应 力 的影 响很 大 ， 其
次是 刀具 前角 。有 限元 法是 现 今金属 切 削加工 理论
的残 余应 力 。残余 拉 应力 会 降 低零 件 的疲 劳 强度 ， 使零 件表 面产 生微 裂 纹 ， 降低零 件 的使 用 寿命 ； 残余 压应 力 由于分 布 不均 匀 ， 零 件 的使 用 性 能 也 有不 对 利 的影 响 。。所 以正确 的预测残 余 应力 ， 于 优 化 。Ｉ 。 对
摘
要： 建立 了平 面应 变状 态下的正 交切 削模 型， 并基 于热一 弹塑性 有 限元理论 和改进 的 ａ ｒｎ ｅ 法 用有限 Ｌ ｇａ ｇ 方 利
元软件对切 削过程 和残余 应力 的获得过 程进行模拟 ， 得到 了已加 善表 面残余 应力 的分布 规律 ， 以及 刃具前 角和刀
刃 圆弧半径对残余 应力的影响规律 。研 究发 现 ， 余应 力的数值 随 着圆孤半 径的 增大而 增大 ， 着刀具前 角 的增 残 随 大雨减小 。本文 的结论 可为调整和控制 残余应力 高 已加工表 面质量提供前 角 ； 刃 圆 弧 半 径 有 残 刀 刀

最大剪切应力计算公式在工程力学和材料力学中，最大剪切应力计算公式可是个相当重要的知识点呢。

先来说说什么是剪切应力。

想象一下，你拿着一把剪刀剪东西，剪刀刀刃对物体施加的力，会让物体内部产生一种应力，这就是剪切应力。

那最大剪切应力又是怎么回事呢？比如说，一根圆轴在受到扭转力的时候，它不同位置的剪切应力大小是不一样的。

在轴的表面上，会出现一个最大的值，这个值就是最大剪切应力。

最大剪切应力的计算公式是τmax = T * r / J 。

这里面，T 表示扭矩，r 表示圆轴半径，J 表示极惯性矩。

为了让大家更好地理解这个公式，我给大家讲个我自己的经历。

有一次，我去一个工厂参观，看到工人们正在加工一些金属轴。

我就好奇地问他们，怎么知道这些轴能承受多大的扭转力而不会损坏。

其中一个经验丰富的师傅就跟我说，这就得靠计算最大剪切应力。

他给我举了个例子，如果一根轴的扭矩是 1000 N·m，半径是 0.1 米，极惯性矩是 0.01 m⁴，那么最大剪切应力τmax 就等于 1000 × 0.1 / 0.01 = 10000 Pa 。

师傅还特别强调，要是超过了这个最大剪切应力，轴就可能会出现裂纹甚至断裂，影响生产安全和产品质量。

在实际应用中，这个公式用处可大了。

比如在汽车制造中，传动轴的设计就需要用到最大剪切应力计算公式，来确保在各种复杂的行驶条件下，传动轴能够稳定工作。

还有在机械加工中，选择合适的刀具和切削参数，也得考虑材料所能承受的最大剪切应力。

再比如建筑领域，大型桥梁的钢梁在承受车辆和风力等荷载时，工程师们得精确计算钢梁内部的最大剪切应力，以保证桥梁的结构安全。

要是计算不准确，后果不堪设想。

总之，最大剪切应力计算公式虽然看起来有点复杂，但只要我们理解了它的原理和应用，就能在很多工程和实际问题中派上大用场，帮助我们做出更合理、更安全的设计和决策。

希望大家通过我的讲解，对这个公式有了更清晰的认识，以后在遇到相关问题时，能够准确地运用它来解决问题。

56科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATIONDOI：10.16661/ki.1672-3791.2019.23.056基于有限元法的刀具切削过程的应力应变分析①王娟娟 续富琴(吕梁学院 山西吕梁 033300)摘 要：刀具切削金属是机械加工中不可或缺的一种加工方式。

该技术是每个国家机械加工实力的重要标志，是加工制造业的关键步骤，并且对制造业发展有着至关重要的作用。

该文在有限元仿真软件ANSYS的帮助下，建立一套以YT类硬质合金钢切削铝合金的工件为基础的二维直角切削模型，进行数值模拟分析，获得了工件在不同分析步时间长度的应力应变的分布，揭示了整个加工过程中工件应力场、应变等变化规律。

关键词：切削加工 计算机仿真 有限元 应力应变中图分类号：TG506.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2019)08(b)-0056-02刀具切削金属是机械加工中不可或缺的一种加工方式。

该技术是每个国家机械加工实力的重要标志，是加工制造业的关键步骤，并且对制造业发展有着至关重要的作用[1]。

该课题基于刀具切削机理，利用有限元分析软件ANSYS，对金属切削过程中不同分析步时间阶段中工件和刀具的应力应变变化进行分析。

通过确定材料性能参数，建立工件和刀具的二维直角金属切削材料模型，进而对材料模型施加约束、载荷，通过ANSYS软件进行计算求解，之后选择应力应变云图，通过分析云图得出刀具切削过程中的工件的应力应变变化情况。

该方法不仅所需的成本低、效率高，而且可以得到由实验测不出的一些数据结果，比如工件的应力、应变场在每个时间段的变化。

1 建立有限元模型1.1 建立材料模型以前角25°、后角8°的位置放YT类硬质合金刀具切削①作者简介：王娟娟（1989—），女，汉族，山西吕梁人，硕士，助教，研究方向：材料的性能。

铝合金，从长为4cm，宽为1cm的工件上切削厚度为2mm的切屑为基础，来建立二维正交切削模型。

刀具破损与断裂原因的分析与解决策略在工业生产中，刀具的破损和断裂是一个常见的问题，它会严重影响加工质量和效率。

本文将分析刀具破损和断裂的原因，并提出解决策略，旨在帮助企业提高生产效率和降低成本。

首先，刀具破损和断裂的原因可以分为以下几个方面：1. 材料质量问题：如果刀具的材料质量不佳，存在强度和硬度不足等问题，容易导致刀具破损和断裂。

因此，在选择刀具供应商时，企业应该注重供应商的信誉和质量保证。

2. 加工参数不合理：刀具在加工过程中，遭受到不断的冲击和摩擦力，如果加工参数设置不合理，比如切削速度过高、进刀量过大等，可能会导致刀具过早磨损和断裂。

因此，企业应该对不同材料的加工参数进行合理设置，并不断进行优化改进。

3. 刀具维护不当：刀具在使用过程中，需要注重维护保养。

如果刀具没有定期进行清洗、润滑和修复，切削边缘容易出现磨损和破裂。

因此，企业应该建立健全的刀具管理制度，确保刀具的定期维护和更换。

4. 刀具设计不合理：刀具的设计也是引起破损和断裂的重要原因之一。

如果刀具的结构设计不合理，比如切削角度过大、切削刃强度不足等，会使刀具容易产生应力集中，从而加速磨损和断裂。

因此，企业应该选择性能优良、结构合理的刀具进行加工操作。

针对上述的原因，以下是解决刀具破损和断裂的策略：1. 优质材料选择：企业应该选择质量可靠、性能稳定的刀具供应商，确保所使用的刀具材料具有足够的强度和硬度。

同时，可以通过送样测试和与供应商的密切合作，不断改进刀具材料的性能。

2. 加工参数优化：企业应该对不同材料的加工参数进行合理设置，并进行实验验证和数据分析。

通过不断调整切削速度、深度和进给量等参数，控制切削过程中的热量和应力分布，从而延长刀具的使用寿命。

3. 刀具维护保养：企业应该建立健全的刀具管理制度，定期进行清洗、润滑和修复。

同时，刀具管理人员应该接受专业的培训和指导，掌握刀具维护的技巧和方法，确保刀具的良好状态。

4. 刀具设计改进：企业在选择刀具时，应该注重刀具的设计和制造工艺。

不是 由外 力加 负 载所 引起 的 。
２１ 建立有限元模型 ． 建立 涂层 为 Ｔ Ｎ， ｉ 基体 的材 料分 别为 高速 钢 和 ＷＣ硬质 合 金 ，尺 寸 为 １ ６ｍｍ ×１ ６ｍｍ ×５ｍｍ， 涂 层厚 度为 ３ｕ 的 的刀 ｍ
具 模型 。 接截 取 刀具 的 直
是 高速 钢和 ＷＣ硬 质合金 。
关 键词 ：涂 层 刀具 ；残 余应 力 ； ＡＮＳ ； Ｘ射 线应 力测量 法 ＹＳ
中图分 类号 ：Ｔ ７ １ Ｇ １
文 献标 识码 ：Ａ
大量 生产试 验表 明， 在高 速钢 刀具 或硬质 合 金 刀具 表面 涂上一层 氮 化钛硬 质薄 膜后 ， 削效率 可 切
种材 料 属性 见表 １ 。
表 １ 材 料属 性
分 主要验 证 了应 力有 限元 分析 的正 确性 。
１ 理 论基础
薄 膜与 基体 之 间构成一 个 相互联 系 、 互作 用 相 的统一 体 ， 这种 相 互作用 宏观 上是 以２ 种力 的形 式 表 现 出来 ： 其一 是表征 薄膜 与基 体接触 界 面 间结 合 强 度 的附着 力 ； 其二则 是反 映薄 膜单 位界 面所承 受 的来 自基体 约束 的作 用力 即薄 膜应力 ， 常是 指 内 通 应力 ， 即应力是 由薄膜 本身 的微 结构 所决 定 的 ， 而
维普资讯
涂层 刀具 残 余 应 力 的分 析 与试 验 验 证 术
周 兰英 ，田建 朝
（ 京理工 大 学 机械 与车辆 工程 学院 ，北 京 １０ ８ ） 北 ００ １
摘 要 ：用 Ａ ＹＳ分析涂 层 刀具主 截 面的残 余应 力，获得 应 力场 分布 与应 力分 布 曲线 。应 用 Ｘ射 ＮＳ 线应 力测量 法 获得 残 余应 力实际值 ，验 证应 力分布 的正确 性 。涂层 材料选 择 的是 Ｔ Ｎ，刀具材 料选 择 的 ｉ

主应 力 和最 小 主应 力 相差 甚 大 ， 切 削刃 附 近作 用 的 使
Ｏ ２Ｊ ｖ ＝ Ｆ Ａ
，
２ ｙ／ Ｆ Ａ
最大 剪应 具 刀
前 角 。＝ 。 ， ０ ） 切削 刃附近 可达 ４ ２ 。 ０ ＭＰ
式 中 ： Ｆ Ｆ Ｆ 、 分 别 为 主 切 削 力 、 深 抗 力 、 给 抗 切 进
料表 明 ， 约 ３ ５ ％ 的刀具 ， 别是 硬质 合金 刀具 ， 大 ０～ ０ 特 是 由于破损而 导致不 能继续使 用 。况 且 由于 刀具 的 破损会 造成零 件 报废 ， 接 影 响产 品的成 本 。所 以对 直 刀具 的破损作 出准确 的预测显 得尤 为重要 。 分 析计算 刀具 的应 力分布 就成 为了一个 重要 的研 究课题 。由于 金属 切 削过 程 的 复杂 性 ， 一般 都 从 正交 切削人 手 ， 然后 扩 大 到非 正 交切 削 。本 文应 用 有 限元 方法对 正交切 削刀具 的应力进 行 了分 析 。
前 刀 面 上 的剪 应 力 在 紧密 型 接 触 区长 度 ｚ 内保 持不 变 ， 而且 为最 大值 。在 峰点 型 接触 长度 ｆ内线 性 ２
减小 ， 在刀 一屑分离 点处 以后 剪应 力为 ０ ； 后 刀面上 的正 应力 和 剪应 力 与 刀 具 的磨 损 有关 。
如有磨 损 ， 力 和剪 应力 在刀 刃处 最大 ， 正应 在磨损 范 围
李海 宁 单晨伟 蔺小军 ， ，
（． １ 西安航 空发动机 （ 团） 限公 司 ， 集 有 陕西 西安 ７０ ２ ； １０ １
２ 西北工 业大 学 现代设 计 与集成制造 技术教 育部 重点 实验 室， ． 陕西 西安 ７ ０ ７ ） １０ ２
摘 要： 应用有限元方法计算 了正交切 削刀具 的应 力。对正剪切和 负剪切 的应 力分布进行 了比较 ，

高速加工对刀具应力与磨损的影响分析高速加工是指在高速转动下对工件进行切削加工的一种加工方式。

其加工效率高、表面质量好、工具寿命长等特点，使其在现代制造业中得到广泛应用。

然而，高速加工对刀具造成的应力和磨损问题一直是制约其进一步发展的关键因素之一。

本文将对高速加工对刀具应力与磨损的影响进行分析。

高速加工会产生较大的切削力和热应力，这些应力会加速刀具磨损过程。

首先，高速加工引起的切削力较大，会导致刀具承受较大的机械冲击。

这种机械冲击会导致刀具表面出现脱落和裂纹，并加剧刀具的磨损。

其次，高速加工会产生较高的温度，从而引起刀具表面的热应力。

这种热应力容易导致刀具表面的脱落，并进一步引起切削边缘的断裂。

这些切削边缘的断裂进一步加剧了刀具的磨损与失效。

为了解决高速加工对刀具的应力和磨损问题，研究者们提出了一系列的解决方案。

首先，选用高硬度、高强度的刀具材料可以改善刀具的耐磨性和抗应力性能。

例如，采用纳米结构刀具材料可以提高刀具的硬度和强度，从而降低切削时的应力和磨损。

其次，采用合适的润滑剂和冷却剂可以有效降低切削时产生的热应力。

这些润滑剂和冷却剂可以散热、减少刀具受热，从而减缓刀具的磨损和断裂。

此外，还可以通过改变刀具的几何形状和切削参数来减少切削力和应力。

例如，增加刀具的前角和侧后角可以降低切削力和应力，减少刀具的磨损。

高速加工对刀具应力和磨损的影响也与加工表面质量和切削稳定性密切相关。

高速加工的切削速度较快，刀具与工件之间的接触时间非常短。

这样一来，切削过程中产生的应力会导致切削边缘的磨损和切削颤振的产生。

为了提高加工表面质量和切削稳定性，可以采用数控系统的切削方式和合理的进给量，提高工件的刚度和稳定性。

总结来说，高速加工对刀具应力和磨损的影响主要表现在切削力和热应力的产生。

针对这些问题，可以通过选用合适的刀具材料、使用润滑剂和冷却剂、改变刀具几何形状和切削参数来降低应力和磨损。

此外，加工表面质量和切削稳定性也与刀具应力和磨损密切相关。

金属切削原理与刀具Principle of Metal Cutting and Cutting Tools 第六章刀具磨损、破损和刀具耐用度第六章刀具磨损、破损和刀具耐用度6.1 刀具磨损的形态6.2 刀具磨损的原因6.3 刀具磨损过程及磨钝标准6.4 刀具耐用度的经验公式及刀具耐用度的分布6.5 合理耐用度的选用原则6.6 刀具的破损磨损：切削时的摩擦使得刀具材料逐渐磨钝，造成切削部分形状和尺寸改变切削力增加；切削温度上升；切削颜色改变；产生振动；工件尺寸超差；已加工表面质量明显恶化刀具损坏形式主要有：磨损和破损。

磨损损坏是连续的逐渐磨损；破损包括脆性破损和塑性破损刀片磨损车削用金属陶瓷刀片刀尖半径处后刀面磨损和月牙洼磨损第六章刀具磨损、破损和刀具耐用度6.1 刀具磨损的形态一、前刀面磨损切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，在刀具前刀面上经常会磨出一个月牙洼。

前刀面月牙洼磨损值以其最大深度KT表示。

图6-1 刀具的磨损形态二、后刀面磨损加工脆性材料或在切削速度较低、切削厚度较小（＜0.1mm）的塑性材料，前刀面上刀屑间的作用相对较弱，主要发生后刀面磨损，后刀面磨损带往往不均匀。

刀尖处VC，主切削刃靠近工件外皮处的后刀面VN，中间部位磨损较均匀VB、VBmax。

图6-3 刀具磨损的测量位置三、边界磨损切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外皮处以及刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟纹，这就是边界磨损（图6-4）。

加工铸、锻等外皮粗糙的工件，也容易发生边界磨损。

发生边界磨损的原因：（1）应力梯度，引起很大的剪应力。

（2）加工硬化作用，边界处切削厚度为零，刀刃打滑。

刀具的磨损方式1.前刀面为主，后刀面轻微的磨损2.后刀面为主，前刀面轻微的磨损3.前刀面、后刀面同时磨损4.切削刃口变圆钝化1. 前刀面为主，后刀面轻微的磨损•切削塑性材料；•切削速度较高；•切削厚度较大；•负前角；•产生积屑瘤时2. 后刀面为主，前刀面轻微的磨损•切削脆性材料；•塑性材料切削速度较低；•塑性材料切削厚度较小；•增大前角，减小后角时更明显；•切削韧性大、导热性差的材料（不锈钢）3. 前刀面、后刀面同时磨损•切削塑性金属时，如果切削厚度适中4. 切削刃口变圆钝化•耐磨性、红硬性好的刀具精加工导热性差的材料；•切削韧性大、导热性差的材料第六章刀具磨损、破损和刀具耐用度5.2 刀具磨损的原因一、硬质点磨损（磨料磨损）二、粘结磨损三、扩散磨损四、氧化磨损一、硬质点磨损（磨料磨损）1. 概念工件材料中含有硬度极高的硬质点在刀具表面刻划出沟纹（机械磨损）。

后刀面磨损原因：切削期间，与工件材料表面的摩擦会导致后刀面的刀具材料损耗。

磨损通常最初在刃线出现，并逐渐向下发展。

应对措施：降低切削速度，并同时增加进给，将可在确保生产率的情况下延长刀具寿命。

月牙洼磨损原因：切屑与刀片(刀具) 前刀面的接触导致出现月牙洼磨损，属于化学反应。

应对措施：降低切削速度，并选择具有正确槽型和更耐磨涂层的刀片(刀具) 将可延长刀具寿命。

塑性变形塑性变形是指切削刃形状永久改变，切削刃出现向内变形(切削刃凹陷) 或向下变形(切削刃下塌)。

原因：切削刃在高切削力和高温下处于应力状态，超出了刀具材料的屈服强度和温度。

应对措施：使用具有较高热硬度的材质可以解决塑性变形问题。

涂层可改进刀片(刀具) 的抗塑性变形能力。

涂层剥落涂层剥落通常发生在加工具有粘结特性的材料时。

原因：粘附负荷会逐渐发展，切削刃要承受拉应力。

这会导致涂层分离，从而露出底层或基体。

应对措施：提高切削速度，以及选择具有较薄涂层的刀片将可减少刀具的涂层剥落。

裂纹裂纹是狭窄裂口，通过破裂而形成新的边界表面。

某些裂纹仅限于涂层，而某些裂纹则会向下扩展至基体。

梳状裂纹大致垂直于刃线，通常是热裂纹。

原因：梳状裂纹是由于温度快速波动而形成。

应对措施：为防止出现这种情况，可以使用韧性更高刀片材质，并且应大量使用冷却液或者完全不用冷却液。

崩刃崩刃包括刃线的轻微损坏。

崩刃与断裂的区别在于刀片崩刃后仍可使用。

原因：有许多磨损状态组合可导致崩刃。

但是，最常见的还是热-机械以及粘附带来的。

应对措施：可以采取不同的预防措施来尽可能减轻崩刃，具体取决于导致其发生的磨损状态。

沟槽磨损沟槽磨损的特点是在最大切深出现过量的局部损坏，但这也可能发生在副切削刃上。

原因：这取决于化学磨损是否在沟槽磨损中占据主导地位，与粘着磨损或热磨损的不规则增长相比，化学磨损的发展更有规律。

对于粘着磨损或热磨损情况，加工硬化和毛刺形成是导致沟槽磨损的重要因素。

应对措施：对于加工硬化材料，选择较小的主偏角，改变切深。

铣削加工中的表面应力分析铣削加工是一种常见的金属加工方法。

在零件加工过程中，表面应力是一个重要的参考指标。

表面应力对零件的机械性能、疲劳寿命、耐蚀性等方面有着较大的影响。

因此，深入研究表面应力对加工质量的影响，对于提高零件性能具有重要意义。

一、表面应力的定义表面应力是指材料表面上一定面积内任意一点所受的力在该点法向分量所引起的应力。

铣削加工中，表面应力是由铣刀与被加工材料之间的物理作用所引起的。

二、表面应力的种类表面应力可分为压应力和拉应力。

常见的加工方法中，压应力比拉应力多，因为很少有方法可以实现拉伸变形。

三、表面应力的计算方法表面应力的计算方法分为实验测量和数值模拟两种方法。

实验测量的方法包括X射线应力分析、散射板法、毛细管曲率法等多种方法。

其中，X射线应力分析法是最常用的一种方法。

这种方法通过X射线束的穿过深度和反射角度来计算出应力值。

数值模拟是一种计算机模拟的方法。

它基于有限元分析技术，根据工件材料的物理特性、刀具的几何形状和切割参数等因素，模拟出铣削加工过程中的应力分布情况。

四、表面应力的影响因素铣削加工过程中，表面应力大小受到多种因素的影响。

一般来说，影响表面应力大小的因素包括铣刀的形状、转速、进给速度、切深等因素。

这些因素在铣削过程中会相互作用，导致表面应力的大小和分布情况发生变化。

五、表面应力对加工质量的影响表面应力对零件的塑性变形、疲劳寿命、耐蚀性等方面有较大的影响。

塑性变形方面，表面应力会导致金属结构发生变化，从而影响零件的力学性能。

过大的表面应力会导致耐疲劳性能下降。

疲劳寿命方面，表面应力的大小和分布对零件的疲劳寿命有较大的影响。

如果表面应力过大或集中，将加速零件的疲劳破坏。

耐蚀性方面，表面应力会加速材料的腐蚀和开裂。

过大的表面应力将导致零件表面出现晶粒致裂、气泡等现象，进而影响零件的耐蚀性和使用寿命。

六、减小表面应力的方法为了确保零件的机械性能、疲劳寿命、耐蚀性等方面，必须尽可能地减小表面应力。

圆柱体镦粗过程的应力分布及变化规律
圆柱体镦粗过程中，由于镦削切削力的作用，会导致圆柱体表面产生应力分布。

在镦粗过程中，应力分布及变化规律如下：
1. 镦粗切削过程中，刀具对工件施加切削力，刀具与工件接触面产生切向力和法向力。

切向力会导致圆柱体表面产生剪切应力，而法向力类似于压力，会导致圆柱体表面产生压应力。

2. 在切削区域内，离刀具接触面越远，应力逐渐减小。

这是因为切削力在切削区域内的传递和分布导致的。

一般来说，应力分布呈现出从切削区域内部向外围递减的趋势。

3. 在切削区域外，由于切削力的传递和分布，圆柱体表面会产生残余应力。

镦粗过程中，圆柱体表面由于受到切削力的作用而产生压应力，而内部则产生拉应力。

残余应力的分布与材料的性质、切削参数以及工艺条件等因素有关。

总体来说，镦粗过程中圆柱体的应力分布主要受到切削力的作用，并且呈现出从切削区域内部向外逐渐减小的趋势。

同时，在切削区域外也会产生一定的残余应力。

这些应力的分布和变化规律对材料的变形和性能有一定的影响，需要在工艺控制和设计中予以考虑。