文献综述
摘要 本文简要介绍了淬硬钢材料的特点、加工方法,详细介绍了淬硬钢材料切削实验研究及有限元仿真国内外发展现状,为进一步建立淬硬钢二次切削有限元仿真模型,用以研究不同工艺参数下淬硬钢工件表面切削力、切削热和表面残余应力分布提供理论指导。
关键字:淬硬钢材料,切削,有限元仿真
- 引言
机械制造业是制造业的重要组成部分,机械制造技术的水平与整个国民经济的发展和科技、国防实力休戚相关,是衡量一个国家综合实力的重要标志。在机械制造业中,金属切削加工已经成为一个非常强大的部门,作为机械制造的主导加工方法,提高加工质量和加工效率,降低生产成本是其新的发展特点,与此同时,生产需要对淬硬钢等难加工材料的加工精度提出了更高的要求,因此,对淬硬钢材料切削过程中切削力、切削热以及表面残余应力分布进行深入研究,从而提高淬硬钢材料加工质量具有重大意义。
淬硬钢[1](硬度HRC55~HRC65)的组织为回火马氏体,塑性和导热系数都很低。其经淬火或者低温去应力退火后可以达到很高的硬度,是典型的耐磨结构材料和难加工材料,在对硬度和耐磨性要求比较高的各类零件的制造中应用比较广泛,其主要包括普通淬火钢、淬火态模具钢、轴承钢、及高速钢等。
由于淬硬钢强度和硬度较高等特点,用传统的切削加工方法对其进行加工比较困难,所以对淬硬钢零件的精加工通常都是采用磨削的方式来实现,但是磨削加工效率低,消耗切削液量大,成本较高,产生的粉尘和废液对环境的污染破坏程度较大,因此常采用高速切削、干切削、硬态切削等新的切削工艺。并且常将多个新工艺组合以形成适应更复杂加工环境的切削加工方式,而融合了高速切削与硬态切削工艺特点的高速硬切削[2],是一种高效经济的加工新工艺,为淬硬钢等难加工材料的加工提供了提供了很好的解决途径,已经在航空、汽车等许多工业部门应用,并取得了良好的实用效果。
在对淬硬钢进行表面切削加工时,如果使用导热性差的陶瓷刀具,由于淬硬钢的硬度非常高,会导致很高的切削温度。因此高速切削加工中不宜使用导热性差的陶瓷刀具或其它刀具。在现代切削加工中常常使用硬度仅次于金刚石,且在切削刀具当中有较高的热传导率的 CBN(立方氮化硼)刀具[3]。
在明确了淬硬钢材料的特点、加工方式以及加工用刀具以后,将进一步研究其加工过程中工件表面切削力、切削热和表面残余应力分布[4]。
下面依次介绍了淬硬钢材料切削国内外研究现状,包括实验研究现状和仿真研究现状两方面的内容,为进一步建立淬硬钢二次切削有限元仿真模型,进行更加深入的研究提供参考和理论指导。
2 淬硬钢材料切削研究现状
