【正文】 1000 左右，允許的切削速度為高速鋼的數(shù)倍，故目前已成為主要的刀具材料之一。4 硬質(zhì)合金介紹 ［5］硬質(zhì)合金是粉末冶金制品，是將高硬度、高熔點的難融金屬碳化物粉末硬質(zhì)合金的組成與特點如下：硬質(zhì)合金中的碳化物（WC , 等）的硬度高、熔點高。此外，為了充分利用機床，提高加工 經(jīng)濟性和發(fā)展計算機輔助制造(CAM), 常需要應(yīng)用切削條件、刀具幾何形狀和刀具壽命等的優(yōu)化數(shù)據(jù)。在切削加工中分析熱變形對加工精度的影響 時,要研究切削溫度及其分布；在自動生產(chǎn)線和數(shù)字控制機床上，為了使機床能正常地穩(wěn)定工作，甚至實現(xiàn)無人化操作,更要應(yīng)用有關(guān)切屑形成及其控制方面的研究成果,并在加工中實現(xiàn)刀具磨損的自動補償和刀具破損的自動報警。例如，在確定機床主軸的最大扭矩和剛性等基本參數(shù)時,要應(yīng)用切削力的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)代人們已能用兩位或三位數(shù)字編碼的方式來表示各種切屑的形狀，通常認為短弧形切屑是合理的斷屑形狀。 切屑控制 指控制切屑的形狀和長短。通常，根據(jù)切削條件可能產(chǎn)生各種原生型自激振動，從而在加工表面上留下的振紋，又會產(chǎn)生更為常見的再生型自激振動。強迫振動是由機床內(nèi)部或外部持續(xù)的交變干擾力（如不平衡的機床運動件、斷續(xù)切削等）所引起，它對切削產(chǎn)生的影響取決于干擾力的大小及其頻率。 切削振動 切削過程中，刀具與工件之間經(jīng)常會產(chǎn)生自由振動、強迫振動或自激振動(顫振)等類型的機械振 動。刀具的刃口 鈍圓半徑和磨損及切削條件是影響加工硬化和殘余應(yīng)力的主要因素。 加工表面質(zhì)量 通常包括表面粗糙度加工硬化殘余應(yīng)力、表面裂紋和金相顯微組織變化等。刀具在廢棄前的各次刀具壽命之和稱為刀具總壽命。 刀具壽命 刀具由開始切削達到刀具壽命判據(jù)以前所經(jīng)過的切削時間叫做刀具壽命(曾稱刀具耐用度) ，刀具壽命判據(jù)一般采用刀具磨損量的某個預(yù)定值，也可以把某一現(xiàn)象的出現(xiàn)作為判據(jù)，如振 動激化、加工表面粗糙度惡化，斷屑不良和崩刃等。在不同的切削條件下，尤其是在不同切削速度的條件下，刀具受上述一種或幾種磨損機理的作用。當這些磨損擴展到一定程度以后就引起刀具失效，不能繼續(xù)使用。 刀具磨損具在切削時的磨損是切削熱和機械摩擦所產(chǎn)生的物理作用和化學作用的綜合結(jié)果。切削區(qū)的溫度分布情況，須用人工 熱電偶法或紅外測溫法等測出。 切削溫度 切削過程中切削區(qū)各處的溫度是不同的，形成一個溫度場切屑和工件的溫度分布，這個溫度場影響切屑 變形、 積屑瘤的大小、加工表面質(zhì)量、加工精度和刀具的磨損等，還影響切削速度的提高。 切削熱 切削金屬時，由于切屑剪切變形所作的功和刀具前面、后面摩擦所作的功都轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔?這種熱叫切削熱 。測力儀的種類很多，較常用的是電阻絲式和壓電晶體式測力儀。 切削力 切削時刀具的前面和后面上都承受法向力和摩擦力，這些力組成合力 F，在外圓車削時,一般將這個切削合力 F 分解成三個互相垂直的分力：切向力 Ft──它在切削速度方向上垂直于刀具基面，常稱主切削力；徑向力 Fr──在平行于基面的平面內(nèi),與進給方向垂直,又稱推力；軸向力 Fa──在平行于基面的平面內(nèi),與進給方向平行,又稱進給力。積屑瘤的產(chǎn)生、成 長和脫落是一個周期性的動態(tài)過程（據(jù)測定,它的脫落頻率為 30～170次／秒），它使刀具的實際 前角和切削深度也隨之發(fā)生變化，引起切削力波動，影響加工穩(wěn)定性。積屑瘤的底部較穩(wěn)定， 頂部同工件和切屑沒有明顯的分界線,容易破碎和脫落,一部分隨切屑帶走，一部分殘留在加工表面上，從而使工件變得粗糙。 積屑瘤 在用低、中速連續(xù)切削一般鋼材或其他塑性材料時,切屑同刀具前面之間存在著摩擦,如果切屑上緊靠刀具前面的薄層在較高壓強和溫度的作用下，同切屑基體分離而粘結(jié)在刀具前面上,再經(jīng)層層重疊粘結(jié),在刀尖附近往往會堆積成一塊經(jīng)過劇烈變形的楔狀切屑材料，叫做積屑瘤。 切削時，在產(chǎn)生帶狀切屑的過程中，切削力 變化較小，切削過程穩(wěn)定，已加工表面質(zhì)量好。 3．單元狀切屑　 切削塑性很大的材料，如鉛、退火鋁、純銅時，切屑容易在前刀面上形成粘結(jié)不易流出，產(chǎn)生很大變形，使材料達到斷裂極限，形成很大的變形單元，而成為此類切屑。1．帶狀切屑 切屑呈連續(xù)狀、與前刀面接觸的底層光滑、背面呈毛葺狀。 切屑的基本形態(tài)金屬切削時，由于工件材料、刀具幾何形狀和切削用量不同，會出現(xiàn)各種不同形態(tài)的切屑。 切削方式 切削時，當工件材料一定，所產(chǎn)生切屑的形態(tài)和形成已加工表面的特性，在很大程度上決定于切削方式。3 金屬切削簡介 ［3］ 金屬切削過程，從實質(zhì)講，就是 產(chǎn)生切屑和形成已加工表面的 過程。2 設(shè)計要求根據(jù)有限元分析理論 ，根據(jù) ANSYS 的求解步驟，建立切削加工的三維模型。提取不同階段應(yīng)力場分布云圖, 分析了切削區(qū)應(yīng)力的變化過程。的 YT 類硬質(zhì)合金刀具切削 45 號 鋼為實 例進行計算。以前角 10176。過去通常采用實驗法, 它具有跟蹤觀測困難、 觀測設(shè)備昂貴、實驗周期長 、人力消耗大、綜合成本高等不利因素。19 世紀中期, 人 們開始對金屬切削過程的研究, 到現(xiàn)在已經(jīng)有一百多年歷史。 中國目前擁有各類金屬切削機床超過 300 萬臺, 各類高速鋼 刀具年產(chǎn)量達 億件, 每年用于制造刀具的硬質(zhì)合金超過 5000 噸。1 緒論金屬切削是機械制造行業(yè)中的一類重要的加工手段。美國和日本每年花費在切削加工方面的費用分別高達 1000 億美元 和 10000 億日元。可見切削加工仍然是目前國際上加工制造精密金屬零件的主要辦法。由于金屬切削本身具有非常復(fù)雜的機理, 對其研究一直是國內(nèi)外研究的重點和難點。本文利用材料變形的彈塑性理論, 建立工件材料的模型 ,借助大型商 業(yè)有限元軟件 ANSYS, 通過輸入材料性能參數(shù)、 建立有限元模型、施加約束及載荷、計算, 對正交金屬切削的受力情況進行了分析。 、后角 8176。切削厚度為 2 mm 時形成帶狀切屑。 這種方法比傳統(tǒng)實驗法快捷、 有效, 為金屬切削過程的研究開辟了一條新的道路。對該模型進行網(wǎng)格劃分并施加約束邊界條件，最后進行求解得出應(yīng)力分布云圖，并以此云圖分析得出結(jié)論。 產(chǎn)生切屑和形成已加王表面是金屬切削時密切相關(guān)的兩個方面。切削方式是由刀具切削刃和工件間的運動所決定，可分為：直角切削、斜角切削和普通切削三種方式。但從變形觀 點出發(fā)，可 歸納為四種基本形態(tài)。 2．擠裂狀切屑　 切屑背面呈 鋸齒形、內(nèi)表面有時有裂紋。 4．崩碎狀切屑 切削脆性材料，如鑄鐵、黃銅等時，形成片狀或粒狀切屑。但切屑成為 很長的帶狀，影響機床正常工作和工人安全，因而要采取斷屑措施；在產(chǎn)生擠裂狀和單元狀切屑的過程中，切削力有較大的波動，尤其是單元狀切屑，在其形成 過程中可能產(chǎn)生振動影響加工質(zhì)量；在切削鑄鐵時，由于所形成的崩碎狀切屑是經(jīng)石墨邊界處崩裂的，因而已加工表面的粗糙度值變大。 積屑瘤的硬度較基體材料高一倍以上，實際 上可代替刀刃切削。所以在精加工時一定要設(shè)法避免或抑制積屑瘤的形成。在一般情況下，當切削速度很低或很高 時，因沒有 產(chǎn)生積屑瘤的必要條件（較大的切屑與刀具前面間的摩擦力和一定的溫度），不產(chǎn)生積屑瘤。切削過程中實際切削力的大小，可以利用測力儀測出。測力儀經(jīng)過標定以后就可測出切削過程中各個分力的大小。使用切削液 時，刀具、工件和切屑上的切削熱主要由切削液帶走；不用切削液時，切削熱主要由切屑、工件和刀具帶走或傳出，其中