基于田口法的微织构PCBN刀具织构参数优化

doi:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.04.012

辽宁石油化工大学学报 ›› 2021, Vol. 41 ›› Issue (4): 71-77.DOI: 10.3969/j.issn.1672-6952.2021.04.012

基于田口法的微织构PCBN刀具织构参数优化

凡林(), 邓子龙(), 高兴军, 魏正义

辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺 113001

收稿日期:2020-09-01 修回日期:2020-10-15 出版日期:2021-08-25 发布日期:2021-09-16
通讯作者: 邓子龙
作者简介:凡林（1989⁃），女，硕士，从事机械制造及其自动化方面的研究；E⁃mail：979315926@qq.com。
基金资助:
辽宁省教育厅项目(L2017LQN024)

Optimization of Texture Parameters of Micro⁃Textured PCBN Tool Based on Taguchi Method

Lin Fan(), Zilong Deng(), Xingjun Gao, Zhengyi Wei

School of Mechanical Engineering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China

Received:2020-09-01 Revised:2020-10-15 Published:2021-08-25 Online:2021-09-16
Contact: Zilong Deng

摘要/Abstract

摘要：

利用有限元分析软件ABAQUS研究微织构PCBN刀具车削Cr12MoV的过程，采用田口法进行正交试验设计，通过信噪比分析方法研究刀?屑实际接触面积、切削力和切削温度随织构参数的变化规律，并获得织构参数的最优组合。结果表明，刀?屑实际接触面积分别随织构槽宽和织构刃边距的增大而减小，织构槽宽和织构刃边距对刀具的切削性能影响最显著；与无织构刀具对比，选取最优织构参数组合的微织构PCBN刀具可使切削力降低5.2%，切削温度降低4.7%。

关键词: PCBN, 织构参数, 田口法

Abstract:

Finite element analysis software ABAQUS was used to study the process of micro texture PCBN tool turning Cr12MoV, Taguchi method was used to carry out orthogonal experimental design. The variation law of the actual contact area between tool and chip, cutting force and cutting temperature with texture parameters was studied by signal?to?noise ratio analysis method, and the optimal combination of texture parameters was obtained. The results indicate that the actual tool?chip contact area decreases with the increase of texture groove width and texture edge pitch respectively. Texture groove width and texture edge pitch have the most significant influence on cutting performance of the tool; Compared with the non?textured tool, the micro?textured PCBN tool with the optimal texture parameter combination can reduce the cutting force by 5.2% and the cutting temperature by 4.7%.

Key words: PCBN, Texture parameters, Taguchi method

中图分类号:

TH164

凡林, 邓子龙, 高兴军, 魏正义. 基于田口法的微织构PCBN刀具织构参数优化[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(4): 71-77.

Lin Fan, Zilong Deng, Xingjun Gao, Zhengyi Wei. Optimization of Texture Parameters of Micro⁃Textured PCBN Tool Based on Taguchi Method[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2021, 41(4): 71-77.

图/表 11

参考文献 17

1	Tang L H，Sun Y J，Li B D， et al.Wear performance and mechanisms of PCBN tool in dry hard turning of AISI D2 hardened steel［J］.Tribology International，2019，132：228⁃236.
2	岳彩旭，郝小乐，南月冲，等.硬态切削用刀具技术最新进展［J］.机械科学与技术，2019，38（5）：657⁃669.
3	冯新敏，裴泽，胡景姝，等.微织构刀具研究现状［J］.制造技术与机床，2018（7）：29⁃35.
4	Kummel J，Braun D，Gibmeier J，et al.Study on micro texturing of uncoated cemented carbide cutting tools for wear improvement and built⁃up edge stabilisation［J］.Journal of Materials Processing Technology，2015，215：62⁃70.
5	刘泽宇，魏昕，谢小柱，等.紫外激光加工陶瓷刀具表面微织构的实验研究［J］.激光技术，2016，40（4）：550⁃554.
6	杨超，刘小君，杨海东，等.表面织构对刀具切削性能及前刀面摩擦特性的影响［J］.摩擦学学报，2015，35（2）：228⁃235.
7	刘泽宇，魏昕，谢小柱，等.激光加工表面微织构对陶瓷刀具摩擦磨损性能的影响［J］.表面技术，2015，44（10）：33⁃39.
8	Sugihara T，Enomoto T.Crater and flank wear resistance of cutting tools having micro textured surfaces［J］.Precision Engineering，2013，37（4）：888⁃896.
9	王晓明，曹同坤，孙何，等.织构分布对刀具切削性能影响的有限元分析［J］.表面技术，2017，46（9）：258⁃263.
10	段晓云，胡忠举，郭世柏，等.微织构（W，Mo）C基刀具和YG8刀具对钛合金干切削性能的影响［J］.现代制造工程，2020（5）：9⁃14.
11	李庆华，潘晨，矫雨芯，等.切削速度对微织构刀具切削力的影响［J］.表面技术，2019，48（8）：90⁃97.
12	潘晨，李庆华，胡恺星，等.微织构刀具对工件表面残余应力影响有限元分析［J］.组合机床与自动化加工技术，2020（1）：14⁃16.
13	李刚，孔凡志，王慧强，等.多硬度拼接淬硬Cr12MoV铣削力的有限元分析［J］.机械设计与研究，2014，30（5）：131⁃135.
14	林伟，杨凤双.PCBN刀具高速切削钛合金TC4切屑形态研究［J］.组合机床与自动化加工技术，2020（5）：134⁃137.
15	付杰，王伏林.Cr12MoV切削加工物理仿真与试验研究［J］.现代制造工程，2014（6）：93⁃98.
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17	杨树财，王志伟，张玉华，等.微织构球头铣刀加工钛合金的有限元仿真［J］.沈阳工业大学学报，2015，37（5）：530⁃535.

性能参数	数值
性能参数	Cr12MoV	PCBN
泊松比	0.3	0.2
线膨胀系数/℃^－1	11.2×10^－6	31.0×10^－6
比热容/（J·kg^－1·℃^－1）	485	700
热传导率/（W·m^－1·℃^－1）	21	120
杨氏模量/GPa	180	690
密度/（kg·m^－3）	7 750	380

性能参数	数值
性能参数	Cr12MoV	PCBN
泊松比	0.3	0.2
线膨胀系数/℃^－1	11.2×10^－6	31.0×10^－6
比热容/（J·kg^－1·℃^－1）	485	700
热传导率/（W·m^－1·℃^－1）	21	120
杨氏模量/GPa	180	690
密度/（kg·m^－3）	7 750	380

参数	数值
A/MPa	809.5
B/MPa	283.7
C	0.012
m	3.38
n	0.312
T_m/℃	1 460
T_r/℃	20

参数	数值
A/MPa	809.5
B/MPa	283.7
C	0.012
m	3.38
n	0.312
T_m/℃	1 460
T_r/℃	20

失效参数	数值
d₁	－0.800
d₂	2.100
d₃	－0.500
d₄	0.002
d₅	0.610

基于田口法的微织构PCBN刀具织构参数优化

Optimization of Texture Parameters of Micro⁃Textured PCBN Tool Based on Taguchi Method

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指标	预测值	实测值	相对误差/%
切削力/N	211.656	217.573	2.7
切削力的信噪比估值/dB	－46.516	－47.721	2.5
切削温度/℃	313.411	320.055	2.1
切削温度的信噪比估值/dB	－49.920	－51.180	2.6

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