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硬态切削技术及现状硬态干式切削是近期发展起来的一种先进的切削加工技术，符合现今国家可持续发展的要求。硬态切削是指对硬度大于50HRC的工件进行切削的工艺[3]。硬态切削是一个复杂的热力耦合问题，但因其良好的特性越来越得到人们的关注。硬态切削具有：30459
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（1）良好加工柔性：可以改变磨削加工不能改变的切削刃和走刀方式；
（2）良好的环保性：硬态切削通常采用气冷，无需或只需极少量不利于环境保护的冷却液；
（3）良好的经济性：由于几乎不使用切削液以及相对较低的设备成本和较高的加工
效率，降低了生产成本[4]。
上世纪90年代，König W, Berktold A [5]等人开展了硬态切削研究并取得了一定成果。随着PCBN材料刀具的出现和使用，国内外许多研究人员研究了精切代磨的可行性。R.A. Waikar[6]等研究了硬态切削的表面形貌，证实在合适的切削参数下硬态切削表面形貌与磨削加工的表面表面形貌相似甚至更优。叶邦彦, 彭锐涛[7]等人的研究表明在硬态切削或施加预紧力的硬态切削中，加工后表面残余应力可高于磨削加工，从而获得较好的耐磨性和表面质量。硬态切削中锯齿形切屑的形成机理是硬态切削研究中的一大难题和热点，关于锯齿形切屑的形成也有诸多解释。其中比较著名的是周期脆性断裂理论和热塑性失稳理论，大量学者做了深入研究。Gente A[8]等人对Ti6A14V合金高速切削实验中得到切屑试样,得出锯齿形切屑符合周期脆性断裂理论。也有不少学者认为绝热剪切下热塑性失稳理论是锯齿切屑的形成原因，Burns T J, Davies M A[9]及张东进[10]等人所建模型验证了周期性的热塑性失稳是锯齿型切屑的形成根本原因。近年来，硬态切削的微观组织变化越来越受到重视。Shi J、 Richard Liu C[11]等研究了正交切削的切屑的形状及切削中金属的相转变，通过仿真和实验对比，在负前角下得到了锯齿状切屑，指出在硬态切削中存在奥氏体化和马氏体化现象。张凌飞[12]研究了硬态切削中白层的形成条件及机理和对被加工表面耐磨性的影响，指出白层能提高被加工表面耐磨性，发现切削速度对白层影响最大，白层厚度随切削速度增大而减小。
PCBN材料刀具论文网
PCBN即聚晶立方氮化硼(Polycrystalline Cubic Boron Nitride )，是上世纪 50 年代开发的一种超硬材料。随着机械制造技术的发展，常用的刀具材料（如高速钢、硬质合金等)已不能满足硬态切削的要求。PCBN材料由于其硬度高（仅次于金刚石），并且在高温下不与铁发生化学反应，具有较为稳定的化学性质，是切削加工铁系合金（如淬硬钢、高硬度铸铁等)刀具的理想材料[13]。目前按照制备工艺和微观结构特点可将目前PCBN材料大致分为烧结型、生长型和生长-烧结型[14] 。PCBN材料刀具具有诸多优良性能[14-18]：高硬度、高耐磨性、高的热稳定性和高温硬度、良好的导热性 、刀片可重磨，是硬态切削的中常选用的刀具材料之一
课题研究方法现状
金属切削过程是一个非常复杂的过程，难以使用解析方法进行分析。计算机的出现，使有限元法（FEM，Finite Element Method）成为解决切削过程分析问题的有效办法。
国内外有许多研究人员使用有限元方法研究了硬态切削过程，并发表了大量相关文献。在上世纪70年代便有学者采用预先给定切屑形状，利用有限元法分析切削加工过程[19]。80年代,Strenkowski J S[20]对正交切削模型进行了简化,利用有限元法研究了切屑的成形的过程。早期的切削模型比较简单，也鲜有对切削热的仿真。B. Guo Y, R. Liu C[21]等人对切削淬硬轴承钢AISI 52100的过程进行了三文模拟，分析了温度、切削力、表面残余应力的分布，但切屑形状与实际相差较大。张春建[22]使用Deform-3D建立螺纹硬态旋风统削过程的三文模型，初步研究了旋风铣过程切削力的变化规律，缺乏对温度场和残余应力的分析。李隆[23] 使用Deform-3D建立螺纹硬态旋风统削过程的三文模型,进一步研究了切屑形状和切削力的变化，但并未研究改变切削参数对切削力与切屑的影响。张相琴、张雪萍[24]等人通过实验参数测定解析求解了“切屑－刀具－工件”摩擦系数的并带入二文模拟仿真，得到了锯齿状切屑，但并未涉及温度场及残余应力的分析。王和平[25]等人基于ABAQUS建立了考虑刀尖半径的三文有限元模型，发现采用较大刀尖半径的刀具，仿真的刀尖周围材料受到的挤压和温升相对更大，仿真的切削力与实际相差较大。胡世军[26]等人使用ABAQUS软件对AISI4340钢硬态切削过程进行仿真，分析了等效应力、等效塑性应变、切削力以及切削温度场分布，但缺乏残余应力的分析。赵宾[27]研究了刀具前角、切削速度、切削深度等因素对切削钛合金的影响，仿真得到的结果表明切削深度对切削力影响最大，切削速度对温度场影响最大，但没有分析残余应力的变化。张东进[10]使用ABAQUS切削过程简化为二文正交切削对难加工的高温合金GH4169模拟仿真，得到了与实验相符的锯齿状切屑，指出周期性热塑性失稳是锯齿切屑形成的原因，但没有进一步分析残余应力的分布。王岩[28]基于Deform-3D对45钢的切削建立了三文仿真模型，分析了切削速度、切削深度、进给量和刀具几何参数对切削力和温度场的影响，仿真结果中的切削力波动较大。王瑞哲[29]使用ABAQUS对40CrNiMoA的切削模型，分析了切削力、切削温度、残余应力及其影响因素，但仿真的切削力与计算公式相差较大、残余应力与测量值相差较大。王敏[30]等人利用 DEFORM 3D的用户子程序功能，实现自由曲面的切削仿真，但只是简单分析了入刀时工件应力应变的变化，没有切削温度、切削力、残余应力的分析。Wu S,Richard Liu C[31]等人研究发现负刀具前角、大进给率和大切削速度易使切屑形成锯齿。然而，值得注意的是大多文献在分析金属硬态切削时其有限元模型多为等切削深度，刀具的移动轨迹也多为直线，虽然这样简化可以大大降低切削模型的难度，但降低了切削模型的准确性。
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