高强度钢切削加工中的切削力较大,其中主切削力、进给抗力是选择切削机床的重要依据。由于刀具角度对切削力影响很大,为此,建立了研究高强度钢切削力的仿真模型,通过正交仿真研究方法分析了刀具角度对切削力的影响,运用极差分析与方差分析对刀具主要几何角度对主切削力、进给抗力影响的主次进行了研究。结果表明,刃口半径对主切削力影响最大,前角对进给抗力影响最大,且主切削力、进给抗力均随刃口半径增加而增大,随前角增大而减小。

表面微织构能够改善刀具的切削性能。为了研究织构刀具高速干切削Al7075-T6时织构参数对切削性能的影响,利用仿真软件建立正交二维切削仿真模型。对比了所选织构参数范围内的最优织构刀具与无织构刀具的主切削力、刀具温度、刀具应力,分析了织构参数对主切削力的影响程度。结果表明:合理的织构参数,可以减小刀具的主切削力,使刀具表现出更好的温度及应力分布梯度;所选织构参数范围内,织构宽度为60μm、织构间距为90μm、织构深度为30μm、织构刃边距为100μm的织构刀具切削性能最好;织构参数对主切削力影响程度从大到小依次为织构刃边距、织构宽度、织构间距、织构深度。

为研究微织构对切削过程中产生的切削力和已加工表面粗糙度的影响,在聚晶立方氮化硼(PCBN)刀片前刀面制备与主切削刃平行的宽度为32.6μm的微沟槽织构。分别用微沟槽刀具和无织构刀具在主轴转速为450、500、600 r/min的条件下切削淬硬钢GCr15,分析切削力和已加工表面粗糙度。试验结果表明:微沟槽改善了刀具的切削性能,主切削力、进给力和切深力均小于无织构刀具;进给力、切深力随着主轴转速的增加均变大,主切削力表现为先减小再增大;用微沟槽织构刀具切削的已加工表面粗糙度大于无织构刀具,表明微沟槽不利于获得表面质量较好的工件;随着主轴转速增加,微沟槽刀具和无织构刀具切削的表面粗糙度均减小。