1 梯度功能陶瓷刀具的三維機械應(yīng)力場計算模型

　　梯度功能陶瓷刀具由于其組分的分布按一定梯度變化，因此在高速切削條件下其抗破損能力比普通陶瓷刀具明顯提高待牵。但在低速切削時其屏，梯度功能陶瓷刀具的抗破損能力與普通陶瓷刀具相比并無太大優(yōu)勢。低速切削時熱應(yīng)力較小缨该，機械應(yīng)力是刀具破損的主要原因漫玄。通過用有限元方法對切削時的梯度功能陶瓷刀具進行分析，可求出其最大機械應(yīng)力摆采。

　　刀片置于刀槽中猬笑，刀槽底面約束刀片的z軸負(fù)向位移，刀片前刀面的壓板約束刀片的z軸正向位移选从，刀槽的兩個側(cè)面約束刀片的x向和y向位移呜颓，刀槽底面和壓板還限制了刀片繞x軸和y軸旋轉(zhuǎn)，刀槽兩側(cè)面可限制刀片繞z軸旋轉(zhuǎn)麦咪。這樣候摹，刀片的6個自由度被全部約束。

　　在切削過程中娄勒，刀具承受的切削力Fr有FZ她添、Fy和Fx三個分量。由于采用有限元法計算時切削力要施加在各節(jié)點上，所以假定切削力沿刀—屑接觸長度方向為三角形分布屎洒，而沿主舒贼、副切削刃方向為均勻分布。由某文獻可知虑稼，SG-4陶瓷刀具在加工淬硬高碳工具鋼時的切削力經(jīng)驗公式為 Fz=34444ap0.88f0.65v-0.12 (1)

　　假定 FY=0.5Fz (2)

　　FX=0.8Fz (3)

　　由于夾緊點距刀尖較遠琳钉，夾緊力對刀尖附近的應(yīng)力狀態(tài)影響不大，所以可不考慮夾緊力的影響蛛倦；同時由于陶瓷刀片表面非常光滑歌懒，摩擦系數(shù)很小，所以夾緊時的摩擦力作用也可不予考慮溯壶。衡量材料破壞的理論有最大拉應(yīng)力(Principal)理論及皂、最大剪應(yīng)力(Tresca)理論、最大形狀改變比能(Mises)理論且改、莫爾理論等躲庄。對于脆性材料的疲勞破壞宜采用最大拉應(yīng)力理論及最大剪應(yīng)力理論；對于脆性材料的塑性破壞宜采用最大形狀改變比能理論钾虐。梯度功能陶瓷刀具用于高速切削時噪窘，既有疲勞造成的破壞，又有刀尖溫度太高造成的塑性破壞效扫，所以應(yīng)計算梯度功能陶瓷刀具內(nèi)的最大拉應(yīng)力倔监、最大剪應(yīng)力及最大形狀改變比能(Mises)應(yīng)力。

　　2 三維機械應(yīng)力場的計算結(jié)果及分析

　　FG-2和SG-4的最大Mises應(yīng)力计侯、最大剪應(yīng)力及最大拉應(yīng)力幾乎完全相同帝畸，這說明梯度功能陶瓷刀具材料在抗機械應(yīng)力引起的損壞方面與普通陶瓷刀具材料相比并無明顯優(yōu)勢。有限元計算結(jié)果表明：在三種切削速度下FG-2前刀面的Mises應(yīng)力場與SG-4基本相同傻当，均是在刀尖處Mises應(yīng)力最大邀安，因此此處容易發(fā)生塑性破壞。

　　兩種刀具主后刀面的最大拉應(yīng)力場并無差異堤型，最大拉應(yīng)力場位于距前刀面很近的地方扬瘸，由此可以推斷此處即為破壞時前刀面剝落的位置。

　　3 結(jié)論

　　梯度功能陶瓷刀具和普通陶瓷刀具的機械應(yīng)力場基本一致教物，兩種刀具內(nèi)的最大Mises應(yīng)力乌骇、最大剪應(yīng)力和最大拉應(yīng)力基本相等。由于低速切削時機械應(yīng)力是陶瓷刀具破損的主要原因糊争，因此梯度功能陶瓷刀具在低速切削時的抗破損能力與普通陶瓷刀具相比并無太大優(yōu)勢序摔。

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