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高速切削淬硬钢作为新工艺目前被航空航天、汽车等许多工业部门所采用。高速切削淬硬钢作为单点车削方式,其优势之一就是根据机床固有的加工性能对复杂工件型面进行精加工。另外,高速切削淬硬钢比磨削加工效率高并减少对环境的污染,因此,可以代替磨削加工。但是,有些不利的因素并制约高速切削淬硬钢的应用,如刀具材料选用不恰当或加工参数选用不合理,会导致高速切削淬硬钢产生高温和很大的切削力,从而降低刀具寿命和加工表面质量。本文采用PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride)刀具对GCr15淬硬钢(HRC62~64)进行一系列高速精密硬态切削实验,并结合有限元仿真,研究高速精密硬态切削机理、刀具磨损和已加工表面质量的变化规律。首先,根据弹塑性变形理论和热力耦合有限元方法,利用大型商用有限元分析软件Deform,建立了淬硬钢高速精密硬态切削过程的二维和三维仿真模型,并设定工件材料GCr15为均质、等向强化的弹塑性材料,满足Von Mises屈服准则,在修正了库仑定律的刀/屑摩擦方程和局部网格重划分准则的基础上,采用Johnson-Cook材料模型和Cockroft-Latham断裂准则,分别研究了二维切削过程中的切屑形态和刀具磨损以及三维切削过程中切削力和切削温度的变化规律。针对高速精密硬态切削淬硬钢时,由于受金属软化效应和刃口参数的影响,尤其是切削厚度和倒棱宽度在同一数量级时,刃口的滞留层对切削过程影响很大,使切削力的变化存在特殊规律。根据能量法预报剪切角,采用滑移线场计算刃口耕犁力,对改进后Oxley模型进行了修正,建立了倒棱刀具的切削力模型;通过遗传算法建立了PCBN刀具刃口倒棱参数和切削用量对切削力影响的函数关系式,并优选了切削参数。由于PCBN刀具高速切削时刀具磨损与普通切削有很大区别,本文通过高速精密硬态切削淬硬钢GCr15试验,研究了涂层和无涂层PCBN刀具的不同刃口结构和不同切削速度对刀具磨损的影响,通过扫描电镜观察和能谱分析,系统研究了PCBN刀具的磨损机理,查明了高速精密硬态切削时PCBN刀具的磨损机理,得到了相应的PCBN磨损强度分布。最后,系统进行了高速精密硬态切削淬硬钢已加工表面完整性的研究。通过高速精密硬态切削淬硬钢GCr15实验,研究了PCBN刀具涂层、刀具几何结构和切削参数对表面粗糙度、白层和显微硬度的影响规律;研制了适合于高速精密硬态切削的新型PCBN wiper车刀,加工出了表面粗糙度为0.19μm的加工精度。