刀具表面状态对电工钢板剪切断面完整性的影响

目的研究电工钢板材精密剪切加工过程中,刀具表面粗糙度与润滑条件对剪切断面完整性的影响。方法使用不同表面粗糙度的刀具,分别在干切和润滑下对0.5mm厚的无取向电工钢进行剪切加工实验,使用MahrXT20粗糙度轮廓仪检测刀具表面粗糙度,使用Kistler三向测力仪测量剪切过程中的三向力,使用Keyence超景深显微镜检测断面形貌和截面轮廓,使用维氏显微硬度计测试剪切边缘硬度分布,使用有限元方法计算刀具表面粗糙度和润滑油膜对刀具-工件表面接触面积和摩擦力的影响。结果干切条件下,刀具表面粗糙度Rα值越大,剪切力越大,剪切边缘加工硬化越大,剪切断面完整性越差。润滑条件下,随刀具表面粗糙度Rα值的增加,剪切断面完整性先变好后变差,且加工硬化与剪切力都呈现出先减小后增加的趋势。刀具表面粗糙度Rα值较小或较大时,加注润滑剂难以改善加工效果,甚至产生负面影响。板材与刀具接触界面润滑条件下,刀具表面粗糙度Rα=0.2μm时有最优加工效果,相对干切条件,其光亮带高度和表面完整性分别增加16.9%和4.3%,塌角高度、硬化层相对深度以及Fy和Fz分别减少15.4%、28.1%、26.9%和7.1%。结论刀具表面粗糙度Rα增大,工件材料的附加微观变形增大,造成剪切断面完整性恶化;当刀具表面粗糙度合适时,添加润滑剂,可以在接触界面形成连续油膜,显著减少刀具与板材间固体接触面积和摩擦力,提高剪切断面完整性。工业生产中,刀具会逐渐磨损,导致表面粗糙度增大,故必须关注刀具表面粗糙度对剪切断面完整性的影响,并注重与润滑油的配合。