21世纪的机械加工技术在切削加工方面提出了高速、高效的要求,这对切削刀具的质量也提出了更高的要求。刀具的钝化工艺通过对刀具刃口轮廓、刃面微观形状与结构的改善,达到消除刃口、刃面微观缺陷的目的,从而使刀具的切削性能得到提高,延长刀具寿命,改善加工表面的质量。因此,刀具切削刃的钝化工艺是实现高速高效切削的基础,研究与优化刀具刃口钝化机制对于改善现有刀具状况具有很大的意义。本文基于立式旋转钝化方法,针对如何提高钝化效率与效果,提出了一种新型的钝化方式——超声振动钝化。将离散元法(Discrete element method)引入到铣刀刃口钝化过程中,采用离散元软件EDEM(Engineering discrete element method)对旋转钝化过程和超声振动钝化过程进行离散元仿真分析,并利用自制的超声振动钝化机进行铣刀刃口钝化试验,并且对钝化后的铣刀进行切削试验。研究内容包括钝化时间和铣刀转速对铣刀刃口磨损量的影响规律;同时对比旋转钝化与超声振动钝化后的铣刀刃口、刃面状况与钝圆半径,验证超声振动钝化的先进性;观测受过不同处理后的铣刀的切削性能以此检验钝化效果。主要研究工作包括:(1)基于刀具行星运动钝化的基本特点,根据离散元基本原理及Hertz接触理论,运用离散元软件EDEM建立刀具普通旋转钝化和超声振动旋转钝化过程的仿真模型。通过离散元仿真分析,研究钝化时间和刀具转速对两种钝化方式中的碳化硅磨粒运动状态、刀具刃口切向累积能量、刀具刃口法向累积能量和刀具刃口磨损量的影响规律,并分析对比两种钝化方式,验证超声振动钝化方式的先进性。(2)通过坐标变换,建立普通钝化和超声振动钝化中铣刀运动轨迹的数学模型,应用MATLAB软件进行轨迹仿真模拟。仿真表明,超声振动钝化中的铣刀运动轨迹更加复杂,从而导致铣刀与钝化磨料的接触将更加频繁,提高钝化效率。根据超声振动钝化机的设计要求和指标,设计了一台超声振动钝化装置。主要包括一套超声波装置、一套行星轮系机构以及铝型材机架部分,同时对驱动电机进行了选型,对大小转轴、键和齿轮进行了设计与校核,运用Workbench对铝型材机架进行静力学仿真和模态分析,验证超声振动钝化机的可靠性。(3)以直径为6mm的硬质合金铣刀作为钝化试验对象,通过开启和关闭超声振动装置做钝化对比试验。通过基恩士景深显微镜、金相显微镜对铣刀刃口进行检测,结果表明在超声振动钝化方式下,铣刀刃口的形貌更好,刃口钝圆半径钝化效率更高。(4)借助淬硬状态下的三明治结构Cr12MoV模具钢作为加工工件,分别对无钝化、普通钝化、超声钝化后的硬质合金铣刀进行铣削试验,借助Kistler9265B三向测力仪实时测取切削力。通过数据分析发现采用超声振动钝化后的铣刀在铣削中的切削力更加稳定,且切削力更小,三个方向上的切削力减小了约一倍,说明超声钝化后的铣刀性能更优,钝化效果更佳。本文研究借助仿真模拟、机械设计、对比试验,验证了超声振动钝化系统的可行性和先进性,揭示了旋转钝化机理,为旋转钝化机制的优化提供依据,为实现高速高效切削加工奠定基础。