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[摘要]

针对复合材料的铣削刀具，在The Third Wave Advantage、SolidWorks等软件上进行模拟绘制设计，使用有限元分析方法进行设计，通过数种模拟情况的分析，总结出一种复合材料切削的端铣刀优化设计方案，并且依据ISO刀具角度定义，算出铣刀的各个刀具角度度数，分析出端铣刀的各项加工能力，根据分析，确定最终的端铣刀的优化结构和工艺，对于最终的优化方案，是能够提高端铣刀的硬度和耐磨性，同时可以降低刀具的制造难度。

关键词：复合材料，有限元分析，端铣刀，Advantage。

前言

复合材料在机械中主要指金属基复合材料（Metal Matrix Composite,MMC），是以常见金属（铁、铜、铝、镁等）或它们的合金为基体，以一种或几种金属、有机材料为增强体，经过一系列的加工复合而成的新型材料。根据基体和增强体各自拥有的优越特性，将两者结合在一起，使其同时拥有十分优异的性能，具有更好的比强度和比刚度。金属基复合材料按增强体类型分为三类：颗粒增强金属基复合材料、层状增强复合材料和纤维（长短及晶须）增强金属基复合材料。按基体材料分为四类：铝基复合材料、镁基复合材料、钛基复合材料、金属间化合物基复合材料。

由于复合材料同时拥有基体和增强体的优势，并且可以通过使用具有不同优势的材料的占比，使得复合出来的材料具有不同性质，增加了材料的多样性，为需求提供了多样方案。并且，复合材料中的基体和增强体原料价格比较廉价，制造工艺也比较简单，所以这是非常具有发展前景的，如何加工加工复合材料就成了关键问题。

复合材料的有一下通用性能特点：高比强度和模量，导热、电性能，良好的高温性能，尺寸稳定性好、热膨胀系数小，耐磨性好，不老化，良好的抗疲劳性能和韧性。复合材料的一个特性就是非均质性，即材料内部的硬度差异，这是由于增强基体的分布不均匀引起的，比如铝基复合材料，单质铝为基底，三氧化二铝为增强相，而三氧化二铝的硬度远大于铝的硬度，这就导致了材料内部的硬度不均匀，并且这种特性是不可避免的，这就容易使得端铣刀在铣削过程中，刀具刃口的形变、磨损、刀具表面粗糙高，所以对于增强刀具的表面硬度、强度，同时降低造价成本成了需要解决的问题。

端铣刀可用于侧面铣削、沟槽铣削、曲面铣削、斜面铣削、插铣等等，刃数越多刚性越好，不易折断、挠曲越小，但是容屑室越小，而刃数越少，容屑室越大，切屑排出性越好，端铣刀属于带柄铣刀，立铣刀与刀夹有一个很小的间隙，而加工过程中容易出现振动现象，使精度下降，刀具的损伤加快，寿命下降。铣削的方式有两种，一种是顺铣，铣刀旋转方向与进给方向相同，第二种是逆铣，方向相反。在实际加工中，顺铣的效果是比逆铣要好的，也是大部分机床的选择，只有当顺铣无法达到要求时，才会选择逆铣。每次铣削，刀刃旋转时，切削刃需要承受很大的冲击载荷，所以铣刀材料也有相当的要求，需要有足够的强度和韧性，同时也要有相当高的硬度、耐磨性、耐热性等，所以高速工具钢是很好的选择。刀具破损有两大类：脆性破损和塑性破损。