在高速端銑切削中切屑形成的調(diào)查

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1、高速端銑切削中切屑形成的調(diào)查(袁寧，米拉赫曼，王華學(xué))摘要端面球形銑刀廣泛地用于金屬模和鑄模工業(yè)。然而，在高速球面端銑中切屑形成研究方面的工作很少。在一個(gè)調(diào)查實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)在這一項(xiàng)研究中被引導(dǎo)建立切屑形成機(jī)理。普通的鑄模鋼H13的硬度達(dá)到HRC55，在高速加工中心不加切削液的情況以10～30千轉(zhuǎn)/分的速度范圍被加工時(shí)：會(huì)產(chǎn)生四個(gè)典型的切屑和三種類型的振動(dòng)。假使采用SEM這種方法產(chǎn)生切屑，EDX方法用來分析切削刃口和切屑形成過程之間相互作用?；谶@一項(xiàng)研究的調(diào)查結(jié)果,切屑形成機(jī)理已經(jīng)在本文中提出。在切削運(yùn)動(dòng)中，三種類型的振動(dòng)闡述了切屑形成和振動(dòng)行為之間的關(guān)系。基于實(shí)驗(yàn)的調(diào)查結(jié)果一個(gè)判斷

2、切屑穩(wěn)定性的方法已經(jīng)被建議。資訊科技也已經(jīng)透過這一項(xiàng)研究被建立：典型的"Adiabaticshear"不在高速球面端銑的切屑形成方面發(fā)生。關(guān)鍵字:球面端銑；切屑形成機(jī)理；振動(dòng)；高速加工；1.介紹在金屬切削中，現(xiàn)在的趨勢(shì)是自動(dòng)化、高的排除率和無人操作化方向發(fā)展。這需要非常可靠的加工過程、表面精度、工件精度、刀具壽命是主要重要。但要維持加工過程的穩(wěn)定性,應(yīng)更多注意對(duì)切屑形狀的控制以使它更容易被排除。這是因?yàn)榍行夹纬珊土褦喾矫媸欠浅Ｖ匾脑诩庸ぶ?。表面精度，工件精度和刀具壽命的問題是由于在切屑形成過程中較小的改變引起,尤其在高速切削中,有害的切屑形成將會(huì)產(chǎn)生有害的效果。在旋轉(zhuǎn)，鉆孔和面銑

3、的切屑形成方面已經(jīng)做了很多的研究工作。Shaw提出?了一個(gè)循環(huán)的鋸齒狀的型面銑的切屑,而且提出相關(guān)的其它類型的循環(huán)和無循環(huán)的切屑。Nakayama解釋了切屑大小和切屑方向的必要意義，切屑流量和角形狀，并且清楚地表達(dá)螺旋形的切屑進(jìn)行過程。Komanduri已經(jīng)在切屑分割和不穩(wěn)定性的研究有很大的進(jìn)展。然而看來很少有工廠對(duì)球面端銑切屑形成的性質(zhì)做研究，由于切屑幾何形狀和切屑過程的復(fù)雜性,即使它在壓鑄模和鑄模的高速銑中被廣泛地應(yīng)用。切屑形成的過程很少考慮,如振動(dòng)。本文將對(duì)高速端面球銑實(shí)驗(yàn)調(diào)查和切屑形成機(jī)理做基本的討論。2.理論在Merchant出版了他的連續(xù)切屑形成機(jī)理的舉世聞名模型短短之

4、后,一些作家建議不是所有的切削過程都符合這一個(gè)模型。同時(shí)很快被發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)很多的切削過中，圓柱形形切屑在高速切屑中形成。切屑形成機(jī)理這已經(jīng)重新更新，同樣，被Komanduri和一些的學(xué)者徹底地評(píng)論。關(guān)于這一個(gè)主題已經(jīng)被Nakayama出版。Toenshoff闡述這種在高速切削中，把基本的切屑機(jī)理叫做"adiabaticshear"。在一個(gè)變形過程中，塑性變形是從最弱的點(diǎn)附近開始,從而產(chǎn)生應(yīng)力集中。如果應(yīng)變率足夠高,系統(tǒng)是絕熱，而且這些的過熱面積狹窄，這里就有一個(gè)軟化過程,同時(shí)局部應(yīng)變?cè)黾又钡剿矔r(shí)的剪切發(fā)生。過熱切削將產(chǎn)生不穩(wěn)定性切屑形狀，切屑變形嚴(yán)重，而且切屑容易破碎,在旋轉(zhuǎn)的過程中

5、，這些都在不停的進(jìn)行著。所以，必須衡量這些理論是否值得用于調(diào)整球面端銑。在球面端銑過程中,有決定切屑形成的很多不穩(wěn)定因素。通常下列的因數(shù)對(duì)于切屑形成的分析被考慮之:(一)金屬和工作件材料的熱塑料特性;(二)切斷的狀態(tài);(三)剪修剪區(qū)可變性;(四)改變刀具上的磨擦力狀態(tài)(第二次的剪區(qū));(五)最初區(qū)和第二區(qū)的關(guān)系(六)刀具的結(jié)構(gòu)和切屑過程的交互作用，也就是,動(dòng)態(tài)因素。上述的因素的細(xì)節(jié)將在稍后討論。然而，在本文中，主要討論在切削過程中動(dòng)態(tài)因素的影響。3.建立實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)在高速加工中心MakinoV-55上被引導(dǎo)。用于這一項(xiàng)研究的機(jī)械條件是是:變細(xì)長(zhǎng)速度，1030k的轉(zhuǎn)/每分;軸向切斷深度從

6、0.1變化到0.8毫米;而且補(bǔ)給率是在0.025-0.05毫米/齒的范圍中。測(cè)試材料是AISIH13,硬度HRC55，而且它的化學(xué)成分是:C:0.37%,Cr:5.3%;W:1.4%;Mo:0.4%;Mn:1.0%;Si:1.0%.銑刀是一個(gè)12毫米固體碳化物和TiA1N涂料的球面的端銑刀。螺旋角300的,刀具的前傾角從00變化到30，在切削刃和間隙角中從11０變化到13０。在實(shí)驗(yàn)中刀具工件保持垂直。，一個(gè)Kistler測(cè)力計(jì)用來測(cè)切削力。力信號(hào)以一個(gè)12,000個(gè)試樣/s/通風(fēng)槽的抽樣率被多的通風(fēng)槽DAT(數(shù)傳聲音帶子)記錄機(jī)。一個(gè)光學(xué)顯微鏡被采用觀察刀具。過程被一個(gè)HP示波器檢

7、測(cè)。所有的切削在干的情況下進(jìn)行。切屑的SEM和EDX分析被實(shí)行，而且分別的圖像被輪流。切屑試樣在每個(gè)切削結(jié)束的時(shí)候被收集,其余被一個(gè)高壓力空氣噴嘴吹走避免來自不同的切削的切屑的混入。4.結(jié)果和討論在研究中被發(fā)現(xiàn)切屑可分為四種類型。第一型:切屑形成，型2:不穩(wěn)定的切屑,型3:具決定性的切屑和型4:嚴(yán)格的切屑。第一型是穩(wěn)定的加工的產(chǎn)品。型2-4切屑和不同嚴(yán)重的振動(dòng)過程發(fā)生。當(dāng)?shù)毒呤窃谒哪ズ臉?biāo)準(zhǔn)里面，排除刀具的磨耗的時(shí)候，所有的切屑從加工過程中獲得。4.1.型1切屑形成圖