高速銑削鈦合金時(shí)切屑的變形

發(fā)布日期:2014-05-08    蘭生客服中心    瀏覽:3085

  一、不同介質(zhì)下的切屑形態(tài)

  不同介質(zhì)下高速銑削鈦合金時(shí),由于刀具與切屑之間的摩擦狀況和散熱條件不同,切屑的形狀和表面狀況也有一定差異,如圖2所示。與干銑削相比,刀具與切屑之間的摩擦較大,銑削區(qū)溫度高,切屑流經(jīng)前刀面后的變形較大,切屑表面的條形褶皺較多、平整性差。

(ap=7mm,vc=250m/min,rs=1.6mm)

圖2 不同介質(zhì)下的切屑狀態(tài)

  二、不同銑削速度下的切屑形態(tài)

  鈦合金的高速銑削試驗(yàn)中, 在不同的銑削速度的情況下所產(chǎn)生的切屑形態(tài)來分析是有很大的區(qū)別的,因此銑削速度對(duì)切屑宏觀形態(tài)的影響較大,圖3即為在不同的銑削速度下的切屑照片。

(ap(ap=5mm,rs=0mm)

圖3 空氣油霧時(shí)不同銑削速度下的切屑形態(tài)

  從上圖的分析可以得出隨著銑削速度的增加,切屑的形態(tài)越來越規(guī)則, 尤其是當(dāng)銑削速度達(dá)到300m/mim 時(shí),經(jīng)過計(jì)算和測(cè)量,切屑的長寬和理論值很接近(鈦合金的變形系數(shù)很小幾乎等于1,甚至小于1)。產(chǎn)生不規(guī)則切屑的原因主要是速度越低,切屑和刀具接觸的時(shí)間越長, 切屑和刀具之間摩擦?xí)r間就較長, 因而速度較低時(shí)切屑的變形就比較明顯, 而速度越高時(shí), 切屑受到刀具摩擦的時(shí)間就越短,切屑的變形就越不明顯;另外隨著銑削速度的增大,銑削溫度會(huì)逐漸升高,摩擦系數(shù)下降,切屑受到的摩擦力越小,因而切屑的變形就越小。

  三、切屑變形的微觀分析

  從圖4可以看出, 不同介質(zhì)下切屑的表面微觀形態(tài)也有不同, 在氮?dú)庥挽F介質(zhì)下的切屑上存在著一些微裂紋(圖4(c)),這些微裂紋主要分布在切屑的邊緣和端部, 微裂紋大多與切屑沿前刀面的滑移方向相同(圖5 的Ⅰ區(qū)),少部分微裂紋與切屑滑移方向垂直(圖5 的Ⅱ區(qū))。氮?dú)庥挽F介質(zhì)下切屑產(chǎn)生微裂紋的原因可能是:

  1、氮?dú)庥挽F噴射到切削區(qū),瞬間帶走了大量的熱量, 使切屑產(chǎn)生熱應(yīng)力和熱裂紋;

  2、氮?dú)庥挽F中氮與切屑中的鈦發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成較脆的氮化鈦,這些氮化鈦分布在切屑表面和內(nèi)部,使切屑在強(qiáng)烈的擠壓和摩擦下易于脆裂。

(ap=7mm,vc=300m/min,rs=1.6mm)

圖4 不同切削介質(zhì)下切屑局部正面SEM 照片

(ap(ap=5mm,vc=300m/min,rs=1.6mm)

圖5 氮?dú)庥挽F介質(zhì)下切屑裂紋區(qū)的SEM照片

  由于空氣油霧也在切削中帶走大量的熱量,但其切屑不存在微裂紋(圖4(a)),所以第一種可能性是不成立的, 因此可以認(rèn)為微裂紋是由于氮的存在造成的。切屑易于脆裂,就會(huì)減少切屑流經(jīng)前刀面時(shí)對(duì)銑刀的沖擊,從而在一定程度上減少銑削力。

  四、切屑的金相分析

  1、金相照片的對(duì)比

  鈦合金切屑在形成過程中, 材料的塑性變性較大, 由此而產(chǎn)生的加工硬化時(shí)切屑在剪切滑移面的應(yīng)力增加,局部達(dá)到了材料的強(qiáng)度極限,此時(shí),切屑只在上部被擠裂而下部仍舊相連, 亦即靠近前刀面的一面很光滑,另一面呈鋸齒狀,形成集中剪切滑移切屑。

(ap(ap=7mm,vc=300m/min,rs=1.6mm)

圖6 不同介質(zhì)下切屑的金相照片

  圖6顯示出, 氮?dú)庥挽F下切屑的節(jié)狀化趨勢(shì)非常明顯,切屑底部的連接已變得很少,有時(shí)切屑節(jié)與節(jié)之間近乎分離?諝庥挽F下切屑的節(jié)狀化趨勢(shì)雖然比干銑削時(shí)明顯,但不如氮?dú)庥挽F。

  造成氮?dú)庥挽F和空氣油霧下切屑節(jié)狀化比干銑削明顯的原因, 是因?yàn)橛挽F的冷卻作用使切屑剪切滑移面的鈦合金塑性降低, 切屑易于在沿滑移面處剪裂。氮?dú)庥挽F下由于氮與鈦在剪切滑移面上生成了脆的TiN,在高速下,高的剪切力使切屑的集中剪切滑移作用加強(qiáng),從而使切屑的節(jié)狀特征更加突出。

圖7 銑削速度對(duì)剪切角的影響(r=1.6)

  2、剪切角f的比較

  圖7為剪切角f隨速度變化的曲線。該圖表明,隨著銑削速度的增加,空氣油霧、氮?dú)庥挽F和干銑削條件的鈦合金切屑剪切角都有增加的趨勢(shì),也即切屑變形減小的趨勢(shì), 特別是銑削速度超過275m/min 時(shí),這種趨勢(shì)更加明顯。產(chǎn)生這種結(jié)果的主要原因有兩方面,一方面是因?yàn)樽冃螘r(shí)間縮短,鈦合金的變形減小; 另一方面是因?yàn)榍行妓俣葘?duì)前刀面平均摩擦系數(shù)有影響, 高速切削時(shí), 切削速度越大,前刀面平均摩擦系數(shù)越小。當(dāng)切削速度很大時(shí),由于切削溫度很高,切屑底層軟化,形成薄薄的微溶層,在這種情況下,切削速度的變化對(duì)切屑變形的影響已很小。

  此外,在相同速度下,氮?dú)庥挽F下切屑的剪切角大于空氣油霧。其原因是由于氮?dú)饨橘|(zhì)下的切屑的剪切滑移面上有氮化鈦存在, 剪切滑移面的塑性降低, 切屑在集中剪切滑移過程中更容易發(fā)生塑性失穩(wěn),因而切屑的變形減少,剪切角f減小。

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