高速切削切削區(qū)的材料變形

發(fā)布日期:2012-10-22    蘭生客服中心    瀏覽:6131

  刀具與工件間有相對運動,通過切削刃與刀面的作用切除工件材料的余量。

圖1鏨子切除工件上的余量

  如圖1所示,切削刃起“切”和“割”的作用,刀面起“推擠”作用。

  “切”――工件相對于切削刃無運動分量。

  “割”――工件相對于切削刃有運動分量。

  “擠”――主要是前刀面的推擠,后刀面也有一定的擠壓。

  切除余量,是以上三者綜合作用的結果。由于被切材料的強度高,刀具有較大的楔角,不可能很薄!巴茢D”作用消耗的能量份額很大;而“切”、“割”起著分離被切材料、形成加工表面的重要作用。

圖2 四個變形區(qū)

  如圖2所示,1為基本變形區(qū);2為前刀面摩擦變形區(qū);3為后刀面摩擦變形區(qū);4為刃前變形區(qū)。1區(qū)和2區(qū)消耗動力的主要部分,而3區(qū)和4區(qū)則對形成加工表面起著重要作用。

  如果切削刃鋒利,則4區(qū)很小;如刀具后角大,則3區(qū)也較小。

  1區(qū)是主要的變形區(qū)。如切削速度高,則1區(qū)變得很窄,幾乎成為一個面(如圖4所示的一條線),稱為剪切面。剪切面的方向與切削速度的方面之間的夾角是前切角Φ。

圖3 剪切面與變形系數(shù)

  剪切角φ的大約數(shù)值可用以下公式計算:

  M.E.Merchant(麥錢特)公式

  Φ=π/4-β/2+γo/2

  Lee and Shaffer(李和謝弗)公式

  Φ=π/4-β+γo

  式中,β為前刀面與切屑間的摩擦角,γo為前角。

  當切削速度提得很高后,則被切材料來不及充分變形,剪切角Φ加大,變形量減小,從而切削力也減小。切削速度提高后,前、后刀面與切屑、工件間的摩擦系數(shù)減小,也有利于切削力減小。

  有一個衡量材料變形的簡易方法,即通過測量計算出“變形系數(shù)”。過去叫過“收縮系數(shù)”,二者是一回事。

  如圖3所示,被切削層的原長度為lc,形成切屑后的長度為lch,則變形系數(shù)Λh=lc/ lch

  在切削過程中,被切削層材料變?yōu)榍行,是?jīng)過剪切滑移。根據(jù)材料力學的原理,用剪切應變量來衡量材料的變形程度是更為科學的。剪切應變ε與變形系數(shù)之間有一定關系,經(jīng)推算,

  ε=ΔS/Δy=cosγ0/[sinφ?cos(φ-γ0)]

  =ctgφ+tg(φ-γ0)

  =(Λh2-2Λh?sinγ0+1)/(Λh?cosγ0)

  式中,γo為刀具前角。

  Λh和ε增大,則表示材料變形大;反之亦然。

  顯然,高速切削時,Λh和ε都減小,切削力下降。

  某大學進行了45鋼和鋁合金5A02高速銑削的變形系數(shù)試驗,刀具為φ20mm的硬質合金立銑刀,切削ap=0.5~1mm,進給量為fz=0.05~0.15mm/z,切削速度v=251~1256m/min。試驗結果如圖5和圖6。

圖4高速切削45鋼的變形系數(shù)

圖5高速切削鋁合金5A02的變形系數(shù)

  由圖可見,當切削速度提高時,變形系數(shù)顯著下降。

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