切削力與切削熱

發(fā)布日期:2012-10-29    蘭生客服中心    瀏覽:4870

  在切削低溫區(qū),澆注冷卻的效果好于風冷;而在高溫區(qū)泛風冷的效果好于澆注冷卻。由圖3可以看到,在自然冷卻、風冷(-15℃)和傳統(tǒng)冷卻的切削中,在工藝參數(shù)相同的條件下,自然冷卻切削力最大,亞干式切削力最小。由圖4可知,在自然冷卻、澆注冷卻、風冷(-23℃)和亞干式切削中,切削熱依次減少。對此可分析如下:

  在切削用量相同,刀具幾何參數(shù)一致的情況下,影響切削力的最主要的因素是工件材料、切削時的冷卻狀況和刀具磨損。其中工件材料的物理機械性能及狀態(tài)影響最大,材料的強度、硬度越高,則創(chuàng)剪應(yīng)力)越大,從而切削力越大。而本試驗工件材料、刀具材料均一致,在各切削參數(shù)相同的前提下,切削力應(yīng)基本趨于一致。因此,試驗結(jié)果不一致應(yīng)歸結(jié)于冷卻方法的不一致,是不同的冷卻方法改變了切削區(qū)材料的某些性能以及相應(yīng)的刀具磨損狀況。

  研究表明:低溫切削時體心立方晶格材料易發(fā)生低溫脆化。此時材料的機械性能受到金屬內(nèi)部晶格位錯影響,在低溫下金屬內(nèi)部位錯熱能低,其塑性變形應(yīng)力比高溫下抗力大,因而能提高材料強度;而低溫脆性是由孿生引起的龜裂所產(chǎn)生的。體心立方晶格金屬引起滑移所需屈服應(yīng)力隨溫度急劇增大,但孿生應(yīng)力因溫度不同而產(chǎn)生的變化不大因此,低溫下孿生應(yīng)力比滑移應(yīng)力小,低溫脆性是由孿生優(yōu)先發(fā)生的。由此可見:低溫強風冷卻引發(fā)被切削材料的低溫脆性是切削力小于其它冷卻方法的主要原因;同時低溫降低了切削熱溫度,保護了力具的切削性能,也從另一側(cè)面延緩因刀具磨損引發(fā)切削力增大的趨勢。

  在冷風冷卻切削中,亞干式切削的切削溫度低于一般的冷風切削,這應(yīng)歸功于亞干式切削中添加劑的潤滑作用。金屬切削中所消耗的全部功轉(zhuǎn)化為熱,而熱主要產(chǎn)生在第一變形區(qū)和第二變形區(qū);工件材料在第一變形區(qū)受剪切時,隨著刀具相對于工件的連續(xù)運動,剪切應(yīng)力增大,并伴有加工硬化現(xiàn)象,在整個切削寬度上存在著極大的溫度梯度,通常在600℃左右,切削力也由此大大減小;隨著切削在第二變形區(qū)的繼續(xù)進行,切屑沿前刀面流出,受到前刀面的擠壓和摩擦作用,使緊挨刀具前刀面的切屑溫度最高可達750℃左右;在沒有潤滑液、切削溫度很高的情況下,前刀面與切屑是粘結(jié)摩擦或內(nèi)摩擦;當潤滑液滲到切屑、刀具與工件的接觸表面之間以后,粘附在金屬表面形成潤滑膜,以此減小切屑與刀具、工件之間的摩擦系數(shù)、減輕粘結(jié)現(xiàn)象,以達到減小切削力和減少切削熱的目的。

  另一方面,按照切削方程式f=p/4-b+a(f為剪切角,b為摩擦角,a為刀具前角),減小摩擦系數(shù)意味著夕變小,協(xié)增大,從而使前刀面與切屑的接觸長度減小,減少了摩擦,因而降低了切削溫度,這種效果是切削液冷卻和亞干式切削所共有的。但在高壓、高溫下油膜厚度會減薄,并部分蒸發(fā),金屬表面的凸凹不平極易破壞油膜,使之趨向于邊界潤滑。因此切削過程中潤滑介質(zhì)的潤滑作用取決于潤滑介質(zhì)的潤滑性能與其滲透性、成膜能力等:亞干式切削過程中切削區(qū)材料有低溫脆性、添加劑的滲透作用強,使之較切削液冷卻時的切削溫度更低。

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