高速切削切削区的材料变形

发布日期:2012-10-22    兰生客服中心    浏览:5688

  刀具与工件间有相对运动,通过切削刃与刀面的作用切除工件材料的余量。

图1錾子切除工件上的余量

  如图1所示,切削刃起“切”和“割”的作用,刀面起“推挤”作用。

  “切”――工件相对于切削刃无运动分量。

  “割”――工件相对于切削刃有运动分量。

  “挤”――主要是前刀面的推挤,后刀面也有一定的挤压。

  切除余量,是以上三者综合作用的结果。由于被切材料的强度高,刀具有较大的楔角,不可能很薄。“推挤”作用消耗的能量份额很大;而“切”、“割”起着分离被切材料、形成加工表面的重要作用。

图2 四个变形区

  如图2所示,1为基本变形区;2为前刀面摩擦变形区;3为后刀面摩擦变形区;4为刃前变形区。1区和2区消耗动力的主要部分,而3区和4区则对形成加工表面起着重要作用。

  如果切削刃锋利,则4区很小;如刀具后角大,则3区也较小。

  1区是主要的变形区。如切削速度高,则1区变得很窄,几乎成为一个面(如图4所示的一条线),称为剪切面。剪切面的方向与切削速度的方面之间的夹角是前切角Φ。

图3 剪切面与变形系数

  剪切角φ的大约数值可用以下公式计算:

  M.E.Merchant(麦钱特)公式

  Φ=π/4-β/2+γo/2

  Lee and Shaffer(李和谢弗)公式

  Φ=π/4-β+γo

  式中,β为前刀面与切屑间的摩擦角,γo为前角。

  当切削速度提得很高后,则被切材料来不及充分变形,剪切角Φ加大,变形量减小,从而切削力也减小。切削速度提高后,前、后刀面与切屑、工件间的摩擦系数减小,也有利于切削力减小。

  有一个衡量材料变形的简易方法,即通过测量计算出“变形系数”。过去叫过“收缩系数”,二者是一回事。

  如图3所示,被切削层的原长度为lc,形成切屑后的长度为lch,则变形系数Λh=lc/ lch

  在切削过程中,被切削层材料变为切屑,是经过剪切滑移。根据材料力学的原理,用剪切应变量来衡量材料的变形程度是更为科学的。剪切应变ε与变形系数之间有一定关系,经推算,

  ε=ΔS/Δy=cosγ0/[sinφ?cos(φ-γ0)]

  =ctgφ+tg(φ-γ0)

  =(Λh2-2Λh?sinγ0+1)/(Λh?cosγ0)

  式中,γo为刀具前角。

  Λh和ε增大,则表示材料变形大;反之亦然。

  显然,高速切削时,Λh和ε都减小,切削力下降。

  某大学进行了45钢和铝合金5A02高速铣削的变形系数试验,刀具为φ20mm的硬质合金立铣刀,切削ap=0.5~1mm,进给量为fz=0.05~0.15mm/z,切削速度v=251~1256m/min。试验结果如图5和图6。

图4高速切削45钢的变形系数

图5高速切削铝合金5A02的变形系数

  由图可见,当切削速度提高时,变形系数显著下降。

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