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发表于 2008-1-18 18:03:39
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来自： 中国北京
大刃倾角切削的变形研究 & j( o' U9 ~" d8 V1 w+ @$ @* b4 f2 L
简介：1 斜角切削的速度以往对斜角切削的研究，刃倾角ls几乎都局限于≤45°的范围，对于刃倾角ls＞45°时的切屑变形，迄今尚无人进行过具体研究。本文以刃倾角ls＞45°的斜角切削为基础，分析了大刃倾角斜角切削低碳钢板时的变形情况。 在斜角切削中，工件相对于斜角切削刀具切削刃上某一点的切削速度vc可分解为垂直于切削刃的速度分量vn和平行于切削刃的速度分量vT，如图1所示，即有 图1
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2 X G1 `1 R' B$ f' O1 M9 s. w) t1 斜角切削的速度以往对斜角切削的研究，刃倾角ls几乎都局限于≤45°的范围，对于刃倾角ls＞45°时的切屑变形，迄今尚无人进行过具体研究。本文以刃倾角ls＞45°的斜角切削为基础，分析了大刃倾角斜角切削低碳钢板时的变形情况。 在斜角切削中，工件相对于斜角切削刀具切削刃上某一点的切削速度vc可分解为垂直于切削刃的速度分量vn和平行于切削刃的速度分量vT，如图1所示，即有
+ h% E1 w9 t) I: [! Z5 ^/ _vn＝vccosls, R8 C1 s+ h, K# {$ I, d
vT＝vcsinls从以上公式可看出，刃倾角ls的绝对值越大，则平行于切削刃的速度分量vT越大，垂直于切削刃的速度分量vn越小。随着刃倾角ls的变化，速度分量vT和vn也随之变化。 当ls＜45°时，cosls＞sinls，vn＞vT，垂直于切削刃的金属塑性流动占主导地位；当ls＝45°时，cosls＝sinls＝1，vn＝vT；当ls＞45°时，cosls＜sinls，vT＞vn，平行于切削刃的金属塑性流动占主导地位。通常将刃倾角ls＞45°的斜角切削称为大刃倾角切削。 2 大刃倾角切削的切削变形试验大刃倾角切削的切削变形情况，迄今尚未见研究报道。本文采用快速落刀方法获取切屑根部的标本，通过观察切屑根部标本的外形和金相磨片，对大刃倾角切削的切削变形进行较为全面的分析。 - 试验条件
- 使用机床：B6050B刨床
- 刀具材料：高速钢，法向前角gn＝30°，法向后角an＝8°
- 工件材料：厚度为1.2mm的低碳钢(Q235)钢板
- 切削用量：切削速度vc＝6．12m/min，切削厚度hD＝0．2mm，干切削
- 切屑根部的外形
采用不同的刃倾角ls进行切削，通过快速落刀方法获取了两组切屑根部标本。通过扫描电镜对标本的外观形状进行观察，并分析其变形情况。标本照片如图2、图3所示。) @6 T" j' B% m- V4 Y
从图2可看出，当ls＝0°时，切屑的横向变形很大，切屑的中部因横向变形的挤压而明显凸起，切屑表面上剪切滑移痕迹十分突出，切屑厚度比图3大得多。随着刃倾角ls的增大，切屑的横向变形减小。当ls＝60°时，切屑厚度明显减小，切屑表面上剪切滑移的痕迹已不明显，这主要是因为切削中平行于切削刃的金属塑性流动所致。 - 切屑根部的金相磨片
6 `: Q9 ?9 v7 R4 p7 A& ]斜角切削的剪切角如图4所示，其由直角切削的剪切角f偏斜为fl，由于斜角切削刃倾角的存在，使切屑流出方向相对于切削刃的法向偏斜了一个角度fl(流屑角)，从而使fl＞f，这是由于变形系数Dh和剪切角f存在如下关系： 因此，随着剪切角f的增大，变形系数Dh减小，从而使切屑的变形减小。 为了清楚地观察刃倾角的变化引起的切削变形的变化，可通过制备切屑根部的金相磨片，在金相显微镜下进行观察分析。- 切屑根部沿切削刃法剖面上的金相组织变形 采集切屑根部标本的试验条件同上，金相磨片是在切削刃的法剖面上制备的，切削时的刃倾角ls分别为45°、60°和75°。切屑根部金相显微照片如图5、图6和图7所示。
) j8 V* B0 \ Q$ p. t从以上照片可看出，当ls＝45°时，切削变形大，晶粒拉得很长，切剪滑移面明显可见，切屑很厚；而当ls为60°和75°时，晶粒的变形相对来说小了很多，切屑厚度大幅度减小。三张照片的放大倍数相同，从照片上可直观地看出切屑厚度变化和晶粒变形的情况。所以，当平行于切削刃的切削速度远大于垂直于切削刃的切削速度时，切削变形可大幅度减小。 - 切屑根部沿切削刃方向上的金相组织变形 在沿切削刃的方向上制备金相磨片，切削时的刃倾角ls分别为45°和75°。金相显微照片如图8和图9所示。
9 U2 y3 x) w8 `8 B. y/ |+ g图8和图9中的细线为切削刃的位置，当ls＝45°时，切屑上晶粒的变形区域较宽，照片中切屑部分的晶粒全部变形；而当ls＝75°时，由于平行于切削刃的切削速度的作用，切屑上晶粒变形区域明显变窄，切屑上部的晶粒基本没有变形。
通过对切屑根部外形和金相显微组织变形情况的分析可知，大刃倾角切削的变形很小。 - 刃倾角与变形系数和剪应变的关系。
为了直观地分析刃倾角的变化对切屑变形的影响，测量绘制了切屑变形系数和刃倾角的关系曲线(见图10)，试验条件同上。通过变形系数和剪应变的换算，可得到剪应变与刃倾角的关系曲线(见图11)。
) {" ~/ E- Y7 m W& U6 D$ i$ A1 e' u6 p从图10可以看出，当ls＝75°时，切屑变形系数趋近于1，切屑的变形很小，与此图相对应的图11中，剪应变e随着ls增大而大幅度减小。 由于采用大刃倾角切削可大大减小切屑变形，因此将大刃倾角切削原理应用于金属长纤维的切削加工中，可得到延伸率好、强度高的金属长纤维。
3 结论- 进行大刃倾角切削时，平行于切削刃的速度分量大于垂直于切削刃的速度分量，可大幅度减小切削变形；
- 当刃倾角ls＝75°时，切屑变形系数接近于1，这主要是由于切削时沿着切削刃的切削速度起着主导作用所致；
- 将大刃倾角切削应用于金属长纤维的加工中，可获得高性能的金属长纤维
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发表于 2008-1-22 14:08:23
