由图可见，当切削速度提高时，变形系数显著下降。/ w! Y1 R: H9 L* J
5.2 高速切削的切削力1 A6 M3 ?, Q2 d
以外圆车削为例，有三个切削分力：主切削力 Fc(Fz)，切深抗力Fp(Fy)（又称径向力），进给抗力Ff(Fx)（又称轴向力）。) n* i' E2 }3 M f* r
主切削力最重要，在忽略Ff消耗功率的情况下，切削功率为
7 _: l E- ]* R! i( e; y0 y: K Pc=Fc.v×103(kw)4 u$ B6 n$ |& z7 ~5 O4 i) Y7 R
式中，Fc和单位N；v 的单位为m/min。5 }! s4 D- h# c6 S0 G
笔者早年进行了高速切削时切削力的试验。如图7所示，在车切45钢（正火，HB187）时，当切削速度从100m/min提高到270m/min，主切削力约下降了7%。如图8，在切削铸铝合金ZL10(HB45)时，当切削速度从100m/min提高到720m/min，主切削力约下降了50%。, ^$ G, J0 U! C' }
图7 车削45钢时，切削速度对切削力的影响（ap=3mm f=0.25mm/r） 图8 车削ZL10时，切削速度对切削力的影响（ap=4mm f=0.3mm/r） 山东工业大学用LT55陶瓷端铣刀切削45钢（调质，HRC35～40），切削力与切削速度的关系如图9。由图9可见，切削速度约在300m/min时切削力最大，旋即降低，切削速度达500m/min以上切削力变化不大。% a3 ~3 y# _3 H4 P h1 X m
图9 陶瓷刀端铣45调质钢时的切削力 某高校做了调质钢（HRC30～32）与淬硬钢（HRC50～52）的车削力试验。调质钢：ap=0.2～0.5mm , f=0.1～0.25mm/r, v=700～1000m/min。淬硬钢：ap=0.15～0.5mm, f=0.1～0.25mm/r, v=100～400m/min。建立了三向切削力的三因素公式（表1）。 表1 高速切削车削力的三因素公式 过去，苏联切削用量手册所列出的常速下车削中碳结构钢的切削力经验公式为 Fz=Czap1f 0.75v -0.15
$ ?/ l' `: H& `2 XFy=Cyap0.90f 0.60 v -0.3
! ?) H6 c) w" O) T" t0 VFx=Cxap1f 0.5v -0.4
与表1相比，有很大差异。表1的公式可能有问题。与车削相比，铣削力公式要更复杂些，因为除切削用量三要素以外，还有铣刀齿数、铣刀直径和铣削宽度等因素。过去，苏联人和中国人都建立过端铣、立铣在一般切削速度下的切削力和切削功率的多因素经验公式。在现代高速切削下的铣削力公式尚属空缺。 沈阳理工大学填补了这一空缺。做出了铣削力的三因素公式： 在ap=0.5～1mm, f=0.05～0.2mm/r, v =251～1256m/min范围内， Fc=5018ap0.344fz0.364v -0.394(切45钢)
' a/ v$ M* J+ Z. @# _Fc=864ap0.384fz0.176 v -0.287(切铝合金5A02)
看来，试验所得的数据也不太理想，可供参考。 山东大学用陶瓷刀具高速切削淬硬钢、高强度钢、硬镍铸铁做了有成效的切削力试验。 （1） LT55（Al2O3TiC）陶瓷刀具车削淬硬45钢（HRC50～55），v =30～120m/min, ap=0.35～1.4mm, f=0.08～0.32mm/r, / [( O- \3 }! x% ]
Fz=2525 ap0.99
9 `0 U3 e$ {2 |) x) p3 z; L! u3 ^f 0.80
' A0 x4 g: A/ j& d6 fv-0.01(N) + g, v/ X7 m: C3 c6 ]8 Y9 U
（2） LT55刀具车削超高强度钢35CrMnSiA(HRC45～48), 切削用量范围同上。
) W* k! ^2 R% a \Fz=2779 ap0.79
) O7 q' u2 Y" p7 X5 U( J9 p% }f 0.59
+ a6 ]% R7 S8 h- j: D+ Yv -0.08(N)
1 Z' ]. L9 T' G: n+ y+ |（3） SG-4(Al2O3―TiC,WC)陶瓷刀具车削淬硬高碳工具钢（HRC55～62），切削用量范围同上。
. P6 S& U/ y) x( N) g% PFz=3444 ap0.88% v( E- c1 Y- M9 y
f 0.65/ i& I. o4 L2 @6 [9 D5 G2 b0 i, U% r
v -0.12(N)
* q# w0 ?" O( x0 a! y) U" {6 x
（4） SG-4刀具车削淬硬45钢（HRC50～55），切削用量范围同上。
) ^& C( {; ]7 S/ q% D4 mFz=2309 ap1.04
* ]4 K7 ?1 p3 D& b( ?f 0.75$ Q6 ^: E" G) K8 `$ E1 z
v -0.01(N)
! `) Z, U# b9 S. `% G* l6 Z. v（5） AT6（Al2O3―TiC）陶瓷刀具车削硬镍铸铁（HRC56～62）
' B5 j: B# S+ `) M# ^6 }. bv =50～70m/min, ap=1.5～2.3mm, f=0.09～0.16mm/r
6 k2 n! Q. b, ~
Fz=1210 ap0.73f 0.42v -0.09(N) 山东大学所做的陶瓷刀具高速切削硬材料的切削力试验数据比较可信。 5.3 高速切削的切削热和切削温度9 p5 U+ d- o ]3 ?/ m$ b; `
在切削过程中，切削热的来源是剪切面区域材料变形所做的功和前、后刀面所做的摩擦功，如图10所示。
- `( E" N+ m' [( I, ` l9 i图10 切削热的来源 一部分切削热传到切屑中被切屑带走；一部分热传到工件中；还有一部分热传到刀具中（图10）。据研究，当切削速度提高后，传入切屑而被切屑带走的热量份额加多，而传入工件和刀具的热量份额减小，故工件、刀具升温并不大。8 I( Y& m. i8 z0 J. @, }/ x
日本人用P10立铣刀，切削45钢和A15025铝合金，ap=2mm, f=0.12mm/r。图11为切削热的分配比率。2 U' g9 K3 b8 E$ j" `( x N
图11 切削热分配比率 华南理工大学做了类似的切削热分配比率曲线（图12）。工件材料为45钢（热轧），车刀用YT15刀片，ap=0.8mm, f=0.12mm/r, v =400～800m/min。如图12所示，当v=400m/min时，Rc=49.4%, Rw=46.7%, RT=3.9%。当v=800m/min时, Rc=69.4%，Rw=28.7%, RT=2.3%。故在高速时RW与RT均显著减小。, m' O2 h6 b. W7 V5 o5 r
图12 切削热分配比率 Rc、Rw和RT只能说明切削热分配比率，最重要的还是前刀面―切屑和后刀面―工件界面上的切削温度或与之接近部位的温度。切削温度的测量很困难，常用的有自然热电偶、人工热电偶和红外线幅射法。; ^& n9 V9 z4 s# k( h3 U4 r; A) V" J
某高校做了调质钢与淬硬钢的车削温度试验。调质钢：ap=0.2～0.5mm, f=0.2～0.5mm/r, v=700～1000m/min。淬硬钢：ap=0.15～0.3mm, f=0.1～0.25mm/r,
& V g& A8 X% Y. P" p+ |$ j! B& p( D
v =100～400m/min。用红外测温仪测量温度，其结果如表2所示。
) C. |% r7 ]* X% F. |2 G& m1 ~( P | 
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发表于 2009-5-10 07:22:53
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