外文翻譯中文版---在高速端銑切削中切屑形成的調(diào)查.doc

在高速端銑切削中切屑形成的調(diào)查作者YuanNing,M.Rhman,Y.S.Wong摘要端面球形銑刀廣泛地用于金屬模和鑄模工業(yè)。然而，在高速球面端銑中切屑形成研究方面的工作做的非常少。在一個調(diào)查實驗中，已經(jīng)在這一項研究中被引導(dǎo)建立切屑形成機理。普通的鑄模鋼H13的硬度達到HRC55，在高速加工中心不加切削液的情況以1030千轉(zhuǎn)/分的速度范圍被加工時：會產(chǎn)生四個典型的切屑和三種類型的振動。假使采用SEM這種方法產(chǎn)生切屑，EDX方法用來分析切削刃口和切屑形成過程之間相互作用?；谶@一項研究的調(diào)查結(jié)果,切屑形成機理已經(jīng)在本文中提出。在切削運動中，三種類型的振動闡述了切屑形成和振動行為之間的關(guān)系。基于實驗的調(diào)查結(jié)果一個判斷切屑穩(wěn)定性的方法已經(jīng)被建議。資訊科技也已經(jīng)透過這一項研究被建立：典型的Adiabaticshear不在高速球面端銑的切屑形成方面發(fā)生。關(guān)鍵字:球面端銑；切屑形成機理；振動；高速加工；Adiabaticshear1.介紹在金屬切削中，現(xiàn)在的趨勢是自動化、高的排除率和無人操作方向發(fā)展。這需要非?？煽康募庸み^程、表面精度、工件精度、刀具壽命是主要重要。但是維持穩(wěn)定的加工,更多的注意對切屑形狀的控制以使它更容易被排除。這是因為切屑形成和裂斷方面是非常重要的在加工中。表面精度，工件精度和刀具壽命的問題是由于在切屑形成過程中較小的改變引起,尤其在高速切削中,有害的切屑形成將會產(chǎn)生有害的效果。在旋轉(zhuǎn)，鉆孔和面銑的切屑形成方面已經(jīng)做了很多的研究工作。Shaw提出了一個循環(huán)的鋸齒狀的型面銑的切屑,而且提出相關(guān)的其它類型的循環(huán)和無循環(huán)的切屑。Nakayama解釋了切屑大小和切屑方向的必要意義，切屑流量和角形狀，并且清楚地表達螺旋形的切屑進行過程。Komanduri已經(jīng)在切屑分割和不穩(wěn)定性的研究有很大的進展。然而看來很少有工廠對球面端銑切屑形成的性質(zhì)做研究，由于切屑幾何形狀和切屑過程的復(fù)雜性,即使它在壓鑄模和鑄模的高速銑中被廣泛地應(yīng)用。切屑形成的過程很少考慮,如振動。本文將對高速端面球銑實驗調(diào)查和切屑形成機理做基本的討論。2.理論在Merchant出版了他的連續(xù)切屑形成機理的舉世聞名模型短短之后,一些作家建議不是所有的切削過程都符合這一個模型。同時很快被發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)很多的切削過中，圓柱形形切屑在高速切屑中形成。切屑形成機理這已經(jīng)重新更新，同樣，被Komanduri和一些的學(xué)者徹底地評論。關(guān)于這一個主題已經(jīng)被Nakayama出版。Toenshoff闡述這種在高速切削中，把基本的切屑機理叫做adiabaticshear。在一個變形過程中，塑性變形是從最弱的點附近開始,從而產(chǎn)生應(yīng)力集中。如果應(yīng)變率足夠高,系統(tǒng)是絕熱，而且這些的過熱面積狹窄，這里就有一個軟化過程,同時局部應(yīng)變增加直到瞬時的剪切發(fā)生。過熱切削將產(chǎn)生不穩(wěn)定性切屑形狀，切屑變形嚴(yán)重，而且切屑容易破碎,在旋轉(zhuǎn)的過程中，這些都在不停的進行著。所以，必須衡量這些理論是否值得用于調(diào)整球面端銑。在球面端銑過程中,有決定切屑形成的很多不穩(wěn)定因素。通常下列的因數(shù)對于切屑形成的分析被考慮之:(一)金屬和工作件材料的熱塑料特性；(二)切斷的狀態(tài)；(三)剪修剪區(qū)可變性；(四)改變刀具上的磨擦力狀態(tài)(第二次的剪區(qū))；(五)最初區(qū)和第二區(qū)的關(guān)系(六)刀具的結(jié)構(gòu)和切屑過程的交互作用，也就是,動態(tài)因素。上述的因素的細(xì)節(jié)將在稍后討論。然而，在本文中，主要討論在切削過程中動態(tài)因素的影響。3.建立實驗實驗在高速加工中心MakinoV-55上被引導(dǎo)。用于這一項研究的機械條件是是:變細(xì)長速度，1030k的轉(zhuǎn)/每分；軸向切斷深度從0.1變化到0.8毫米；而且補給率是在0.025-0.05毫米/齒的范圍中。測試材料是AISIH13,硬度HRC55，而且它的化學(xué)成分是:C:0.37%,Cr:5.3%；W:1.4%；Mo:0.4%；Mn:1.0%；Si:1.0%.銑刀是一個12毫米固體碳化物和TiA1N涂料的球面的端銑刀。螺旋角300的,刀具的前傾角0從00變化到30，在切削刃和間隙角中從11變化到13。在實驗中刀具工件保持垂直。，一個Kistler測力計用來測切削力。力信號以一個12,000個試樣/s/通風(fēng)槽的抽樣率被多的通風(fēng)槽DAT(數(shù)傳聲音帶子)記錄機。一個光學(xué)顯微鏡被采用觀察刀具。過程被一個HP示波器檢測。所有的切削在干的情況下進行。切屑的SEM和EDX分析被實行，而且分別的圖像被輪流。切屑試樣在每個切削結(jié)束的時候被收集,其余被一個高壓力空氣噴嘴吹走避免來自不同的切削的切屑的混入。4.結(jié)果和討論在研究中被發(fā)現(xiàn)切屑可分為四種類型。第一型:切屑形成，型2:不穩(wěn)定的切屑,型3:具決定性的切屑和型4:嚴(yán)格的切屑。第一型是穩(wěn)定的加工的產(chǎn)品。型2-4切屑和不同嚴(yán)重的振動過程發(fā)生。當(dāng)?shù)毒呤窃谒哪ズ臉?biāo)準(zhǔn)里面，排除刀具的磨耗的時候，所有的切屑從加工過程中獲得。4.1.型1切屑形成圖1A表示因為它的形狀和幾何形狀符合得較好，所以切屑從穩(wěn)定的切斷獲得,被定義為一個穩(wěn)定的切屑，穩(wěn)定過程如圖2。用球面端銑切削在正常產(chǎn)品一個被彎曲兩次的切屑5.從圖1A，穩(wěn)定的切屑的形狀與一個錐形類似。這被歸因于球面的端銑刀的在切削片段的幾何學(xué)。切屑形成在一個球形的帽上發(fā)生。因此，對于積削容積的相等，切屑幾何學(xué)影響較低,那個尺寸和每個切削的形狀將會與一個適度同種的工作材料是相同的。在切削的過程中，切削刃的不同部分是各不相同的。另外,所有切削刃的點,按照他們的不同切削角,必須承受不同的負(fù)載。圖2B的陰暗面積表現(xiàn)面積，刃口在一個旋轉(zhuǎn)裝置中移動過程,也就是刀具-工作件連絡(luò)面積。刀具與工作件成垂直。，刀具尖端在大小方面雖然非常小,實際上不在切削中起作用，因為它的切斷速度是零。這就是為什么切屑不是一個完全錐形和圖2B的片碎區(qū)域是如何形成。由于它被刀具尖端分離開，所以錐形的頂端看不見,這惡化表面的性質(zhì)。如此一個較好的策略是傾斜刀具，以便切削刃邊緣與刀具一起預(yù)訂,像Schulz所建議。在圖2B,O代表刀具尖端,所以區(qū)域BOC表現(xiàn)被刀具尖端擦離開的工作件的部分。在穩(wěn)定的切斷中,刀具與工作件接觸長度就是被預(yù)計的刃口長度。在分割區(qū)域如圖2中被顯示ABCD。區(qū)域ABCD也代表切削刃與工作件接觸穩(wěn)定的面積。接著發(fā)現(xiàn)一個不穩(wěn)定的加工過程,切削刃與工件接觸面積和長度實質(zhì)上總是有差異。以穩(wěn)定的切斷在一個齒接觸期間,時期CT,將有一切屑生產(chǎn)。圖3舉例說明在穩(wěn)定切削過程中，切斷刃的運動區(qū)域。這種切屑形成被歸因于二個因素:剪切過程，它是依賴球面端銑刀的幾何學(xué)，也就是切削的區(qū)域幾何學(xué)。球面端銑刀的幾何形狀，決定了穩(wěn)定切削區(qū)域的幾何形狀，在穩(wěn)定的切削過程中有相對優(yōu)勢的決定效果。剪切開始于當(dāng)刃口開始接觸工作件。如使刀具旋轉(zhuǎn),最初的變形區(qū)也適當(dāng)?shù)匾苿?。切屑從刀具第一個傾斜面流到刀具的第二個傾斜面的過程中，切屑也就在形成了。同時，切屑的中心向上擴大。這一個過程是連續(xù)，直到切屑的上面邊的運動是刀具的第二個傾斜面時。然后切屑沉積在第一個和第二個傾斜面之間,沒有方法移動并且卷曲如圖2A所顯示的面,造形第二個變形區(qū)。在穩(wěn)定的切削過程中，槽是切屑唯一向前移動的路徑。注意，刀具正在旋轉(zhuǎn),這一個積屑實際上被造形如一個錐形。這就使它變成了兩次-彎曲的錐形。當(dāng)被產(chǎn)生的切屑離開時，剪切被完成，而且當(dāng)?shù)洱X離開工件的時候，切屑卷曲也同時停止。在切屑形成過程中將不會有切屑-工作件相接觸。當(dāng)?shù)洱X離開工件的時候，一個切屑形成過程完成。另外的一個刀齒將會依次與工作件一起接觸，而且切屑形成再一次開始。在HSM中是廣為人知的，很多的切削熱進入切屑之內(nèi)被轉(zhuǎn)移。在切屑面積中的溫度,尤其在切屑的較低邊中,將會非常高。正常地T2是比T1高,所以熱應(yīng)力將會產(chǎn)生導(dǎo)致切屑弄卷到一個較小的半徑。(如圖4)切屑將會像一個熱的雙金屬的彈簧,雖然切屑較低部分和刀具面之間很少磨擦。當(dāng)T2比T1高許多的時候,切屑將會向曲率的中心卷。通過切屑顏色的分析查證,切屑熱比較低的部分顏色總是很比較黑暗比上面的面,意謂被氧化的范圍以由一個較高的溫度所引起。在切屑和傾斜面面之間的磨擦是無關(guān)重要的。從EDX分析圖解(圖5)，沒有涂料(TiA1N)和接合料(鈷)的機械要素被發(fā)現(xiàn),這證明沒有刀具材料轉(zhuǎn)移到切屑之中。占優(yōu)勢的刀具磨耗機械裝置被發(fā)現(xiàn)是第一流側(cè)面磨損(圖6)。最大的磨損總是以最高的切削速度刃口部分發(fā)生。這也說明了在傾斜面上的磨損上微小的。在穩(wěn)定的切屑過程中，切屑的產(chǎn)生像在第一個和第二個傾斜面面之間交互作用的結(jié)果。如早先所說的,切屑在高的割削速率下面的分割正常地被歸因于斷熱的剪現(xiàn)象,通常在連續(xù)加工時像旋轉(zhuǎn)或鉆孔3-8中被發(fā)現(xiàn)。但是它在球面端銑是可疑的?！癮diabaticshear”有一些重要事物發(fā)生。應(yīng)該也有材料。將會有缺陷，而且應(yīng)變在切屑的表面中發(fā)現(xiàn)。從圖1A，沒有如此的現(xiàn)象被觀察。如此得出一般結(jié)論:”adiabaticshear”不是端銑的切屑分割所造成；切屑借著旋轉(zhuǎn)刃口使其發(fā)生。在球面端銑的切屑形成過程中,在特定的切削條件之下也存在一個分割現(xiàn)象。理由被發(fā)現(xiàn)是本身振動而不是斷熱的剪切。這導(dǎo)致型2切屑形成。4.2.型11切屑形成圖7A表示一個從振動獲得的典型切屑。叫做一個不穩(wěn)定的切屑或元素的切屑。它通常起因于從刀具尖端開始的周期破裂。有時它是在工作材料中發(fā)生的斷熱剪的結(jié)果。在這一項研究中，原因發(fā)現(xiàn)是被刺激的自己振動，叫做型振動。因為一個型2切屑是有特色的，振動作記號。(如圖7B的圈)在實驗中，當(dāng)那出現(xiàn)不同尋常的時候,這將產(chǎn)生一個不平順表面粗度，而且加工面將會有被不光(遲鈍的)。切屑是一個以幾何學(xué)相當(dāng)好，符合削減分割如圖8所示。在圖7B中顯示的振動形狀標(biāo)志也是符合切屑的形成。刃口接觸面積在圖8中顯示,通過它清楚地看見到一個切屑的形成切屑接