金屬切屑根部標(biāo)本制備變形系數(shù)剪切角測(cè)定

金屬切屑根部標(biāo)本制備變形系數(shù)剪切角測(cè)定第1頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容變形系數(shù)的測(cè)定剪切角的測(cè)定切屑根部金相標(biāo)本制作第2頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.切屑根部金相標(biāo)本制作基本步驟：切屑根部標(biāo)本的嵌裝試樣表面的制備試樣的拋光金相腐蝕第3頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1切屑根部標(biāo)本的嵌裝切屑極易斷離和變形，為防止切屑斷離及變形必須對(duì)切屑根部標(biāo)本進(jìn)行嵌裝?？焖俾涞堆b置取得切屑根部后，需將切屑連同與其毗連的工件仔細(xì)切割(機(jī)械切割、線切割)。標(biāo)本尺寸一般宜在10~15mm范圍內(nèi)。標(biāo)本的嵌裝—將切屑根部標(biāo)本鑲嵌在低熔點(diǎn)金屬、硫磺、硬塑料或環(huán)氧樹(shù)脂中。第4頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月金相根部嵌裝切屑根部標(biāo)本金屬環(huán)平板1.1.1用低熔點(diǎn)、硫磺或環(huán)氧樹(shù)脂嵌裝常用嵌裝試樣的低熔點(diǎn)合金有鉍、鉛、錫等，不同含量其熔點(diǎn)溫度76℃~124℃之間。低熔點(diǎn)合金存在不足：腐蝕劑會(huì)滲入試樣和鑲嵌材料間灌注的合金對(duì)試樣起電化保護(hù)作用而影響顯現(xiàn)顯微組織的效果第5頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用硫磺作為鑲嵌材料硫磺避免了低熔點(diǎn)合金的不足，且價(jià)廉，與大多數(shù)金相化學(xué)腐蝕劑不起化學(xué)反應(yīng)，采用較多。存在的主要缺點(diǎn)：金相顯微鏡觀察時(shí)，背景與標(biāo)本的顏色對(duì)比度不強(qiáng)，影響拍攝效果。第6頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用環(huán)氧樹(shù)脂作為鑲嵌材料固化后性能符合要求，鑲嵌工藝簡(jiǎn)單。第7頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1.2用硬塑料嵌裝嵌裝用硬塑料為黑色酚醛樹(shù)脂(黑電木粉，熱固性塑料，在130℃~150℃左右固化)用硬塑料鑲嵌標(biāo)本裝置壓頭壓模標(biāo)本底座加熱板市場(chǎng)銷售的標(biāo)本嵌裝機(jī)采用在壓模外纏繞電熱絲加熱的方法，且溫度可調(diào)。(目前最常用的嵌裝切屑根部的方法)第8頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月MC004-ZXQ-2全自動(dòng)金相試樣鑲嵌機(jī)鑲嵌設(shè)備第9頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2試樣表面的制備銼刀或砂輪平整表面砂布磨光(從粗到細(xì))1.2.1制備過(guò)程砂輪平整試樣時(shí)，不要使試樣產(chǎn)生燒傷。砂布磨光時(shí)，開(kāi)始用較粗砂布(100#~150#)，然后逐漸改用較細(xì)砂布，最終磨制時(shí)用200#~240#細(xì)砂布。細(xì)磨第10頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2.2砂布磨光時(shí)注意事項(xiàng)磨制標(biāo)本時(shí)，不能過(guò)分用力將試樣壓在磨盤(pán)上，以免被磨表面發(fā)熱過(guò)度。當(dāng)用一種砂布磨光時(shí)，試樣的位置不應(yīng)變動(dòng)。當(dāng)換用下一號(hào)砂布時(shí)，應(yīng)將試樣位置轉(zhuǎn)動(dòng)90°，使新的磨痕垂直于前一磨痕，當(dāng)前一磨痕被磨掉后才更換下一號(hào)砂布。在每次更換砂布時(shí)均應(yīng)仔細(xì)清洗標(biāo)本。第11頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2.3細(xì)磨方法黑色金屬標(biāo)本，細(xì)磨用粒度為240#~280#金剛砂為磨料。細(xì)磨方法：將細(xì)麻布箍緊在旋轉(zhuǎn)磨盤(pán)，試樣輕壓在磨盤(pán)上，工作時(shí)磨盤(pán)始終保持一定的濕度。鋼試樣細(xì)磨用鉻鋁研磨膏作為磨光劑。對(duì)鋁及鋁合金試樣，平整鋁試樣表面用銼刀；磨光則在涂有石蠟—煤油溶液的140#、180#和240#的砂布上循序進(jìn)行。第12頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月成分粗磨中磨細(xì)磨氧化鉻373532氧化鋁373532石蠟202430脂肪酸333煤油222碳酸鈉111鉻鋁研磨膏的成分(重量百分比)第13頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3試樣的拋光黑色金屬用氧化鉻或氧化鐵的細(xì)粉末進(jìn)行拋光。拋光粉與蒸餾水混和。將細(xì)呢絨經(jīng)水泡浸后箍在磨盤(pán)上進(jìn)行拋光。試樣輕壓于旋轉(zhuǎn)的磨盤(pán)上(n=700~1000rpm)。1L水加入5g氧化鋁，或10~15g氧化鉻或氧化鐵第14頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鋁試樣預(yù)拋光終拋光+細(xì)呢絨，拋光劑用氧化鋁+蒸餾水，混和液濕潤(rùn)細(xì)呢絨，磨盤(pán)轉(zhuǎn)速約300rpm絲絨，絲絨用水濕潤(rùn)，細(xì)氧化鎂粉或氧化鋁粉涂在絲絨上，磨盤(pán)轉(zhuǎn)速約100rpm第15頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月純銅試樣用氧化鋁與蒸餾水的混和液在裝有細(xì)繞的磨盤(pán)上拋光涂有極細(xì)的氧化鎂粉的絲繞進(jìn)行終拋光切屑根部在流水中清洗干凈無(wú)水酒精清洗熱風(fēng)機(jī)干燥保存于干燥皿或馬上進(jìn)行金相腐蝕。第16頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月拋光設(shè)備LP-2雙盤(pán)立式金相試樣拋光機(jī)第17頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.4顯微組織的顯現(xiàn)—金相腐蝕腐蝕原理：由于金屬內(nèi)各個(gè)晶粒的方向不同、各種組織的物理性能及晶粒邊界和晶粒內(nèi)部的化學(xué)成分不同，腐蝕時(shí)使金屬發(fā)生選擇性溶解，從而顯現(xiàn)出金相組織。選擇性溶解很大程度上取決于相鄰組織單元的電化學(xué)勢(shì)。在腐蝕劑中起陽(yáng)極作用的組織首先溶解；直接與晶粒邊界或相邊界毗連的地方，其合金元素成分不同于金屬的平均成分，通常也是并且是較劇烈地溶解，從而顯露出金相組織。第18頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月腐蝕前，仔細(xì)清除試樣表面的油漬腐蝕時(shí)所產(chǎn)生的氣泡不能附在試樣表面第19頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不同材質(zhì)試樣，使用不同的腐蝕劑材料腐蝕劑成份碳鋼、低合金鋼、中合金鋼、高速鋼、鑄鐵硝酸2~5mL，無(wú)水酒精98~95mL1Cr18Ni9Ti不銹鋼硝酸1mL，鹽酸1mL耐熱鋼硫酸銅4g，鹽酸20mL，水20mL純銅飽和氨溶液50mL，3%過(guò)氧化氫溶液50mL鑄鋼、黃銅、青銅飽和氨溶液50mL，3%過(guò)氧化氫溶液10mL鋁氫氧化鈉0.5~1g，水99.5~99mL第20頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月試樣腐蝕后即用水沖洗，并用無(wú)水酒精清洗且用熱風(fēng)機(jī)干燥。若不馬上進(jìn)行觀察，應(yīng)涂上凡士林以防銹。切屑根部金相照片第21頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.變形系數(shù)的測(cè)定2.1變形系數(shù)的定義厚度變形系數(shù)長(zhǎng)度變形系數(shù)假設(shè)，切屑寬度與切削層寬度相等，且切削前后金屬體積不變第22頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2變形系數(shù)測(cè)定的方法2.2.1長(zhǎng)度法用車床或刨床車削金屬，取得一段切屑后，用軟金屬絲沿切屑底面測(cè)出切屑長(zhǎng)度lch，并計(jì)算出該段切屑相對(duì)應(yīng)的切削長(zhǎng)度lc，根據(jù)公式計(jì)算出變形系數(shù)。第23頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月車削時(shí)控制車削長(zhǎng)度方法V形槽法60°<apV形槽法測(cè)量原理：平行于工件軸線銑一角度為60°、深度小于切削深度ap的溝槽(一般，槽深為1~1.5mm)。切削時(shí)，切屑是連續(xù)的帶狀，但從切屑上的溝槽即可判別出兩相鄰溝槽間的切屑長(zhǎng)度即為工件一轉(zhuǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的切屑長(zhǎng)度。第24頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

矩形槽法測(cè)量原理：平行于工件軸線銑出寬度約2~3mm的矩形槽。為了減小切削時(shí)的沖擊，用澆注的辦法將鉛灌注在矩形槽內(nèi)。切削工件一周時(shí)，切屑自動(dòng)分離，得到切削一圈時(shí)所對(duì)應(yīng)的切屑長(zhǎng)度。此時(shí)，切削長(zhǎng)度為工件圓周長(zhǎng)減去槽的寬度。2~3鉛矩形槽法第25頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

小孔法測(cè)量原理：用鋼管進(jìn)行直角自由切削時(shí)(車端面)，在鋼管端面平行于工件軸線鉆一小孔，在切下的切屑中根據(jù)兩相鄰小孔辨認(rèn)出切削鋼管一周所對(duì)應(yīng)的切屑長(zhǎng)度。小孔法第26頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2厚度法

百分表法測(cè)量原理：將切屑底面放在平臺(tái)，百分表的量頭在切屑頂面進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)百分表預(yù)先在標(biāo)準(zhǔn)塊上的校準(zhǔn)值以及表針的讀數(shù)便可測(cè)出切屑厚度。由于切屑頂面非常毛糙，實(shí)際測(cè)量時(shí)應(yīng)測(cè)量幾處的切屑厚度取平均值，以減小測(cè)量誤差。百分表測(cè)量切屑厚度百分表切屑表座平臺(tái)第27頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

顯微鏡測(cè)定法相同切削條件下取得若干切屑根部標(biāo)本，在工具顯微鏡下測(cè)得切屑厚度，取平均值作為該切削條件下的切屑的厚度。

測(cè)厚儀測(cè)量法超聲波測(cè)厚儀：

測(cè)量范圍0.65~260分辨率0.01MINITest400超聲測(cè)厚儀第28頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.3速度法測(cè)量原理：切屑經(jīng)過(guò)切削時(shí)的塑性變形后，其長(zhǎng)度比切削長(zhǎng)度縮短了ξ倍，亦即切屑沿前刀面排出的速度比切削速度減小ξ倍，故變形系數(shù)亦可用切削速度切屑沿前刀面流出的速度第29頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月具體方法：用秒表準(zhǔn)確記錄第一條切屑在刀刃上斷裂后開(kāi)始切削至第二條切屑斷裂的時(shí)間t(s)用漆包線或電工保險(xiǎn)絲測(cè)量在t時(shí)間內(nèi)所切下切屑的長(zhǎng)度lch計(jì)算切屑平均速度vchd—工件直徑(mm)n—工件轉(zhuǎn)速(rps)方法簡(jiǎn)單，切屑長(zhǎng)時(shí)測(cè)量誤差較大第30頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.4質(zhì)量法質(zhì)量法的假設(shè)前提：材料在切削前后密度不變。測(cè)量原理：當(dāng)切削長(zhǎng)度為lc時(shí)，被切削層材料的質(zhì)量為，式中，m—切削層材料的質(zhì)量(g)，與相應(yīng)的切屑質(zhì)量相同；ρ—被切材料的(g/mm3)，在切削前后材料密度不變；ac—切削厚度(mm)；aw—切削寬度(mm)；l—切削長(zhǎng)度(mm)。第31頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月任取一段切屑，在天平上精確地測(cè)出質(zhì)量m后，再測(cè)量出其長(zhǎng)度lch。切屑長(zhǎng)度的選?。喝羟行歼^(guò)短則測(cè)量時(shí)難以手持；太長(zhǎng)則造成測(cè)量誤差較大。一般選取切屑的長(zhǎng)度25~100mm比較合適。第32頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.剪切角的測(cè)定M刀具切屑OA終滑移線始滑移線τ=τsΦ3.1直接測(cè)量法利用切屑根部磨片在金相顯微鏡下觀察及拍攝第33頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2間接測(cè)量法通過(guò)測(cè)力儀測(cè)出切削力Fz和徑向切削力Fy，求出切屑與前刀面的摩擦角β，計(jì)算得到剪切角。表達(dá)式依據(jù)理論最小能量原理(Merchant)滑移線場(chǎng)理論(LeeandShaffer)最小能量原理結(jié)合實(shí)驗(yàn)(修正的Merchant)動(dòng)力學(xué)原理第34頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四種計(jì)算剪切角比較摩擦系數(shù)μ剪切角φNO.1—MerchantNO.2—LeeandShafferNO.3—修正的MerchantNO.4—?jiǎng)恿W(xué)公式四種公式計(jì)算剪切角，相差較大；用金相磨片直接測(cè)量剪切角辦法最為可靠。第35頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月附：剪切角的理論公式根據(jù)剪切面的切削模型理論，可以建立變形的幾何關(guān)系，用剪切角φ即可衡量切屑變形程度的大小；若知道被切削材料的剪切屈服極限τs、剪切角φ與刀具前刀面上的摩擦角β及前角γo之間的關(guān)系，有可能求得理論切削力的大小。建立剪切角的理論公式，則對(duì)預(yù)測(cè)切屑變形程度和切削力大小均有十分重要的實(shí)際意義。第36頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Merchant(麥錢(qián)特)的理論公式Merchant理論公式的假設(shè)：切削時(shí)形成帶狀切屑，且不產(chǎn)生屑瘤。刃口力忽略不計(jì)。當(dāng)剪切角改變時(shí)，摩擦角和剪切面上的剪應(yīng)力是獨(dú)立的不變量。滿足最小能量原理。第37頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Merchant認(rèn)為，剪切角φ應(yīng)根據(jù)最小切削功原理確定，亦即剪切面在切削所需功率為最小的方向。切削功率為令第38頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硬質(zhì)合金刀具，γo=-10°~+10°，干切削，ac=0.028~0.2mm,v=60~360m/min實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算結(jié)果第39頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月式中，τ0—σ=0時(shí)的τs；

K—比例常數(shù)。代入Pm公式，令第40頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月C—切削常數(shù)。若令K=0，則C=π/2與前一方程式結(jié)果一致。有些研究者得到的許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果與上式計(jì)算的理論值仍不一致。切削常數(shù)C的物理意義第41頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月遒井和高田根據(jù)工藤有關(guān)滑移線場(chǎng)理論所進(jìn)行的研究表明，Merchant剪切角理論公式實(shí)際上給出的是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)范圍的上限。Merchant切削方程式具有如下特點(diǎn):實(shí)際的切削數(shù)據(jù)往往分布在很寬的范圍內(nèi)。K是從切削實(shí)驗(yàn)求得的，有較大的布里奇曼效應(yīng)。假設(shè)中認(rèn)為β與φ無(wú)關(guān)，可是求得的切削方程式表明β與φ之間有函數(shù)關(guān)系，與假設(shè)矛盾，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明β是隨φ變化的