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[资料] 高速切削机理和实验(中)

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发表于 2011-7-13 23:52:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

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5.3 高速切削的切削热和切削温度9 [7 J1 r; j+ Z2 Q5 ^
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。& x* ~; X. u( z1 S, E# ?
200861191343.jpg 3 |$ r) z) P9 E
图10 切削热的来源
4 U; J9 w6 Y* ?) W7 n( x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。& a! P+ G5 Z. y+ o: ^
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。
& h% [" j5 Y1 `  p 200861191433.jpg
  l/ I4 a$ g  k! T8 z9 M+ \( J图11 切削热分配比率! e/ D  d3 i  e6 }% _4 S, S& h
华南理工大学做了类似的切削热分配比率曲线(图12)。工件材料为45钢(热轧),车刀用YT15刀片,ap=0.8mm, f=0.12mm/r, v =400~800m/min。如图12所示,当v=400m/min时,Rc=49.4%, Rw=46.7%, RT=3.9%。当v=800m/min时, Rc=69.4%,Rw=28.7%, RT=2.3%。故在高速时RW与RT均显著减小。
8 X" f- ?% w% b5 l- r/ a* w 200861191517.jpg " b2 J, B2 `$ e) s/ \) |
图12 切削热分配比率  f! N+ S7 ~4 ?) K, ]' e# G7 n0 q
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。- C0 B" `) \0 `9 S* z
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,
8 L" l0 t, N& Q- a2 Mv =100~400m/min。用红外测温仪测量温度,其结果如表2所示。7 u' }* q( P7 F1 S! E
表2 高速车削切削温度经验公式' R  I: t: b$ n- B. G1 e6 A4 y
200861183230.jpg ; \' {# e6 J( R+ B& J! ~! _# t6 F2 F
看来,表2中的数据尚值得推敲。1 F  ]4 O. j8 I$ K5 Z1 V0 t+ Y
过去,在切削速度小于200m/min时车削45钢时,切削温度三因素公式为
7 h# N; |. v! Bθ=C v0.41f 0.14ap0.048 }& ~7 ^! l5 z% }; [
沈阳理工大学用人工热电偶法测量高速下的铣削温度,其结果如图13、图14所示:5 o6 @& [- e) R1 x' d
200861182952.jpg 2 `$ J$ C- R$ l5 J
图13 铣削温度(45钢)
& J$ O7 Y: E/ p4 Q7 W 200861183259.jpg
- j$ b8 j/ P: p1 I6 u) l& a) d: q图14 铣削温度(铝合金5A02)' H; a6 j& x% _% g/ l- F$ `
德国萨洛蒙(Carl J. Salomon)博士于1924~1931年用大直径圆锯片对有色金属进行了铣锯切削试验。发现,当切削速度增加,切削温度提高,到一定的切削速度,切削温度最高;再提高切削速度,切削温度反而下降(图15)。后来,又将此现象推广到其他工件材料。当时的试验数据后来全部丢失,工作人员已经无存,用什么方法测温也不清楚。很多人认为图中的曲线不可信。多数人认为,切削温度不存在一个最高值(峰点),切削速度提到很高时,切削温度仍应缓慢上升。- V; U* Y7 y, o# [: d5 r- T" P
200861183444.jpg
( ]5 A* N: x2 f# k图15 Salomon的高速切削温度曲线. `. s9 F7 ?) Y. A- l
沈阳理工大学研制了一台高速锯床,用高速钢锯片(直径φ200mm,厚3mm,60刀齿),最高转速为24000r/min,用以锯切低碳钢管(φ20mm,厚1.5mm)和铝板(厚10mm),进行了测力、测温的试验,最高切削速度达每分钟万米以上。因锯切切削面积不固定,切削时间很短,力、温测量不易测准,但是沈阳理工大学所做的工作仍是十分可贵的。8 ~0 d7 n9 l2 }
山东大学用SG-4陶瓷工具端铣T10A淬硬工具钢(HRC58~65),v=110~177m/min, ap=0.1~0.5mm, fz=0.05~0.127mm/z, 铣削宽度B=40、70、100mm,铣刀直径do=160、125、80mm,切削温度θ=17.5 v 1.55 ap0.91 fz1.44 B0.46do-0.31(℃)。5 \  C! B7 k. b! P6 l: E
山东大学还做了陶瓷刀具车削几种硬材料的切削温度试验。
5 i5 Q' E7 ?% _5.4  刀具磨损与刀具寿命: o& q) u- n2 x: R8 U" ~, A
刀具磨损有后刀面磨损(VB)、前刀面磨损(月牙洼KT)、边界磨损(VN)及刀尖磨损(VC)、径向磨损(NB)等。人们研究后刀面磨损VB最多。一般,以VB为刀具磨损标准。
! v- W$ G% a& C' _' S  X" t 200861183931.jpg " ]% c( F2 x$ T) o" \
图16 车刀磨损部位及形状
9 i( W5 b( |; x. g$ C6 F" J5 F刀具磨损的原因有:(1)磨粒磨损,(2)粘结(冷焊)磨损,(3)扩散磨损,(4)氧化磨损,(5)热电磨损等。图17为切削速度对刀具磨损强度的影响。由图17可见,当切削速度很高时,以扩散和氧化磨损为主。. p$ @5 t0 z. {8 M$ \6 a) I
200861184036.jpg 0 Y0 y3 j* U, D8 a# z; b) M
图17 切削速度对刀具磨损强度的影响
8 K" x) I- a1 W+ R刀具典型磨损曲线如图18所示。
% @$ m- R+ O$ u6 F/ G9 B/ |% k5 D 200861184057.jpg 7 o3 e5 ?- m9 ]* |- R
图18 刀具磨损曲线
( h/ y! g! V# p以后刀面磨损到一定大小为标准,可以建立刀具寿命T与切削速度v 之间的关系式,即T- v曲线(即泰勒Taylor方程):- D4 u" I( X9 B" j
v =A/Tm ,   或 T=c/ v z
+ ^' X- t% D5 n1 o" k5 t, ~$ x还可以建立扩大的泰勒方程:
  O, P) h' V4 ?% K& i% [v =C v /(Tm、apx、f y), {& Z( U: g5 R# l7 V
常速下,用YT15刀具车削45钢,一般m=0.2,x=0.15,y=0.45
0 I. u4 [# {1 [8 P, N( K% P; w高速切削下,人们在这方面做的试验工作很不够,较多地观察刀具磨损形貌,很少见磨损曲线和T- v 曲线。扩大的泰勒方程则更加缺少。# p- s$ c1 J6 u8 O+ o+ Z+ e
在高速切削中,刀具材料及刀具的制造质量、工件材料的性能、机床状况和工艺条件等不可能固定不变,而是随机变化,从而影响到刀具使用寿命。一般,正常磨损下刀具寿命的变化和分布服从正态分布(图19)。破损情况下刀具寿命的变化和分布服从对数正态分布或威布尔(Weibull)分布。高速切削中,应十分重视刀具寿命的稳定性,然而对刀具寿命的分布规律还没有认真研究。' `3 V7 s  A; y; n$ M& c
刀具正常磨损寿命的分布一般服从正态分布: n- n" S% g1 P
f ( T ) = 200861184129.jpg
6 v- R3 K# T% p, E刀具破损磨损寿命的分布一般服从对数正态分布
% o! \* C4 \* R4 j* \f ( T ) =   200861184152.jpg 0 W* u! ^$ ]3 L$ g
或威布尔分布
1 D2 k9 T' b& T5 Q1 zf ( T ) =   20086118427.jpg
! L; e8 F  c. m$ j% Z. @0 B3 v 200861184253.jpg
6 j& [+ A5 p8 H6 N9 D图19 刀具正常磨损下的寿命分布; w. Y: B" ~; E& @7 ^' v8 {( U
文章关键词: 切削
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