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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
1 H3 C% v( M( G9 e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。
8 t& c4 a9 O: H0 m9 X 200861191343.jpg & ^! a) O3 H7 r" i: x" b
图10 切削热的来源; s$ h" ]; B* A' c8 G2 b- H
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。
7 L% V1 c' ?* O) |) r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 g" }  D# e4 d8 F 200861191433.jpg $ }6 z. D4 ?. l1 O5 ?
图11 切削热分配比率9 |1 L$ }& g% i9 |/ T
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。
9 t7 f. q1 z, n! @ 200861191517.jpg
$ ?2 Y* q3 F; B& i图12 切削热分配比率
7 g! ?3 m0 e; m8 d) ]7 Z+ VRc、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。
/ K2 @; V9 ^9 d% R5 w3 ?5 p5 t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,* s1 ?+ O4 {- {
v =100~400m/min。用红外测温仪测量温度,其结果如表2所示。1 e+ @: Q8 o6 ]# [  v, X
表2 高速车削切削温度经验公式% A+ ]. R8 D/ ~& w. N
200861183230.jpg
$ B) k3 \% ?. ^! o/ }看来,表2中的数据尚值得推敲。
+ K$ P  S, Q: a- f7 t  [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2 z/ e5 o, A# m  |& I& g' v  \, t
θ=C v0.41f 0.14ap0.04+ f% O5 X- L- j  J$ k
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:& m! s% A3 K# l' H
200861182952.jpg 8 s4 P8 f0 H& L$ L  s. K
图13 铣削温度(45钢)" u+ z+ e8 ?! F' E7 ?
200861183259.jpg ! I* z$ _9 s7 v5 k
图14 铣削温度(铝合金5A02)$ s  z2 h( s. T0 L7 t- ?7 p
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。
0 \8 k7 @5 O6 s# f1 x6 q- U) B 200861183444.jpg % Y" S: ]% v+ o2 V* y
图15 Salomon的高速切削温度曲线: J( z$ g! M7 k0 w( G7 M- y
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。  P# K& S/ ]: k6 x0 L+ i: F( t
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(℃)。% }) c$ R& k  f8 f
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。; K* p; ?/ L# ?1 q% Q* n2 l
5.4  刀具磨损与刀具寿命
3 b* v, K4 g! H) ]. \! M# V" f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。% k3 j/ t5 x+ ~2 j5 m  p+ a/ r
200861183931.jpg 5 K3 W. Y: j8 j+ o8 A! v
图16 车刀磨损部位及形状
: d1 G# v0 Z- }8 ^' k3 E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。; U' j: w% X; p1 C& x' S
200861184036.jpg + e, h" j1 C; D5 U6 u4 R* ^  Y" U
图17 切削速度对刀具磨损强度的影响3 k9 k. R6 n6 Z7 C
刀具典型磨损曲线如图18所示。) ^" a9 c9 f1 `4 k5 X2 B. z
200861184057.jpg
' K+ j# G0 Y4 P图18 刀具磨损曲线5 ?$ U7 V$ G! B5 A
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):. s2 V- e6 A0 g+ L: Y
v =A/Tm ,   或 T=c/ v z5 J" H) E! I* X" L; Z/ o% ]% H3 V+ T
还可以建立扩大的泰勒方程:0 ]4 n+ ]+ b: r' L, d/ A
v =C v /(Tm、apx、f y)
- n" o9 `! U) t$ _% q常速下,用YT15刀具车削45钢,一般m=0.2,x=0.15,y=0.45" n6 I1 Y+ h8 \( s6 L: K
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。) A: Z, ~2 l8 b; \1 Y
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。
, L( i& N# u* }& m, m  ]% v3 a刀具正常磨损寿命的分布一般服从正态分布
; i; _* H# w/ df ( T ) = 200861184129.jpg * v* h3 w! C2 d' N
刀具破损磨损寿命的分布一般服从对数正态分布
: s. K. X, J5 P. s6 [% @f ( T ) =   200861184152.jpg
/ O- A. ^% U2 J4 Y0 n或威布尔分布8 W! P) x9 b+ g- u$ O" E! M
f ( T ) =   20086118427.jpg ; }- Y2 j* W: Q  ^& [, G
200861184253.jpg
5 P) s: V: i3 J4 T& g$ l图19 刀具正常磨损下的寿命分布
  ^- \3 Y/ q% K6 w9 U/ p文章关键词: 切削
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