|
马上注册,结交更多好友,享用更多功能,让你轻松玩转磨削论坛
您需要 登录 才可以下载或查看,没有账号?注册会员
×
5.3 高速切削的切削热和切削温度2 t, `" V5 C0 I+ P9 `
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。! P5 ]0 }) x$ W0 b- E j
/ s4 Q& q1 `) b! J, p) W图10 切削热的来源
~6 I! w% {/ F! ~7 H* D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。 }6 Z( z& q0 ]4 U8 v K" D
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。
0 \2 v& G8 ]8 A" V0 ?5 |0 N7 Z
! W Z4 `( a4 b图11 切削热分配比率8 T7 i' q. W+ \+ b& x9 \8 Y# ~
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。, s) G) ^3 M" g7 j* z% e
7 p; l; Y0 j! s图12 切削热分配比率2 u8 X& M( s& `* X! m
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。
1 g; B0 @5 r6 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,
5 t: ]* c! J. b# B6 bv =100~400m/min。用红外测温仪测量温度,其结果如表2所示。
& h r9 |6 D- Y) B/ l$ Q% \" A表2 高速车削切削温度经验公式3 S) j. f1 I; S7 n
9 P. X- \! i: T看来,表2中的数据尚值得推敲。
6 ]' ]& [& ~) u% Z( Y5 H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/ c6 U# t( X& T3 E$ g
θ=C v0.41f 0.14ap0.04
5 r! R$ d- x) \6 D" I2 q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:
% J3 k& p" e- P3 o
2 z! e" ]+ d9 @! X& J6 w$ l图13 铣削温度(45钢)9 f! t/ v' j) J1 b% L
I) d6 m4 A. v9 x! [
图14 铣削温度(铝合金5A02)5 Z& _8 L" e1 F+ h+ J/ E% b
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。8 \7 W4 i1 p8 a4 Q
# R* b; E9 ~: } M. u9 {& K图15 Salomon的高速切削温度曲线
' L9 v {+ u$ d4 k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。. ^+ t4 w' @ Q
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(℃)。
- [& t- |! G" q' S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。
& [$ E- w+ {, [4 d6 N, A& ?$ y5.4 刀具磨损与刀具寿命
& p) {1 E2 m3 Z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。3 H- j+ ~. o" Y) t
7 B$ @4 d7 l! O- T( z/ i
图16 车刀磨损部位及形状/ s" h% W! T' b/ I
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。
' J) Z0 L9 @% u( Y# _: _8 P
* H8 Q9 J1 z2 ]; H3 C( J) }# g P
图17 切削速度对刀具磨损强度的影响. V# k: ~& _ j, d6 g2 c
刀具典型磨损曲线如图18所示。
( q0 @( ~" C8 I( x% O
. F) h/ Q0 E6 T" O; }
图18 刀具磨损曲线( V" [. p g4 d0 Y( h/ L3 U
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):
( i% R3 K" r/ M# Dv =A/Tm , 或 T=c/ v z
1 k2 m6 X2 Q6 e# \* H- m还可以建立扩大的泰勒方程:
" n" k2 |' u5 T: Ev =C v /(Tm、apx、f y)# |) A7 X0 J1 z5 _# f
常速下,用YT15刀具车削45钢,一般m=0.2,x=0.15,y=0.45
r1 D$ ~: K( {3 A. A0 W6 `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。
2 D# o- v( T: 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。+ K* L) {; C, |6 F/ e! X
刀具正常磨损寿命的分布一般服从正态分布
+ t# g+ }6 O/ C# d, Qf ( T ) =
) V0 \9 H: D9 v3 i3 V0 z
刀具破损磨损寿命的分布一般服从对数正态分布
+ w0 V: M) j6 \f ( T ) =
9 `! s \% \; C6 ^7 x$ X
或威布尔分布
9 J( f9 T7 y& I' S( m) ^f ( T ) =
( m O+ m2 V8 ~, E9 z- A- q" R
- L$ @" P& W2 o3 N: ]图19 刀具正常磨损下的寿命分布
4 ~+ H8 T# Z9 A# s9 U4 V文章关键词: 切削 |
|