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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
) b4 y3 ~- W5 I$ f& K/ z) c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。7 a. P. a  E: B/ p! ^
200861191343.jpg 3 u7 w8 \  J# a6 Y4 D% \
图10 切削热的来源
' J6 m$ z& G+ n0 n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。) k3 Y& m$ E6 N: h: G7 P& {9 l
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。
; B1 f0 x: k9 a, C5 V- v$ b 200861191433.jpg
- p2 B0 o% P8 o# E* @7 x4 H图11 切削热分配比率' D& Y6 [8 c1 T0 B
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。
: f* }+ G$ I& l- ]: d 200861191517.jpg
; l- g# R5 w1 m( s) r% o$ l7 O图12 切削热分配比率
+ j- N# u- W' m7 {9 N6 YRc、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。5 \: e  L% ^% E" L
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,
1 K# {  T- r, V  P$ y, bv =100~400m/min。用红外测温仪测量温度,其结果如表2所示。
2 y' R6 z5 p  i( D& f2 D" C0 h表2 高速车削切削温度经验公式
! Z, g& Y. Y: W! X  F1 y( { 200861183230.jpg
6 n! x" m0 }$ _! n6 \看来,表2中的数据尚值得推敲。8 J9 f7 G  z) P3 U% \" x0 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
  ?! w! g( W6 X2 J; t0 q' Rθ=C v0.41f 0.14ap0.04; c9 T5 Q' ]6 e. l' c
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:
  t9 X- D; R: G6 F/ H/ |" [( B' g 200861182952.jpg
7 n1 P) H. B: T! Q# Y0 y图13 铣削温度(45钢)# r% d* Y7 W: H- Q% \# T, ~. t
200861183259.jpg / _% f1 h: W- s" M: q: h+ G0 q& \5 b
图14 铣削温度(铝合金5A02)$ B+ g+ ^; w* G9 x
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。/ p/ j; z: J2 V, z. z
200861183444.jpg # s! N- b/ N8 T+ _8 K& ^2 b
图15 Salomon的高速切削温度曲线
* o. O/ m6 [3 `: b3 e9 x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。
  A9 ?  Q. C- i1 Z; R( g7 B0 Z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(℃)。
( t3 m" ?5 E& O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 G  h4 E6 v/ Y" ~* E5.4  刀具磨损与刀具寿命3 V# ^# `5 \; v7 R
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。' t1 ]! o/ a+ a4 P# r- l' b
200861183931.jpg 4 X, P( U& ~0 n4 ?2 _- m
图16 车刀磨损部位及形状
# R5 o0 F, U4 U8 c" w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。0 @1 E; V& ?0 t6 d
200861184036.jpg 6 h6 l" m9 ]7 V, W) ?" Y1 r
图17 切削速度对刀具磨损强度的影响. i. \4 p) s6 I/ N' ?. m
刀具典型磨损曲线如图18所示。
6 g# e$ T! f3 v& ~1 W 200861184057.jpg ; X9 c# V/ s* h. n1 c# h
图18 刀具磨损曲线7 C. g9 H& B% |* w: O" B1 t
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):% U1 H# P0 i4 W
v =A/Tm ,   或 T=c/ v z6 X) i0 j- o: p% {
还可以建立扩大的泰勒方程:
- L' g. S2 l. s  W: v# Tv =C v /(Tm、apx、f y)
- q0 B' Q0 C5 l, r8 h常速下,用YT15刀具车削45钢,一般m=0.2,x=0.15,y=0.451 X# |- z7 ^" a  @7 X
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。' x# B4 G+ K& t' C0 w) O$ \) b
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。, @% v+ C0 Y/ a: H: Q( M
刀具正常磨损寿命的分布一般服从正态分布2 v7 Q) c* ?: L- y" y
f ( T ) = 200861184129.jpg
+ g& \- A, e% `( z" _& q: a2 ]6 U刀具破损磨损寿命的分布一般服从对数正态分布% T& {/ i, X; b
f ( T ) =   200861184152.jpg
1 A3 M8 [9 G5 T; [7 z% `( o或威布尔分布+ u" R" Y9 j4 X& s. w0 \2 a
f ( T ) =   20086118427.jpg
, m4 L6 _+ J$ r" f. x! o 200861184253.jpg * n3 h) v' X* ^4 o0 f, `
图19 刀具正常磨损下的寿命分布
9 ]5 A1 K" `! U1 h2 K& L: g文章关键词: 切削
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