高速切削鋸齒形切屑的形成機理及表征.pdf

1、為了適應機械制造業(yè)的發(fā)展，提高切削加工的質量和效率，降低加工成本，高速切削加工已被廣泛應用于航空航天、汽車、發(fā)電裝備等行業(yè)零件的生產(chǎn)制造。高速切削條件下的切屑形態(tài)與普通切削條件下相比會產(chǎn)生很大變化：普通切削條件下切削塑性金屬材料大多產(chǎn)生連續(xù)帶狀切屑，而高速切削條件下將會產(chǎn)生鋸齒形切屑。鋸齒形切屑的形成，使斷屑容易；但切屑鋸齒化導致的切削力波動會引起刀具系統(tǒng)的振動、工件已加工表面質量惡化，同時會加劇刀具的磨損或破損。因此，研究高速切削時鋸

2、齒形切屑的形成機理有助于揭示高速切削過程本質，制定合理的切削加工工藝，提高切削效率和零件加工表面質量、降低刀具的磨損或破損、提高刀具壽命。
　　 基于以上原因，本文采用理論分析和實驗研究相結合的方法，以三種塑性金屬材料淬硬45鋼、Al7050和Ti6Al4V為研究對象，對高速切削鋸齒形切屑的形成機理及表征進行研究，主要研究內(nèi)容如下：
　　 首先，研究塑性金屬材料高速切削切屑鋸齒化臨界切削條件的理論預測并進行實驗驗證。分析

3、切屑鋸齒化臨界切削條件下第一變形區(qū)材料的變形特點，提出高速切削第一變形區(qū)剪切應變、剪切應變率和切削溫度的計算方法，揭示切削參數(shù)和材料物理力學參數(shù)對鋸齒化臨界切削條件的影響規(guī)律，結果表明：工件材料屈服強度和應變硬化模量的增大將促進切屑鋸齒化的產(chǎn)生；應變率硬化系數(shù)、應變硬化系數(shù)、熱軟化系數(shù)、熱導率、切削厚度、刀具前角的增大將阻礙切屑鋸齒化的產(chǎn)生。
　　 其次，研究高速直角切削塑性金屬材料鋸齒形切屑絕熱剪切帶的形成過程，建立高速直角切

4、削塑性金屬材料第一變形區(qū)動量守恒方程、能量守恒方程和協(xié)調性方程。基于線性擾動分析，將切削速度和切削厚度視為直角切削過程中的基礎擾動，提出高速直角切削鋸齒形切屑絕熱剪切帶間距的理論預測方法，并進行實驗驗證，揭示切削參數(shù)對鋸齒形切屑絕熱剪切帶產(chǎn)生的影響規(guī)律，結果表明：切削速度的提高促進絕熱剪切帶的產(chǎn)生，切削厚度的增加阻礙絕熱剪切帶的產(chǎn)生。隨切削速度提高，絕熱剪切帶間距減小，隨切削厚度增加，絕熱剪切帶間距增大。
　　 再次，分析高速切

5、削塑性金屬材料鋸齒形切屑的形成機理，將鋸齒形切屑變形分為單元剪切變形和絕熱剪切變形，用來對鋸齒形切屑進行材料力學表征并建立鋸齒形切屑材料力學表征模型。通過高速直角切削實驗，分析切削速度對鋸齒形切屑變形及其內(nèi)部參數(shù)的影響規(guī)律，結果表明：鋸齒形切屑絕熱剪切變形遠大于單元剪切變形，絕熱剪切帶寬度可近似為絕熱剪切帶間距的1/10；隨切削速度提高單元剪切變形和絕熱剪切變形均增大。
　　 最后，提出高速切削鋸齒形切屑幾何、機械性能與金屬學表

6、征方法：幾何表征用鋸齒化頻率、鋸齒化程度、鋸齒底角與鋸齒頂角來表征，機械性能表征用鋸齒形切屑顯微硬度來表征，其金屬學表征用鋸齒形切屑內(nèi)含量發(fā)生重要變化的元素來表征。通過高速直角切削Ti6Al4V、淬硬45鋼和Al7050實驗，研究切削速度與切屑幾何、機械性能與金屬學表征之間的關系，研究表明：隨切削速度提高，鋸齒化頻率、鋸齒化程度增加，鋸齒頂角和鋸齒底角減小；隨切削速度提高，切屑顯微硬度增大；隨切削速度提高，鋸齒形切屑絕熱剪切帶和底面的氧