大刃倾角切削的变形研究0临沧

大刃倾角切削的变形研究

大刃倾角切削的变形研究 2011年12月04日 来源： 1 斜角切削的速度以往对斜角切削的研究，刃倾角ls几乎都局限于≤45°的范围，对于刃倾角ls＞45°时的切屑变形，迄今尚无人进行过具体研究。本文以刃倾角ls＞45°的斜角切削为基础，分析了大刃倾角斜角切削低碳钢板时的变形情况。在斜角切削中，工件相对于斜角切削刀具切削刃上某一点的切削速度vc可分解为垂直于切削刃的速度分量vn和平行于切削刃的速度分量vT，如图1所示，即有vn＝vccoslsvT＝vcsinls

图1 斜角切削的速度分解

从以上公式可看出，刃倾角ls的绝对值越大，则平行于切削刃的速度分量vT越大，垂直于切削刃的速度分量vn越小。随着刃倾角ls的变化，速度分量vT和vn也随之变化。当ls＜45°时，cosls＞sinls，vn＞vT，垂直于切削刃的金属塑性流动占主导地位；当ls＝45°时，cosls＝sinls＝1，vn＝vT；当ls＞45°时，cosls＜sinls，vT＞vn，平行于切削刃的金属塑性流动占主导地位。通常将刃倾角ls＞45°的斜角切削称为大刃倾角切削。2 大刃倾角切削的切削变形试验大刃倾角切削的切削变形情况，迄今尚未见研究报道。本文采用快速落刀方法获取切屑根部的标本，通过观察切屑根部标本的外形和金相磨片，对大刃倾角切削的切削变形进行较为全面的分析。1) 试验条件·使用机床：B6050B刨床·刀具材料：高速钢，法向前角gn＝30°，法向后角an＝8°·工件材料：厚度为1.2mm的低碳钢(Q235)钢板·切削用量：切削速度vc＝6．12m/min，切削厚度hD＝0．2mm，干切削２) 切屑根部的外形采用不同的刃倾角ls进行切削，通过快速落刀方法获取了两组切屑根部标本。通过扫描电镜对标本的外观形状进行观察，并分析其变形情况。标本照片如图2、图3所示。

图2 ls＝0°时的切屑根部外形(×60) 图3 ls＝60°时的切屑根部外形(×60)

从图2可看出，当ls＝0°时，切屑的横向变形很大，切屑的中部因横向变形的挤压而明显凸起，切屑表面上剪切滑移痕迹十分突出，切屑厚度比图3大得多。随着刃倾角ls的增大，切屑的横向变形减小。当ls＝60°时，切屑厚度明显减小，切屑表面上剪切滑移的痕迹已不明显，这主要是因为切削中平行于切削刃的金属塑性流动所致。3) 切屑根部的金相磨片

图4 斜角切削的剪切角fl

斜角切削的剪切角如图4所示，其由直角切削的剪切角f偏斜为fl，由于斜角切削刃倾角的存在，使切屑流出方向相对于切削刃的法向偏斜了一个角度fl(流屑角)，从而使fl＞f，这是由于变形系数Dh和剪切角f存在如下关系：Dh=cos(f+g0)sinf因此，随着剪切角f的增大，变形系数Dh减小，从而使切屑的变形减小。为了清楚地观察刃倾角的变化引起的切削变形的变化，可通过制备切屑根部的金相磨片，在金相显微镜下进行观察分析。a. 切屑根部沿切削刃法剖面上的金相组织变形采集切屑根部标本的试验条件同上，金相磨片是在切削刃的法剖面上制备的，切削时的刃倾角ls分别为45°、60°和75°。切屑根部金相显微照片如图5、图6和图7所示。

图5 ls＝45°时垂直于切削刃的切屑根部金相显微照片(×100)

图6 ls＝60°时垂直于切削刃的切屑根部金相显微照片(×100)

图7 ls＝75°时垂直于切削刃的切屑根部金相显微照片(×100)

从以上照片可看出，当ls＝45°时，切削变形大，晶粒拉得很长，切剪滑移面明显可见，切屑很厚；而当ls为60°和75°时，晶粒的变形相对来说小了很多，切屑厚度大幅度减小。三张照片的放大倍数相同，从照片上可直观地看出切屑厚度变化和晶粒变形的情况。所以，当平行于切削刃的切削速度远大于垂直于切削刃的切削速度时，切削变形可大幅度减小。b. 切屑根部沿切削刃方向上的金相组织变形在沿切削刃的方向上制备金相磨片，切削时的刃倾角ls分别为45°和75°。金相显微照片如图8和图9所示。

图8 ls＝45°时沿切削刃方向的切屑根部金相显微照片(×100)

图9 ls＝75°时沿切削刃方向的切屑根部金相显微照片(×100)

图8和图9中的细线为切削刃的位置，当ls＝45°时，切屑上晶粒的变形区域较宽，照片中切屑部分的晶粒全部变形；而当ls＝75°时，由于平行于切削刃的切削速度的作用，切屑上晶粒变形区域明显变窄，切屑上部的晶粒基本没有变形。通过对切屑根部外形和金相显微组织变形情况的分析可知，大刃倾角切削的变形很小。4) 刃倾角与变形系数和剪应变的关系。为了直观地分析刃倾角的变化对切屑变形的影响，测量绘制了切屑变形系数和刃倾角的关系曲线(见图10)，试验条件同上。通过变形系数和剪应变的换算，可得到剪应变与刃倾角的关系曲线(见图11)。

图10 变形系数Dh、与刃倾角ls的关系曲线

图11 剪应变e与刃倾角ls的关系曲线

从图10可以看出，当ls＝75°时，切屑变形系数趋近于1，切屑的变形很小，与此图相对应的图11中，剪应变e随着ls增大而大幅度减小。由于采用大刃倾角切削可大大减小切屑变形，因此将大刃倾角切削原理应用于金属长纤维的切削加工中，可得到延伸率好、强度高的金属长纤维。3 结论1) 进行大刃倾角切削时，平行于切削刃的速度分量大于垂直于切削刃的速度分量，可大幅度减小切削变形；2) 当刃倾角ls＝75°时，切屑变形系数接近于1，这主要是由于切削时沿着切削刃的切削速度起着主导作用所致；3) 将大刃倾角切削应用于金属长纤维的加工中，可获得高性能的金属长纤维。(end)

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