外文翻譯中文版---在高速端銑切削中切屑形成的調(diào)查.doc

在高速端銑切削中切屑形成的調(diào)查作者YuanNing,M.Rhman,Y.S.Wong摘要端面球形銑刀廣泛地用于金屬模和鑄模工業(yè)。然而，在高速球面端銑中切屑形成研究方面的工作做的非常少。在一個(gè)調(diào)查實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)在這一項(xiàng)研究中被引導(dǎo)建立切屑形成機(jī)理。普通的鑄模鋼H13的硬度達(dá)到HRC55，在高速加工中心不加切削液的情況以1030千轉(zhuǎn)/分的速度范圍被加工時(shí)：會(huì)產(chǎn)生四個(gè)典型的切屑和三種類型的振動(dòng)。假使采用SEM這種方法產(chǎn)生切屑，EDX方法用來分析切削刃口和切屑形成過程之間相互作用?；谶@一項(xiàng)研究的調(diào)查結(jié)果,切屑形成機(jī)理已經(jīng)在本文中提出。在切削運(yùn)動(dòng)中，三種類型的振動(dòng)闡述了切屑形成和振動(dòng)行為之間的關(guān)系?；趯?shí)驗(yàn)的調(diào)查結(jié)果一個(gè)判斷切屑穩(wěn)定性的方法已經(jīng)被建議。資訊科技也已經(jīng)透過這一項(xiàng)研究被建立：典型的Adiabaticshear不在高速球面端銑的切屑形成方面發(fā)生。關(guān)鍵字:球面端銑；切屑形成機(jī)理；振動(dòng)；高速加工；Adiabaticshear1.介紹在金屬切削中，現(xiàn)在的趨勢(shì)是自動(dòng)化、高的排除率和無人操作方向發(fā)展。這需要非?？煽康募庸み^程、表面精度、工件精度、刀具壽命是主要重要。但是維持穩(wěn)定的加工,更多的注意對(duì)切屑形狀的控制以使它更容易被排除。這是因?yàn)榍行夹纬珊土褦喾矫媸欠浅Ｖ匾脑诩庸ぶ?。表面精度，工件精度和刀具壽命的問題是由于在切屑形成過程中較小的改變引起,尤其在高速切削中,有害的切屑形成將會(huì)產(chǎn)生有害的效果。在旋轉(zhuǎn)，鉆孔和面銑的切屑形成方面已經(jīng)做了很多的研究工作。Shaw提出了一個(gè)循環(huán)的鋸齒狀的型面銑的切屑,而且提出相關(guān)的其它類型的循環(huán)和無循環(huán)的切屑。Nakayama解釋了切屑大小和切屑方向的必要意義，切屑流量和角形狀，并且清楚地表達(dá)螺旋形的切屑進(jìn)行過程。Komanduri已經(jīng)在切屑分割和不穩(wěn)定性的研究有很大的進(jìn)展。然而看來很少有工廠對(duì)球面端銑切屑形成的性質(zhì)做研究，由于切屑幾何形狀和切屑過程的復(fù)雜性,即使它在壓鑄模和鑄模的高速銑中被廣泛地應(yīng)用。切屑形成的過程很少考慮,如振動(dòng)。本文將對(duì)高速端面球銑實(shí)驗(yàn)調(diào)查和切屑形成機(jī)理做基本的討論。2.理論在Merchant出版了他的連續(xù)切屑形成機(jī)理的舉世聞名模型短短之后,一些作家建議不是所有的切削過程都符合這一個(gè)模型。同時(shí)很快被發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)很多的切削過中，圓柱形形切屑在高速切屑中形成。切屑形成機(jī)理這已經(jīng)重新更新，同樣，被Komanduri和一些的學(xué)者徹底地評(píng)論。關(guān)于這一個(gè)主題已經(jīng)被Nakayama出版。Toenshoff闡述這種在高速切削中，把基本的切屑機(jī)理叫做adiabaticshear。在一個(gè)變形過程中，塑性變形是從最弱的點(diǎn)附近開始,從而產(chǎn)生應(yīng)力集中。如果應(yīng)變率足夠高,系統(tǒng)是絕熱，而且這些的過熱面積狹窄，這里就有一個(gè)軟化過程,同時(shí)局部應(yīng)變?cè)黾又钡剿矔r(shí)的剪切發(fā)生。過熱切削將產(chǎn)生不穩(wěn)定性切屑形狀，切屑變形嚴(yán)重，而且切屑容易破碎,在旋轉(zhuǎn)的過程中，這些都在不停的進(jìn)行著。所以，必須衡量這些理論是否值得用于調(diào)整球面端銑。在球面端銑過程中,有決定切屑形成的很多不穩(wěn)定因素。通常下列的因數(shù)對(duì)于切屑形成的分析被考慮之:(一)金屬和工作件材料的熱塑料特性；(二)切斷的狀態(tài)；(三)剪修剪區(qū)可變性；(四)改變刀具上的磨擦力狀態(tài)(第二次的剪區(qū))；(五)最初區(qū)和第二區(qū)的關(guān)系(六)刀具的結(jié)構(gòu)和切屑過程的交互作用，也就是,動(dòng)態(tài)因素。上述的因素的細(xì)節(jié)將在稍后討論。然而，在本文中，主要討論在切削過程中動(dòng)態(tài)因素的影響。3.建立實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)在高速加工中心MakinoV-55上被引導(dǎo)。用于這一項(xiàng)研究的機(jī)械條件是是:變細(xì)長(zhǎng)速度，1030k的轉(zhuǎn)/每分；軸向切斷深度從0.1變化到0.8毫米；而且補(bǔ)給率是在0.025-0.05毫米/齒的范圍中。測(cè)試材料是AISIH13,硬度HRC55，而且它的化學(xué)成分是:C:0.37%,Cr:5.3%；W:1.4%；Mo:0.4%；Mn:1.0%；Si:1.0%.銑刀是一個(gè)12毫米固體碳化物和TiA1N涂料的球面的端銑刀。螺旋角300的,刀具的前傾角0從00變化到30，在切削刃和間隙角中從11變化到13。在實(shí)驗(yàn)中刀具工件保持垂直。，一個(gè)Kistler測(cè)力計(jì)用來測(cè)切削力。力信號(hào)以一個(gè)12,000個(gè)試樣/s/通風(fēng)槽的抽樣率被多的通風(fēng)槽DAT(數(shù)傳聲音帶子)記錄機(jī)。一個(gè)光學(xué)顯微鏡被采用觀察刀具。過程被一個(gè)HP示波器檢測(cè)。所有的切削在干的情況下進(jìn)行。切屑的SEM和EDX分析被實(shí)行，而且分別的圖像被輪流。切屑試樣在每個(gè)切削結(jié)束的時(shí)候被收集,其余被一個(gè)高壓力空氣噴嘴吹走避免來自不同的切削的切屑的混入。4.結(jié)果和討論在研究中被發(fā)現(xiàn)切屑可分為四種類型。第一型:切屑形成，型2:不穩(wěn)定的切屑,型3:具決定性的切屑和型4:嚴(yán)格的切屑。第一型是穩(wěn)定的加工的產(chǎn)品。型2-4切屑和不同嚴(yán)重的振動(dòng)過程發(fā)生。當(dāng)?shù)毒呤窃谒哪ズ臉?biāo)準(zhǔn)里面，排除刀具的磨耗的時(shí)候，所有的切屑從加工過程中獲得。4.1.型1切屑形成圖1A表示因?yàn)樗男螤詈蛶缀涡螤罘系幂^好，所以切屑從穩(wěn)定的切斷獲得,被定義為一個(gè)穩(wěn)定的切屑，穩(wěn)定過程如圖2。用球面端銑切削在正常產(chǎn)品一個(gè)被彎曲兩次的切屑5.從圖1A，穩(wěn)定的切屑的形狀與一個(gè)錐形類似。這被歸因于球面的端銑刀的在切削片段的幾何學(xué)。切屑形成在一個(gè)球形的帽上發(fā)生。因此，對(duì)于積削容積的相等，切屑幾何學(xué)影響較低,那個(gè)尺寸和每個(gè)切削的形狀將會(huì)與一個(gè)適度同種的工作材料是相同的。在切削的過程中，切削刃的不同部分是各不相同的。另外,所有切削刃的點(diǎn),按照他們的不同切削角,必須承受不同的負(fù)載。圖2B的陰暗面積表現(xiàn)面積，刃口在一個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置中移動(dòng)過程,也就是刀具-工作件連絡(luò)面積。刀具與工作件成垂直。，刀具尖端在大小方面雖然非常小,實(shí)際上不在切削中起作用，因?yàn)樗那袛嗨俣仁橇?。這就是為什么切屑不是一個(gè)完全錐形和圖2B的片碎區(qū)域是如何形成。由于它被刀具尖端分離開，所以錐形的頂端看不見,這惡化表面的性質(zhì)。如此一個(gè)較好的策略是傾斜刀具，以便切削刃邊緣與刀具一起預(yù)訂,像Schulz所建議。在圖2B,O代表刀具尖端,所以區(qū)域BOC表現(xiàn)被刀具尖端擦離開的工作件的部分。在穩(wěn)定的切斷中,刀具與工作件接觸長(zhǎng)度就是被預(yù)計(jì)的刃口長(zhǎng)度。在分割區(qū)域如圖2中被顯示ABCD。區(qū)域ABCD也代表切削刃與工作件接觸穩(wěn)定的面積。接著發(fā)現(xiàn)一個(gè)不穩(wěn)定的加工過程,切削刃與工件接觸面積和長(zhǎng)度實(shí)質(zhì)上總是有差異。以穩(wěn)定的切斷在一個(gè)齒接觸期間,時(shí)期CT,將有一切屑生產(chǎn)。圖3舉例說明在穩(wěn)定切削過程中，切斷刃的運(yùn)動(dòng)區(qū)域。這種切屑形成被歸因于二個(gè)因素:剪切過程，它是依賴球面端銑刀的幾何學(xué)，也就是切削的區(qū)域幾何學(xué)。球面端銑刀的幾何形狀，決定了穩(wěn)定切削區(qū)域的幾何形狀，在穩(wěn)定的切削過程中有相對(duì)優(yōu)勢(shì)的決定效果。剪切開始于當(dāng)刃口開始接觸工作件。如使刀具旋轉(zhuǎn),最初的變形區(qū)也適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)。切屑從刀具第一個(gè)傾斜面流到刀具的第二個(gè)傾斜面的過程中，切屑也就在形成了。同時(shí)，切屑的中心向上擴(kuò)大。這一個(gè)過程是連續(xù)，直到切屑的上面邊的運(yùn)動(dòng)是刀具的第二個(gè)傾斜面時(shí)。然后切屑沉積在第一個(gè)和第二個(gè)傾斜面之間,沒有方法移動(dòng)并且卷曲如圖2A所顯示的面,造形第二個(gè)變形區(qū)。在穩(wěn)定的切削過程中，槽是切屑唯一向前移動(dòng)的路徑。注意，刀具正在旋轉(zhuǎn),這一個(gè)積屑實(shí)際上被造形如一個(gè)錐形。這就使它變成了兩次-彎曲的錐形。當(dāng)被產(chǎn)生的切屑離開時(shí)，剪切被完成，而且當(dāng)?shù)洱X離開工件的時(shí)候，切屑卷曲也同時(shí)停止。在切屑形成過程中將不會(huì)有切屑-工作件相接觸。當(dāng)?shù)洱X離開工件的時(shí)候，一個(gè)切屑形成過程完成。另外的一個(gè)刀齒將會(huì)依次與工作件一起接觸，而且切屑形成再一次開始。在HSM中是廣為人知的，很多的切削熱進(jìn)入切屑之內(nèi)被轉(zhuǎn)移。在切屑面積中的溫度,尤其在切屑的較低邊中,將會(huì)非常高。正常地T2是比T1高,所以熱應(yīng)力將會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致切屑弄卷到一個(gè)較小的半徑。(如圖4)切屑將會(huì)像一個(gè)熱的雙金屬的彈簧,雖然切屑較低部分和刀具面之間很少磨擦。當(dāng)T2比T1高許多的時(shí)候,切屑將會(huì)向曲率的中心卷。通過切屑顏色的分析查證,切屑熱比較低的部分顏色總是很比較黑暗比上面的面,意謂被氧化的范圍以由一個(gè)較高的溫度所引起。在切屑和傾斜面面之間的磨擦是無關(guān)重要的。從EDX分析圖解(圖5)，沒有涂料(TiA1N)和接合料(鈷)的機(jī)械要素被發(fā)現(xiàn),這證明沒有刀具材料轉(zhuǎn)移到切屑之中。占優(yōu)勢(shì)的刀具磨耗機(jī)械裝置被發(fā)現(xiàn)是第一流側(cè)面磨損(圖6)。最大的磨損總是以最高的切削速度刃口部分發(fā)生。這也說明了在傾斜面上的磨損上微小的。在穩(wěn)定的切屑過程中，切屑的產(chǎn)生像在第一個(gè)和第二個(gè)傾斜面面之間交互作用的結(jié)果。如早先所說的,切屑在高的割削速率下面的分割正常地被歸因于斷熱的剪現(xiàn)象,通常在連續(xù)加工時(shí)像旋轉(zhuǎn)或鉆孔3-8中被發(fā)現(xiàn)。但是它在球面端銑是可疑的?！癮diabaticshear”有一些重要事物發(fā)生。應(yīng)該也有材料。將會(huì)有缺陷，而且應(yīng)變?cè)谇行嫉谋砻嬷邪l(fā)現(xiàn)。從圖1A，沒有如此的現(xiàn)象被觀察。如此得出一般結(jié)論:”adiabaticshear”不是端銑的切屑分割所造成；切屑借著旋轉(zhuǎn)刃口使其發(fā)生。在球面端銑的切屑形成過程中,在特定的切削條件之下也存在一個(gè)分割現(xiàn)象。理由被發(fā)現(xiàn)是本身振動(dòng)而不是斷熱的剪切。這導(dǎo)致型2切屑形成。4.2.型11切屑形成圖7A表示一個(gè)從振動(dòng)獲得的典型切屑。叫做一個(gè)不穩(wěn)定的切屑或元素的切屑。它通常起因于從刀具尖端開始的周期破裂。有時(shí)它是在工作材料中發(fā)生的斷熱剪的結(jié)果。在這一項(xiàng)研究中，原因發(fā)現(xiàn)是被刺激的自己振動(dòng)，叫做型振動(dòng)。因?yàn)橐粋€(gè)型2切屑是有特色的，振動(dòng)作記號(hào)。(如圖7B的圈)在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)那出現(xiàn)不同尋常的時(shí)候,這將產(chǎn)生一個(gè)不平順表面粗度，而且加工面將會(huì)有被不光(遲鈍的)。切屑是一個(gè)以幾何學(xué)相當(dāng)好，符合削減分割如圖8所示。在圖7B中顯示的振動(dòng)形狀標(biāo)志也是符合切屑的形成。刃口接觸面積在圖8中顯示,通過它清楚地看見到一個(gè)切屑的形成切屑接