铝合金高速铣削过程切屑成形机制研究

《铝合金高速铣削过程切屑成形机制研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、全国第十四届轻合金加工学术交流会论文集铝合金高速铣削过程切屑成形机制研究贾秀杰1，王成武，邵子东2，李剑锋1，孙杰1(1．山东大学可持续制造中心，山东济南250061；2．山东同大集团。山东昌邑，261313)摘要：铝合金高速铣削加工中切削力、切削热和机床振动等被广泛研究，而对切屑的研究相对较少。本文针对立铣刀高速铣削的特点，对切屑的成形进行了研究。根据理论分析，在UG环境下对切屑进行了绘制，其形状与实际切屑基本吻合，证明了研究方法的可靠性。通过切屑的研究反馈设计过程，对立铣刀的结构设计提供支持。关键词：铝合金；高速切削；切削力；切屑大部分的铝合金高速切削刀具需要进口，国产的

2、刀具与进口的相比存在较大差距。造成这种差距的根本原因就是对刀具基本结构、容屑槽的结构及切削过程中切屑的形成等缺少综合研究。本文就切屑的形成机制和刀具的断屑机制进行研究。1剪切角理论剪切角庐是影响切屑承受剪切应变、切屑的形态、切削力等的重要因素。关于切削力的方向和由切削力引起的滑移方向之间的关系，有很多研究者进行了研究，发表了很多的理论，试图找出刀具前角y、切屑与刀具前刀面间的摩擦角p和剪切角声三者之间的关系。主要有以下几种学说：(1)克罗斯托夫(kwstof)学说(最大剪切应力学说)把压缩力尺作用于延展性材料上时，剪切应力在与R成45c方向时最大，按最大剪切应力学说在该方向发

3、生剪切滑移。如图1所示，在切削中的剪切面滑移如以同样的方法考虑时，切削力合力R与剪切面的夹角CO应该是450，即cU=庐+p一7=45。。(2)默钱特学说(最小阻力学说)默钱特认为切削力尺在最小方向发生滑移，得出如下的关系：24'+口一7=90'。但是，这个公式与试验结果不太一致，所以，默钱特又提出了考虑材料内部摩擦的修正公式2西+口一y=ctan～k=C。其中，k为剪切合力与形成切屑流动方向夹角，如图2所示。默钱特把C命名为切削常数oc值可从材料试验中得到⋯o(3)李(Lee)与谢弗(shaffer)学说图1克罗斯托夫学说图2默钱特学说全国第十四届轻合金加工学术交流会论文集

4、以上两种学说，只考虑剪切面达到屈服状态时开始滑移的条件；而李等人认为剪切面与刀具前刀面之间的区域是处于塑性状态，可以看作是与剪切面平行和垂直的直线群滑移线场。这滑移线是最大剪切应力的方向，与主应力成450。就角度关系而言可以得出与克罗斯托夫同样的公式幢J。他们还研究了在刃口上面存在的圆弧状积屑瘤是滑移线场。这时，与积屑瘤接触的部分成扇形滑移线场。设其中心角为目，则：∞=声+口一7=45D+臼。(4)肖、库克、芬妮学说塑性区受前刀面和剪切面约束时，认为剪切滑移的方向不一定与最大剪切应力的方向一致，肖等人提出了下式：cU={6+p—y=45。+r／’。而叩’取决于塑性区的约束程度

5、。叩’有正有负，但其物理意义不太明确。2切屑的形状与可处理性因为开始切削时的过渡现象，作用于切屑的外力变化，被加工材料的不均匀性质、前道工序的变动、刀具损耗等条件的变化等原因，在多数情况下，切屑形状不稳定，容易变动。刚体在任意瞬间的一般运动状态，是绕一根轴的旋转运动和轴向的平移运动的合成，即螺旋运动。因此，切屑任意横截面内的各点做螺旋运动，其轨迹为螺旋形。所以，正常状态下的切屑形状，一定是螺旋形，作为螺旋形的极限睛况，只有旋转运动而没有平移运动时呈圆弧状，如果只有平移运动而无旋转运动便呈直线。如果采用与切削机制直接联系的参数，那么，影响螺旋形切屑形状的因素有以下三种：向上卷曲

6、的曲率1／p,；横向卷曲的曲率1／p,；切屑的流出角％(＆、肛分别表示其半径)。除此之外，如切屑宽度、厚度和长度确定了，切屑的形状也就完全确定了。当流出角为0时，按1／p,和1／p,的组合，切屑形状按照圆柱．圆锥．圆板的方向变化。当流出角不为O时，切屑是具有螺距的螺旋形。但是在1／p,=0时，螺距也是0。另一方面，如果从实物直接测量螺旋形切屑的形状，用下面三个量是方便的。螺旋的外径2p；螺距P；螺旋的轴与螺旋面的切平面所夹的角口，见图3所示。它们之间存在着以下的几何关系式bj：tanO=盘(1)、～图3螺旋状切屑基本要素p={型塑竺竺(3)胪万i藏u’2．1切屑向上卷曲切屑向

7、上卷曲有下述几种理由：(1)断屑台作用与前刀面平行流出的切屑碰上断屑台，假如切屑流过断屑台上部，切屑根部增加一个弯曲力矩，在自由面一侧附加了压缩应力，在前刀面—侧附加一拉应力。结果，自由面-狈fJtL前刀面一侧厚．172·全国第十四届轻合金加工学术交流会论文集而短，使切屑发生向上卷曲。因断屑台而使切屑向上卷曲的半径成近似等于满足下面两个条件的圆弧半径R：切屑在离开刀具前刀面的地方与前刀面相切；或者切屑流过断屑台的肩部或与斜面相切。如图4所示，半径为足的圆弧称为切屑流出圆。当切屑碰上断屑台肩部时：恐：％≯