高速铣削刀具切削铝合金过程中的机理研究.pdf

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1、Academic学术·__I口速铣削刀具切削铝合金过程中的机理研究同方长锦(201999宝钢工程技术集团有限公司上海)摘要：本文针对两齿和三齿铣刀高速切削铝合金的过程进行了详细研究，给出了二种铣刀的切削状态模型图，给出了单齿的加工时间，并在此基础上进行了高速切削实验，记录和处理了铣削铝合金时主切削力的变化曲线，分析了曲线的变化规律，并根据曲线的变化规律着重研究了切削力的变化机制和切削机理，得出了相应的结论。关键词1．前言设定刀具轴心的轨迹与工件的中心高速切削是一种先进切削方法，是线重合，设定单齿的切削时间相同，刀目前许多人都在致力研究的内容。它不具的一个刀齿从切入工件到切出工件的仅使切削

2、力变小，工件变形小，加工精时间为t[：雪度得以提高，单位时间内的金属去除率2arcsin‘增大；而且还可以使表面残留高度变小，’’602·-RIJ-：]加工质量变好，有利于零件的精加工。t=——·o但是铣削刀具齿数在切削加工时的选择360是各不相同的，由于齿数的变化会导致其中：n一一转速(r／min)；切削力变化，工件变形，加工精度都会1一一加工工件的宽度(IIl1)；发生较大的变化。而关于齿数的变化导r一一刀具的半径(TIlIn)。图4两齿立铣刀切削速度对F的影响致切削力的变化、工件变形及加工机理工作台的进给量和单齿进给量的关4．3结果分析研究则很少，本论文就是基于此问题而系见公式(2

3、)：由图3中的曲线可知，三齿立铣刀提出的，并进行了相关的理论研究和实f=n·z·(2)在切削过程中，在一个变化周期内主要验验证。切削力Fy有正值和负值的变化，但二2．铣削状态模型的建立其中：f一一工作台进给量(mm／r)；者大小接近。随着切削速度的提高，不以两齿和三齿立铣刀为例，在转速n、z一一铣刀的齿数；论单齿进给量如何变化，主切削力F呈切深a。、单齿进给量f和刀具直径相同f一一单齿进给量(ram／r)。有规律的变化，但变化不大。当切削速的条件下，切削状态模型见图1。如果在转速和刀的直径相同条件下，度为630m／min，切削力F最大，曲线出两齿和三齿立铣刀保持单齿的切削时间现了一个拐点

4、。相同时，则三齿铣刀的单齿进给量增加，由图4中的曲线可知，两齿立铣刀如图1所示。如果两齿和三齿立铣刀工在切削过程中，随着切削速度的提高，作台的进给量保持一致，由公式(2)得主切削力F呈下降趋势。当切削速度为知三齿铣刀的单齿进给量减少。879m／min，切削力F最大，曲线出现了14．切削力的实验与结果分析一个较大的拐点。当切削速度大于879m／4．I实验条件min，切削力Fy略有下降。图2为切削力的测试系统图，刀具5．铣刀切削过程中的机理研究直径20mm，涂层硬质合金F7030，工在铝合金高速切削过程中，材料的三齿两齿件材料ZL101，YDX—III9702型三向压应变、临界应变量和强度屈

5、服强度都在图i两齿、三齿立铣刀的切削状态模型图电晶体铣削测力仪，以此来研究铣削主不断的变化，出现了一种动态应变时效由图中三齿立铣刀的切削状态图可切削力F的变化规律。的强化现象，主要是移动着的溶质原子知，当刀具直径大于工件的宽度时，一和运动中的位错发生交互作用所致，在忍1个刀齿刚切入工件的A点时，由于刀齿变化过程中切削力也发生着变化。间相隔120。，另两个刀齿则分别位于C5．1材料在高温下的本构方程点与B点。参加切削的刀齿从A点到A’由Fields和Backofen提出的双幂点之间的切削过程中，另两个刀齿分别函数强化模型j：l加工中心工作台l【苎jl从B点转到B’和C点到C’点，但并没()

6、-=kc占(3)有参加切削状态，而处于单齿切削状态。这个单齿切削而形成了一个波峰，后二图2切削力的测试系统其中：k一一硬化系数；个齿切削是在前一个齿的切削区基础上n一一硬化指数；又进行了循环切削而又形成了二个小些m一一应变速率敏感性指数。的波峰，刀具转一转形成了三个波峰与由公式(3)可知铝合金的应力变化波谷，单齿的切削时间就是单齿经过两取决于硬化系数、硬化指数、变速率敏个波峰或波谷之间的时间。两齿立铣刀感性指数和应变的大小。的切削状态和三齿立铣刀切削状态基本5．2材料延伸率对切削力的影响一致，也形成了二个波峰与波谷，但切切削温度的升高对铝合金材料的延削面积和切削体积及波峰与波谷间宽度伸率

7、有较大的影响，随着温度的提高材则不同。料的总延伸率不断提高，但均匀延伸率3．单齿切削时间图3三齿立铣刀的切削速度对F的影响则降低或局部延伸率降低，使材料的硬中国机械MachineChina18SAcademic学术化系数、硬化指数也在降低，导致了切应变速率越大，流变应力越大，金削中出现了强度降低的软化现象，切削屑局部抵抗变形的能力和应力也随之下属的临街剪切应力也越大，切屑的变形力下降；但同时会伴随着时效硬化的产降，切削力也随之下降，