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(lái)分析切削刃口和切屑形成過(guò)程之間相互作用。基于這一項(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(guò)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(wú)人操作方向發(fā)展。這需要非?？煽康募庸み^(guò)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?wèn)題是由于在切屑形成過(guò)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(wú)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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程中，塑性變形是從最弱的點(diǎn)附近開(kāi)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(guò)熱面積狹窄，這里就有一個(gè)軟化過(guò)程,同時(shí)局部應(yīng)變?cè)黾又钡剿矔r(shí)的剪切發(fā)生。過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)，所以錐形的頂端看不見(jiàn),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(kāi)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(guò)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(shuō)明在穩(wěn)定切削過(guò)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(guò)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(guò)程中有相對(duì)優(yōu)勢(shì)的決定效果。剪切開(kāi)始于當(dāng)刃口開(kāi)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(guò)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(guò)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(méi)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(guò)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(kāi)時(shí)，剪切被完成，而且當(dāng)?shù)洱X離開(kāi)工件的時(shí)候，切屑卷曲也同時(shí)停止。在切屑形成過(guò)程中將不會(huì)有切屑-工作件相接觸。當(dāng)?shù)洱X離開(kāi)工件的時(shí)候，一個(gè)切屑形成過(guò)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(kāi)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(guò)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(wú)關(guān)重要的。從EDX分析圖解(圖5)，沒(méi)有涂料(TiA1N)和接合料(鈷)的機(jī)械要素被發(fā)現(xiàn),這證明沒(méi)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(shuō)明了在傾斜面上的磨損上微小的。在穩(wěn)定的切屑過(guò)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(shuō)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。“adiabaticshear”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(méi)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(guò)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(kāi)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(guò)它清楚地看見(jiàn)到一個(gè)切屑的形成切屑接