金屬切屑根部標(biāo)本制備變形系數(shù)剪切角測定

金屬切屑根部標(biāo)本制備變形系數(shù)剪切角測定主要內(nèi)容變形系數(shù)的測定剪切角的測定切屑根部金相標(biāo)本制作第2頁,共47頁，2024年2月25日，星期天1.切屑根部金相標(biāo)本制作基本步驟：切屑根部標(biāo)本的嵌裝試樣表面的制備試樣的拋光金相腐蝕第3頁,共47頁，2024年2月25日，星期天1.1切屑根部標(biāo)本的嵌裝切屑極易斷離和變形，為防止切屑斷離及變形必須對切屑根部標(biāo)本進(jìn)行嵌裝?？焖俾涞堆b置取得切屑根部后，需將切屑連同與其毗連的工件仔細(xì)切割(機(jī)械切割、線切割)。標(biāo)本尺寸一般宜在10~15mm范圍內(nèi)。標(biāo)本的嵌裝—將切屑根部標(biāo)本鑲嵌在低熔點(diǎn)金屬、硫磺、硬塑料或環(huán)氧樹脂中。第4頁,共47頁，2024年2月25日，星期天金相根部嵌裝切屑根部標(biāo)本金屬環(huán)平板1.1.1用低熔點(diǎn)、硫磺或環(huán)氧樹脂嵌裝常用嵌裝試樣的低熔點(diǎn)合金有鉍、鉛、錫等，不同含量其熔點(diǎn)溫度76℃~124℃之間。低熔點(diǎn)合金存在不足：腐蝕劑會滲入試樣和鑲嵌材料間灌注的合金對試樣起電化保護(hù)作用而影響顯現(xiàn)顯微組織的效果第5頁,共47頁，2024年2月25日，星期天用硫磺作為鑲嵌材料硫磺避免了低熔點(diǎn)合金的不足，且價(jià)廉，與大多數(shù)金相化學(xué)腐蝕劑不起化學(xué)反應(yīng)，采用較多。存在的主要缺點(diǎn)：金相顯微鏡觀察時(shí)，背景與標(biāo)本的顏色對比度不強(qiáng)，影響拍攝效果。第6頁,共47頁，2024年2月25日，星期天用環(huán)氧樹脂作為鑲嵌材料固化后性能符合要求，鑲嵌工藝簡單。第7頁,共47頁，2024年2月25日，星期天1.1.2用硬塑料嵌裝嵌裝用硬塑料為黑色酚醛樹脂(黑電木粉，熱固性塑料，在130℃~150℃左右固化)用硬塑料鑲嵌標(biāo)本裝置壓頭壓模標(biāo)本底座加熱板市場銷售的標(biāo)本嵌裝機(jī)采用在壓模外纏繞電熱絲加熱的方法，且溫度可調(diào)。(目前最常用的嵌裝切屑根部的方法)第8頁,共47頁，2024年2月25日，星期天MC004-ZXQ-2全自動(dòng)金相試樣鑲嵌機(jī)鑲嵌設(shè)備第9頁,共47頁，2024年2月25日，星期天1.2試樣表面的制備銼刀或砂輪平整表面砂布磨光(從粗到細(xì))1.2.1制備過程砂輪平整試樣時(shí)，不要使試樣產(chǎn)生燒傷。砂布磨光時(shí)，開始用較粗砂布(100#~150#)，然后逐漸改用較細(xì)砂布，最終磨制時(shí)用200#~240#細(xì)砂布。細(xì)磨第10頁,共47頁，2024年2月25日，星期天1.2.2砂布磨光時(shí)注意事項(xiàng)磨制標(biāo)本時(shí)，不能過分用力將試樣壓在磨盤上，以免被磨表面發(fā)熱過度。當(dāng)用一種砂布磨光時(shí)，試樣的位置不應(yīng)變動(dòng)。當(dāng)換用下一號砂布時(shí)，應(yīng)將試樣位置轉(zhuǎn)動(dòng)90°，使新的磨痕垂直于前一磨痕，當(dāng)前一磨痕被磨掉后才更換下一號砂布。在每次更換砂布時(shí)均應(yīng)仔細(xì)清洗標(biāo)本。第11頁,共47頁，2024年2月25日，星期天1.2.3細(xì)磨方法黑色金屬標(biāo)本，細(xì)磨用粒度為240#~280#金剛砂為磨料。細(xì)磨方法：將細(xì)麻布箍緊在旋轉(zhuǎn)磨盤，試樣輕壓在磨盤上，工作時(shí)磨盤始終保持一定的濕度。鋼試樣細(xì)磨用鉻鋁研磨膏作為磨光劑。對鋁及鋁合金試樣，平整鋁試樣表面用銼刀；磨光則在涂有石蠟—煤油溶液的140#、180#和240#的砂布上循序進(jìn)行。第12頁,共47頁，2024年2月25日，星期天成分粗磨中磨細(xì)磨氧化鉻373532氧化鋁373532石蠟202430脂肪酸333煤油222碳酸鈉111鉻鋁研磨膏的成分(重量百分比)第13頁,共47頁，2024年2月25日，星期天1.3試樣的拋光黑色金屬用氧化鉻或氧化鐵的細(xì)粉末進(jìn)行拋光。拋光粉與蒸餾水混和。將細(xì)呢絨經(jīng)水泡浸后箍在磨盤上進(jìn)行拋光。試樣輕壓于旋轉(zhuǎn)的磨盤上(n=700~1000rpm)。1L水加入5g氧化鋁，或10~15g氧化鉻或氧化鐵第14頁,共47頁，2024年2月25日，星期天鋁試樣預(yù)拋光終拋光+細(xì)呢絨，拋光劑用氧化鋁+蒸餾水，混和液濕潤細(xì)呢絨，磨盤轉(zhuǎn)速約300rpm絲絨，絲絨用水濕潤，細(xì)氧化鎂粉或氧化鋁粉涂在絲絨上，磨盤轉(zhuǎn)速約100rpm第15頁,共47頁，2024年2月25日，星期天純銅試樣用氧化鋁與蒸餾水的混和液在裝有細(xì)繞的磨盤上拋光涂有極細(xì)的氧化鎂粉的絲繞進(jìn)行終拋光切屑根部在流水中清洗干凈

無水酒精清洗

熱風(fēng)機(jī)干燥

保存于干燥皿或馬上進(jìn)行金相腐蝕。第16頁,共47頁，2024年2月25日，星期天拋光設(shè)備LP-2雙盤立式金相試樣拋光機(jī)第17頁,共47頁，2024年2月25日，星期天1.4顯微組織的顯現(xiàn)—金相腐蝕腐蝕原理：由于金屬內(nèi)各個(gè)晶粒的方向不同、各種組織的物理性能及晶粒邊界和晶粒內(nèi)部的化學(xué)成分不同，腐蝕時(shí)使金屬發(fā)生選擇性溶解，從而顯現(xiàn)出金相組織。選擇性溶解很大程度上取決于相鄰組織單元的電化學(xué)勢。在腐蝕劑中起陽極作用的組織首先溶解；直接與晶粒邊界或相邊界毗連的地方，其合金元素成分不同于金屬的平均成分，通常也是并且是較劇烈地溶解，從而顯露出金相組織。第18頁,共47頁，2024年2月25日，星期天腐蝕前，仔細(xì)清除試樣表面的油漬腐蝕時(shí)所產(chǎn)生的氣泡不能附在試樣表面第19頁,共47頁，2024年2月25日，星期天不同材質(zhì)試樣，使用不同的腐蝕劑材料腐蝕劑成份碳鋼、低合金鋼、中合金鋼、高速鋼、鑄鐵硝酸2~5mL，無水酒精98~95mL1Cr18Ni9Ti不銹鋼硝酸1mL，鹽酸1mL耐熱鋼硫酸銅4g，鹽酸20mL，水20mL純銅飽和氨溶液50mL，3%過氧化氫溶液50mL鑄鋼、黃銅、青銅飽和氨溶液50mL，3%過氧化氫溶液10mL鋁氫氧化鈉0.5~1g，水99.5~99mL第20頁,共47頁，2024年2月25日，星期天試樣腐蝕后即用水沖洗，并用無水酒精清洗且用熱風(fēng)機(jī)干燥。若不馬上進(jìn)行觀察，應(yīng)涂上凡士林以防銹。切屑根部金相照片第21頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2.變形系數(shù)的測定2.1變形系數(shù)的定義厚度變形系數(shù)長度變形系數(shù)假設(shè)，切屑寬度與切削層寬度相等，且切削前后金屬體積不變第22頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2.2變形系數(shù)測定的方法2.2.1長度法用車床或刨床車削金屬，取得一段切屑后，用軟金屬絲沿切屑底面測出切屑長度lch，并計(jì)算出該段切屑相對應(yīng)的切削長度lc，根據(jù)公式計(jì)算出變形系數(shù)。第23頁,共47頁，2024年2月25日，星期天車削時(shí)控制車削長度方法V形槽法60°<apV形槽法測量原理：平行于工件軸線銑一角度為60°、深度小于切削深度ap的溝槽(一般，槽深為1~1.5mm)。切削時(shí)，切屑是連續(xù)的帶狀，但從切屑上的溝槽即可判別出兩相鄰溝槽間的切屑長度即為工件一轉(zhuǎn)時(shí)所對應(yīng)的切屑長度。第24頁,共47頁，2024年2月25日，星期天

矩形槽法測量原理：平行于工件軸線銑出寬度約2~3mm的矩形槽。為了減小切削時(shí)的沖擊，用澆注的辦法將鉛灌注在矩形槽內(nèi)。切削工件一周時(shí)，切屑自動(dòng)分離，得到切削一圈時(shí)所對應(yīng)的切屑長度。此時(shí)，切削長度為工件圓周長減去槽的寬度。2~3鉛矩形槽法第25頁,共47頁，2024年2月25日，星期天

小孔法測量原理：用鋼管進(jìn)行直角自由切削時(shí)(車端面)，在鋼管端面平行于工件軸線鉆一小孔，在切下的切屑中根據(jù)兩相鄰小孔辨認(rèn)出切削鋼管一周所對應(yīng)的切屑長度。小孔法第26頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2.2.2厚度法

百分表法測量原理：將切屑底面放在平臺，百分表的量頭在切屑頂面進(jìn)行測量，根據(jù)百分表預(yù)先在標(biāo)準(zhǔn)塊上的校準(zhǔn)值以及表針的讀數(shù)便可測出切屑厚度。由于切屑頂面非常毛糙，實(shí)際測量時(shí)應(yīng)測量幾處的切屑厚度取平均值，以減小測量誤差。百分表測量切屑厚度百分表切屑表座平臺第27頁,共47頁，2024年2月25日，星期天

顯微鏡測定法相同切削條件下取得若干切屑根部標(biāo)本，在工具顯微鏡下測得切屑厚度，取平均值作為該切削條件下的切屑的厚度。

測厚儀測量法超聲波測厚儀：

測量范圍0.65~260分辨率0.01MINITest400超聲測厚儀第28頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2.2.3速度法測量原理：切屑經(jīng)過切削時(shí)的塑性變形后，其長度比切削長度縮短了ξ倍，亦即切屑沿前刀面排出的速度比切削速度減小ξ倍，故變形系數(shù)亦可用切削速度切屑沿前刀面流出的速度第29頁,共47頁，2024年2月25日，星期天具體方法：用秒表準(zhǔn)確記錄第一條切屑在刀刃上斷裂后開始切削至第二條切屑斷裂的時(shí)間t(s)用漆包線或電工保險(xiǎn)絲測量在t時(shí)間內(nèi)所切下切屑的長度lch計(jì)算切屑平均速度vchd—工件直徑(mm)n—工件轉(zhuǎn)速(rps)方法簡單，切屑長時(shí)測量誤差較大第30頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2.2.4質(zhì)量法質(zhì)量法的假設(shè)前提：材料在切削前后密度不變。測量原理：當(dāng)切削長度為lc時(shí)，被切削層材料的質(zhì)量為，式中，m—切削層材料的質(zhì)量(g)，與相應(yīng)的切屑質(zhì)量相同；ρ—被切材料的(g/mm3)，在切削前后材料密度不變；ac—切削厚度(mm)；aw—切削寬度(mm)；l—切削長度(mm)。第31頁,共47頁，2024年2月25日，星期天任取一段切屑，在天平上精確地測出質(zhì)量m后，再測量出其長度lch。切屑長度的選?。喝羟行歼^短則測量時(shí)難以手持；太長則造成測量誤差較大。一般選取切屑的長度25~100mm比較合適。第32頁,共47頁，2024年2月25日，星期天3.剪切角的測定M刀具切屑OA終滑移線始滑移線τ=τsΦ3.1直接測量法利用切屑根部磨片在金相顯微鏡下觀察及拍攝第33頁,共47頁，2024年2月25日，星期天3.2間接測量法通過測力儀測出切削力Fz和徑向切削力Fy，求出切屑與前刀面的摩擦角β，計(jì)算得到剪切角。表達(dá)式依據(jù)理論最小能量原理(Merchant)滑移線場理論(LeeandShaffer)最小能量原理結(jié)合實(shí)驗(yàn)(修正的Merchant)動(dòng)力學(xué)原理第34頁,共47頁，2024年2月25日，星期天四種計(jì)算剪切角比較摩擦系數(shù)μ剪切角φNO.1—MerchantNO.2—LeeandShafferNO.3—修正的MerchantNO.4—?jiǎng)恿W(xué)公式四種公式計(jì)算剪切角，相差較大；用金相磨片直接測量剪切角辦法最為可靠。第35頁,共47頁，2024年2月25日，星期天附：剪切角的理論公式根據(jù)剪切面的切削模型理論，可以建立變形的幾何關(guān)系，用剪切角φ即可衡量切屑變形程度的大??；若知道被切削材料的剪切屈服極限τs、剪切角φ與刀具前刀面上的摩擦角β及前角γo之間的關(guān)系，有可能求得理論切削力的大小。建立剪切角的理論公式，則對預(yù)測切屑變形程度和切削力大小均有十分重要的實(shí)際意義。第36頁,共47頁，2024年2月25日，星期天Merchant(麥錢特)的理論公式Merchant理論公式的假設(shè)：切削時(shí)形成帶狀切屑，且不產(chǎn)生屑瘤。刃口力忽略不計(jì)。當(dāng)剪切角改變時(shí)，摩擦角和剪切面上的剪應(yīng)力是獨(dú)立的不變量。滿足最小能量原理。第37頁,共47頁，2024年2月25日，星期天Merchant認(rèn)為，剪切角φ應(yīng)根據(jù)最小切削功原理確定，亦即剪切面在切削所需功率為最小的方向。切削功率為令第38頁,共47頁，2024年2月25日，星期天硬質(zhì)合金刀具，γo=-10°~+10°，干切削，ac=0.028~0.2mm,v=60~360m/min實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算結(jié)果第39頁,共47頁，2024年2月25日，星期天式中，τ0—σ=0時(shí)的τs；

K—比例常數(shù)。代入Pm公式，令第40頁,共47頁，2024年2月25日，星期天C—切削常數(shù)。若令K=0，則C=π/2與前一方程式結(jié)果一致。有些研究者得到的許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果與上式計(jì)算的理論值仍不一致。切削常數(shù)C的物理意義第41頁,共47頁，2024年2月25日，星期天遒井和高田根據(jù)工藤有關(guān)滑移線場理論所進(jìn)行的研究表明，Merchant剪切角理論公式實(shí)際上給出的是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)范圍的上限。Merchant切削方程式具有如下特點(diǎn):實(shí)際的切削數(shù)據(jù)往往分布在很寬的范圍內(nèi)。K是從切削實(shí)驗(yàn)求得的，有較大的布里奇曼效應(yīng)。假設(shè)中認(rèn)為β與φ無關(guān)，可是求得的切削方程式表明β與φ之間有函數(shù)關(guān)系，與假設(shè)矛盾，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明β是隨φ變化的。第42頁,共47頁，202