外文翻译中文版---在高速端铣切削中切屑形成的调查.doc

在高速端铣切削中切屑形成的调查作者YuanNing,M.Rhman,Y.S.Wong摘要端面球形铣刀广泛地用于金属模和铸模工业。然而，在高速球面端铣中切屑形成研究方面的工作做的非常少。在一个调查实验中，已经在这一项研究中被引导建立切屑形成机理。普通的铸模钢H13的硬度达到HRC55，在高速加工中心不加切削液的情况以1030千转/分的速度范围被加工时：会产生四个典型的切屑和三种类型的振动。假使采用SEM这种方法产生切屑，EDX方法用来分析切削刃口和切屑形成过程之间相互作用。基于这一项研究的调查结果,切屑形成机理已经在本文中提出。在切削运动中，三种类型的振动阐述了切屑形成和振动行为之间的关系。基于实验的调查结果一个判断切屑稳定性的方法已经被建议。资讯科技也已经透过这一项研究被建立：典型的"Adiabaticshear"不在高速球面端铣的切屑形成方面发生。关键字:球面端铣；切屑形成机理；振动；高速加工；Adiabaticshear1.介绍在金属切削中，现在的趋势是自动化、高的排除率和无人操作方向发展。这需要非常可靠的加工过程、表面精度、工件精度、刀具寿命是主要重要。但是维持稳定的加工,更多的注意对切屑形状的控制以使它更容易被排除。这是因为切屑形成和裂断方面是非常重要的在加工中。表面精度，工件精度和刀具寿命的问题是由于在切屑形成过程中较小的改变引起,尤其在高速切削中,有害的切屑形成将会产生有害的效果。在旋转，钻孔和面铣的切屑形成方面已经做了很多的研究工作。Shaw提出了一个循环的锯齿状的型面铣的切屑,而且提出相关的其它类型的循环和无循环的切屑。Nakayama解释了切屑大小和切屑方向的必要意义，切屑流量和角形状，并且清楚地表达螺旋形的切屑进行过程。Komanduri已经在切屑分割和不稳定性的研究有很大的进展。然而看来很少有工厂对球面端铣切屑形成的性质做研究，由于切屑几何形状和切屑过程的复杂性,即使它在压铸模和铸模的高速铣中被广泛地应用。切屑形成的过程很少考虑,如振动。本文将对高速端面球铣实验调查和切屑形成机理做基本的讨论。2.理论在Merchant出版了他的连续切屑形成机理的举世闻名模型短短之后,一些作家建议不是所有的切削过程都符合这一个模型。同时很快被发现，在转很多的切削过中，圆柱形形切屑在高速切屑中形成。切屑形成机理这已经重新更新，同样，被Komanduri和一些的学者彻底地评论。关于这一个主题已经被Nakayama出版。Toenshoff阐述这种在高速切削中，把基本的切屑机理叫做"adiabaticshear"。在一个变形过程中，塑性变形是从最弱的点附近开始,从而产生应力集中。如果应变率足够高,系统是绝热，而且这些的过热面积狭窄，这里就有一个软化过程,同时局部应变增加直到瞬时的剪切发生。过热切削将产生不稳定性切屑形状，切屑变形严重，而且切屑容易破碎,在旋转的过程中，这些都在不停的进行着。所以，必须衡量这些理论是否值得用于调整球面端铣。在球面端铣过程中,有决定切屑形成的很多不稳定因素。通常下列的因数对于切屑形成的分析被考虑之:(一)金属和工作件材料的热塑料特性；(二)切断的状态；(三)剪修剪区可变性；(四)改变刀具上的磨擦力状态(第二次的剪区)；(五)最初区和第二区的关系(六)刀具的结构和切屑过程的交互作用，也就是,动态因素。上述的因素的细节将在稍后讨论。然而，在本文中，主要讨论在切削过程中动态因素的影响。3.建立实验实验在高速加工中心MakinoV-55上被引导。用于这一项研究的机械条件是是:变细长速度，1030k的转/每分；轴向切断深度从0.1变化到0.8毫米；而且补给率是在0.025-0.05毫米/齿的范围中。测试材料是AISIH13,硬度HRC55，而且它的化学成分是:C:0.37%,Cr:5.3%；W:1.4%；Mo:0.4%；Mn:1.0%；Si:1.0%.铣刀是一个12毫米固体碳化物和TiA1N涂料的球面的端铣刀。螺旋角300的,刀具的前倾角0从00变化到30，在切削刃和间隙角中从11变化到13。在实验中刀具工件保持垂直。，一个Kistler测力计用来测切削力。力信号以一个12,000个试样/s/通风槽的抽样率被多的通风槽DAT(数传声音带子)记录机。一个光学显微镜被采用观察刀具。过程被一个HP示波器检测。所有的切削在干的情况下进行。切屑的SEM和EDX分析被实行，而且分别的图像被轮流。切屑试样在每个切削结束的时候被收集,其余被一个高压力空气喷嘴吹走避免来自不同的切削的切屑的混入。4.结果和讨论在研究中被发现切屑可分为四种类型。第一型:切屑形成，型2:不稳定的切屑,型3:具决定性的切屑和型4:严格的切屑。第一型是稳定的加工的产品。型2-4切屑和不同严重的振动过程发生。当刀具是在它的磨耗标准里面，排除刀具的磨耗的时候，所有的切屑从加工过程中获得。4.1.型1切屑形成图1A表示因为它的形状和几何形状符合得较好，所以切屑从稳定的切断获得,被定义为一个稳定的切屑，稳定过程如图2。用球面端铣切削在正常产品一个被弯曲两次的切屑5.从图1A，稳定的切屑的形状与一个锥形类似。这被归因于球面的端铣刀的在切削片段的几何学。切屑形成在一个球形的帽上发生。因此，对于积削容积的相等，切屑几何学影响较低,那个尺寸和每个切削的形状将会与一个适度同种的工作材料是相同的。在切削的过程中，切削刃的不同部分是各不相同的。另外,所有切削刃的点,按照他们的不同切削角,必须承受不同的负载。图2B的阴暗面积表现面积，刃口在一个旋转装置中移动过程,也就是刀具-工作件连络面积。刀具与工作件成垂直。，刀具尖端在大小方面虽然非常小,实际上不在切削中起作用，因为它的切断速度是零。这就是为什么切屑不是一个完全锥形和图2B的片碎区域是如何形成。由于它被刀具尖端分离开，所以锥形的顶端看不见,这恶化表面的性质。如此一个较好的策略是倾斜刀具，以便切削刃边缘与刀具一起预订,像Schulz所建议。在图2B,O代表刀具尖端,所以区域BOC表现被刀具尖端擦离开的工作件的部分。在稳定的切断中,刀具与工作件接触长度就是被预计的刃口长度。在分割区域如图2中被显示ABCD。区域ABCD也代表切削刃与工作件接触稳定的面积。接着发现一个不稳定的加工过程,切削刃与工件接触面积和长度实质上总是有差异。以稳定的切断在一个齿接触期间,时期CT,将有一切屑生产。图3举例说明在稳定切削过程中，切断刃的运动区域。这种切屑形成被归因于二个因素:剪切过程，它是依赖球面端铣刀的几何学，也就是切削的区域几何学。球面端铣刀的几何形状，决定了稳定切削区域的几何形状，在稳定的切削过程中有相对优势的决定效果。剪切开始于当刃口开始接触工作件。如使刀具旋转,最初的变形区也适当地移动。切屑从刀具第一个倾斜面流到刀具的第二个倾斜面的过程中，切屑也就在形成了。同时，切屑的中心向上扩大。这一个过程是连续，直到切屑的上面边的运动是刀具的第二个倾斜面时。然后切屑沉积在第一个和第二个倾斜面之间,没有方法移动并且卷曲如图2A所显示的面,造形第二个变形区。在稳定的切削过程中，槽是切屑唯一向前移动的路径。注意，刀具正在旋转,这一个积屑实际上被造形如一个锥形。这就使它变成了两次-弯曲的锥形。当被产生的切屑离开时，剪切被完成，而且当刀齿离开工件的时候，切屑卷曲也同时停止。在切屑形成过程中将不会有切屑-工作件相接触。当刀齿离开工件的时候，一个切屑形成过程完成。另外的一个刀齿将会依次与工作件一起接触，而且切屑形成再一次开始。在HSM中是广为人知的，很多的切削热进入切屑之内被转移。在切屑面积中的温度,尤其在切屑的较低边中,将会非常高。正常地T2是比T1高,所以热应力将会产生导致切屑弄卷到一个较小的半径。(如图4)切屑将会像一个热的双金属的弹簧,虽然切屑较低部分和刀具面之间很少磨擦。当T2比T1高许多的时候,切屑将会向曲率的中心卷。通过切屑颜色的分析查证,切屑热比较低的部分颜色总是很比较黑暗比上面的面,意谓被氧化的范围以由一个较高的温度所引起。在切屑和倾斜面面之间的磨擦是无关重要的。从EDX分析图解(图5)，没有涂料(TiA1N)和接合料(钴)的机械要素被发现,这证明没有刀具材料转移到切屑之中。占优势的刀具磨耗机械装置被发现是第一流侧面磨损(图6)。最大的磨损总是以最高的切削速度刃口部分发生。这也说明了在倾斜面上的磨损上微小的。在稳定的切屑过程中，切屑的产生像在第一个和第二个倾斜面面之间交互作用的结果。如早先所说的,切屑在高的割削速率下面的分割正常地被归因于"断热的剪"现象,通常在连续加工时像旋转或钻孔3-8中被发现。但是它在球面端铣是可疑的。“adiabaticshear”有一些重要事物发生。应该也有材料。将会有缺陷，而且应变在切屑的表面中发现。从图1A，没有如此的现象被观察。如此得出一般结论:”adiabaticshear”不是端铣的切屑分割所造成；切屑借着旋转刃口使其发生。在球面端铣的切屑形成过程中,在特定的切削条件之下也存在一个"分割"现象。理由被发现是本身振动而不是断热的剪切。这导致型2切屑形成。4.2.型11切屑形成图7A表示一个从振动获得的典型切屑。叫做一个不稳定的切屑或元素的切屑。它通常起因于从刀具尖端开始的周期破裂。有时它是在工作材料中发生的断热剪的结果。在这一项研究中，原因发现是被刺激的自己振动，叫做型振动。因为一个型2切屑是有特色的，振动作记号。(如图7B的圈)在实验中，当那出现不同寻常的时候,这将产生一个不平顺表面粗度，而且加工面将会有被不光(迟钝的)。切屑是一个以几何学相当好，符合削减分割如图8所示。在图7B中显示的振动形状标志也是符合切屑的形成。刃口接触面积在图8中显示,通过它清楚地看见到一个切屑的形成切屑接触面积是非常小的，稳定切断与那相较的地方，面积被显示阴暗的。shadedarea是被分开。每个阴暗的面积代表一个元素的切屑。这种稳定切屑形成机理的差异来自significandy。当振动完全发生时候,刃口不再移动，以某种方式在稳定的切削,但是在振动中，当它正在旋转的时候，在一个刀齿接触的时候，时期CT,在稳定的切断中刃口没有总是与工件的接触,但是当它离开一个元素的切屑时候，也就是完全地离工件。为了要离开另外的元素切屑,