高速铣削中切削力的研究.ppt

高速铣削中切削力的研究 在切削速度较低的情况下 切削力随切削转速的增加而增大 但达到某一临界速度后 随着切削速度继续增大 剪切角增大 造成切向切削分力下降 不同刀具材料与工件材料的匹配在不同切削条件下有不同的临界切削速度 由于高速切削过程中的切削速度非常高 使得金属流动速度大于塑性变形速度 剪切角增大 同时切削温度的提高 导致高速切削区金属切削层的变形程度较小 也使剪切角增大 从而使得切削力降低 高速铣削试验也证明 在切削速度较低的情况下 切削力随转速的增加而升高 但达到某一临界速度值后 随着转速继续增大 切向切削分力反而下降 由此 从切削力的角度考虑 切削速度的提高 是对切削加工过程有利的 不同刀具材料与工件材料的匹配在不同切削条件下有不同的临界切削速度 切削热 高速切削刀具内的传热分析 德国学者Carl J Salomon于1931年发表了著名的高速切削理论 他指出 切削加工时切削温度会随切削速度升高而迅速提高 到达一定速度后切削温度升高逐渐变慢直到不再变化 削速度的再次提高时切削温度达到峰值后将会下降 通常将切削速度超过普通切削的5 10倍的切削看作高速切削加工 如果严格意义从切削机理上讲 高速切削是指温度不再显著地随切削速度增大而上升的切削加工 切削热来自于三个方面 切屑底层金属的摩擦挤压变形热 切削层金属的剪切变形热和己加工表面上的摩擦挤压变形热 据此将切屑区划分为三部分 剪切区 第1变形区 温度场 刀 屑接触区 第2变形区 温度场和刀 工接触区 第3变形区 温度场 切削热在切削过程中的大致分为 1 大约80 的热量是切屑变形产生的 2 18 的热量产生在切屑和刀具的接触面上 第2变形区 3 2 产生在刀刃上 产生的热量有三种耗散渠道 1 大约95 以上由切屑带走 2 2 留在工件上 3 3 由刀具散热 因此从以上的数据来分析可知 切削热主要来自第1变形区的剪切热和第2变形区的摩擦热 碳纤维 刀具钻削碳纤维复合材料研究 碳纤维复合材料钻削过程中 钻削轴向力是制孔过程中最重要的参数之一 是引起孔壁分层 孔出入口毛刺和撕裂的主要原因 钻削碳纤维复合材料过程中 无论是硬质合金刀具还是焊接 刀具 钻削轴向力随着进给速度的增大而增大 随着主轴转速的增加而减小 而且进给速度对钻削轴向力的影响要远大于主轴转速对钻削轴向力的影响 这就决定了碳纤维复合材料高质量钻削制孔通常要采用高主轴转速 小进给速度 和 刀具后刀面切削刃磨损比较 在相同刀具使用寿命下 即在钻完第 个孔后 对两种刀具的后刀面切削刃磨损量进行观测比较 分析发现 在主轴转速为 进给速度为 的条件下 普通硬质合金刀具的切削刃磨损严重 后刀面磨损量达到了 超过了工业上刀具的磨钝标准 而焊接 刀具后刀面切削刃磨损量仅为 切削刃仍比较锋利 切削轻快 制孔刀具在加工碳纤维复合材料中的优点明显优于硬质合金刀具 刀具具有硬度高 导热性好 耐磨性强等优点 无论在加工质量 加工效率和刀具寿命等方面都体现出其巨大的优越性 电镀超硬磨料钻磨刀具 电镀金刚石钻磨刀具钻孔的实质为以磨代钻 钻削过程中每一个金刚石磨粒的运动轨迹是螺旋线 钻头上主切削部分的金刚石颗粒对碳纤维进行切削 这些磨粒大多数是负前角 一个具有很大负前角的切削刃以很高的速度切入复合材料表面 磨粒切削刃和纤维之间产生摩擦 挤压作用 并且克服纤维和石英基体的弹性变形的阻力而形成切屑 此过程中 钻头卜的磨粒与纤维间产牛的作用力与反作用力就是钻削过程中的切削力 可转位刀片三维断屑槽的研究及设计 影响切屑折断的主要因素影响切屑折断的主要因素 包括切削用量 刀具角度 断屑槽几何参数和工件材料性能等 断屑槽几何参数对断屑的影响 棱带宽度br1的影响 主切削刃上槽宽Wn的影响刀尖角平分线上槽宽Wo的影响断屑槽深度H的影响刃口高度h的影响宽深比 Wn H 的影响反屑面角度 的影响槽型斜角T的影响 断屑槽的作用 1 控制切屑的流向 卷曲和折断一个良好的断屑槽应能较好的控制切屑的流向和卷曲 使切屑折断成容易处理的CC 形 9 字形 这是断屑槽最基本的也是最重要的功能 2 降低切削力 减少功率损耗断屑槽通过刀片切削刃的有效前角作用达到这一目的 3 减少刀具的磨损 增加刀具的耐用度和可靠性断屑槽的几何形状会影响刀具的损坏模式 合理的槽型可以防止或延迟前刀面月牙洼的产生 使得刀具的损坏模式从很难预测的破损型转变为较易监测的磨损型 4 提高加工工件的表面质量良好的槽型可以控制切