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在高速端铣切削中切屑形成的调查,高速,切削,切屑,形成,构成,调查
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在高速端铣切削中切屑形成的调查 作者 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 高速加工中心不加切削液的情况以 10 30 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 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 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； . 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、刀具寿命是非常重要。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屑。这是因为切屑形成和裂断方面在加工中是非常重要的。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。 而且提出相关的其它类型的循环和无循环的切屑。 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。 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 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，在很多的切削过中，圆柱形切屑在高速切屑中形成。切屑形成 机理已经重新更新，同样，被 于这一个主题已经被 版。 述这种在高速切削中，把基本的切屑机理叫做 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 系统是绝热的，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 : (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 于这一项研究的机械条件是是 :变细长速度， 1030每分 ; 轴向切断深度从 化到 米 ; 而且补给率是在 米 /齿的范围中。 测试材料是 度 且它的化学成分是 : C: W: 铣刀是一个 12 毫米固体碳化物和 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 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 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 波器检测。 所有的切削在干的情况下进行。 切屑的 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切削的切屑混入。 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: 具决定性的切屑型 4: 严格的切屑。第一型是稳定的加工的产品。 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。 1 切屑形成 图 1 A 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 1 A ，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 2 B 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 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，图 2 B 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。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 建议。 在图 2B,所以区域 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 域 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 稳定的切断一个齿接触期间 ,时期 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 2 A 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 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。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 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 1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有磨擦。当 1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，被氧化的范围以由一个较高的温度所引起的。 在切屑面和倾斜面之间的磨擦是无关重 要的。 从 图 5)，没有涂料 (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是微小的。 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中被发现。但是它在球面端铣是可疑的。 “ 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 1 A ，没有如此的现象被观察。 如此得出一般结论 :”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。 型 11 切屑形成 图 7 A 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，发现是被刺激自身的振动叫做型 因为型 2切屑是有特点的，振动作记号。 (如图 7 B 的圈 )在实验中，当出现不同寻常的时候 ,这将产生一个不平顺表面粗度，而且加工面将会有凹坑。 切屑是一个以几何学相关的问题，符合削减分割如图 8 所示。 在图 7 B 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，表面显示黑暗的。 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 振动完全发生时 ,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 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 ,它将会再一次恢复到工件表面并且重复过程。如图 9 表示的实线运动。 实线以代表切削场所区域 刃口将会跳跃离表面一阵子。在被观察一个齿接触的时期 ,复合式的切屑被生产 ,在稳定的切削中，一个切屑被生产。 产生一个比稳定的切屑的时候，对于刃口只需要经过一个非常小的角旋转，切削过程时间短许多。 这是一种完全被发生的振动 ,叫做型一振动。振动的方向是在轴向，以刃口联接刀具为中心。基于事实，切屑是同一的形态，并且按规定尺寸制作，而且振动也均匀地被生产 , 振动被期望是一常数振幅和时期。广为人知那一个振动是一种任意的振动。 这里在于振动方向的持续变化。这是对于 分段 切屑形成的现象处理。 这种切屑形成再一次被发现不恰当对断热的剪切。明显的刃口运动引起分割。 型 111 切屑形成 当型 2不稳定切削的时候，型 3切屑不完全地分割，叫做决定性的切屑 ,代表型 10乎完全对称 ,像一个正弦波。在切屑形成的这一型 1中，只有一个切屑是在稳定的切断中同样地生产，在一个单一切削过程中，刀齿接触时期，它是不像是 完全切削 由于有一些楔。振动标志也不同于图 10 这种切屑形成对于其它的也被注意在切削 ,从型一 振动和稳定的切断分别可以看出，这些特性成为型 3 切屑的形成因素 ,也就是型 型 3 切屑组成或多或少连接了机械要素。因此，它通常起因于智能迟滞的层高度一个周期变动 ,但是非常少有通往交互区剪切屑的变形。随同成形的切屑厚度不同 (切断深度 )，斜角度和间隙角的循环变化。加工过程中刃口运动在切削的程序中，这样产生上述的这些变化。 工件二类型的不安定性 (材料上升温暖气流不安定性和 部份的切屑形成方面依次不在这一个切屑的形成方面扮演重要角色。在球面端铣过程中 ,由于流 动的高速，相当多的热能发散，而且由于低的热变形，沿着滑动摩擦 (破裂 ) 表面造成热的软化处理和相当多的表面质量。 有趣是发现在切屑的这二个类型之间，振动在表面精度上被留下的标志建议 型 严格。 图 11和 12提供型 图 11中，实线为以刀具运动的场所不交叉稳定的切削 , 意谓刀具总是接触在 - 削削的区域。在型 口发生了关于型一的一个相似的模型振动，而且它通常在一个 具有决定性的 切断的深度发生 , 超过这一振动将会完全地发生，而且一个型 2 切屑将会被生产。在这 个切削的深度，表示刃口强烈趋向，但是振动不完全地发生。当刀具旋转的时候，刃口也在振动。振幅是比那一个振动小。见图 12的实线，不以 线交叉 ,刀具不完全地离工件 ,这是切屑为什么不完全分开的原因。 4 切削形成 在图 13 A 中被显示的切屑在加一个远的切削深度，超过被获得最大的稳定切削深度。它被定义为一个严格的切屑过程。形状像稳定已经被水平扩大的切屑。这意味着没有切屑卷曲程序。在这里明显的压缩标志在切屑表面上被观察 , 来自刃口 (图 14)的运动。因为高切屑负载和有限制的旋转轴向 力 ,刃口处在低振动和小振幅，切屑被远离工件 ,在受剪切小的地方，行程的切屑变成平面状。 在这一个切屑形成程序中，只有一个切屑被生产在一个单一刀齿接触时期。 切屑接触面积是相同的，如稳定的切断 ,如图 15中所显示。 振动标志是键入的一种振动。它比型 动标志被刀具侧面接触 ,磨擦形成切屑表面。这定义为型 切削条件的效果 切削的深度在程序安全性方面一个占优势的效果 , 如 9 计划 ,而且决定这一项研究的切屑形 成。在这里对于一个特定的刀具工件的结合存在一个 安全性圆形突出部 。 在机械加工期间，变更速度，或发现一个最适宜的速度是避免振动的最常用的方法 ,这也在目前被证实的实验。各种不同的方法已经被许多研究员实验过。在变更旋转轴向速度的一些例子和补给率中可以增加最大的切削深度。以一个特定的旋转轴向速度，通常发现，一个比较大切削深度被加一个较高的补给率获得。 结果，切屑形成是从改良的和需要稳定的切屑被获得。 为了要充分利用高速铣 ,切削的策略一定要最佳化。在这一个实验中，刀具保持与工件垂直 ,如此，最大 的切削速率没有被达到 ,而且使用下铣或上铣没有差别。也就是刀具在一个特定的速度倾斜到工件。在刃口最大的速度被达成，而且正常向下的铣可能产生比较好的表面精度和比较长的刀具寿命。 为了要说明在机械加工期间发生的现象，在切屑形成区中温度是决定性的。 既然在形成区中测量温度是不可能的，只有通过切屑被发生的在区附近的区域温度测量。在铣中情形是更复杂的 ,因为当在补给方向中移动的时候，刀具正在旋转 , 因此在这由检查切屑的颜色预测温度。某一类型的切屑颜色在实验中被发现，他们在表 1中 被显示。 2 中被显示的彩色图比较 ,从一般调查，在实验中遇到最高的温度是大约 10000 C。对于不同的切屑颜色，切断的温度是不同的。清楚的切削过程安全性，危险也会或多或少会发生。对于淡褐色彩色切屑，缺乏颜色是由于在切屑和刀具之间接触太紧密。 在研究中被发现以愈比较高的切削速率和补给率 , 切屑的颜比较黑暗 , 这意谓氧化铅含量比较高的范围。 温度单调地以切削速率和切削的增大深度上升。结果如表 3和 4中被显示。这否认 s 做出的判断： 高速球面端 铣切削的温度将会在特定上面的一个割削速率减少的 。这建议，最适宜的切削速率不是最高的允许速度，因为温度也将会增加 ,因此影响表面精度。不同的切屑颜色发生在全速度被用的范围。 对于一个特定类型的切屑形状 ,没有一种特别的切屑颜色 , 意谓这种切屑形可能在不同的温度之下被发生。举例来说，一个完全类型的切屑在褐色，蓝的和绿色的颜色中被发现。因此这一个结论错误的，它是切削过程动力学和决定切屑的材料所决定。 一种判断振动的方法 从上面所做的分析，我们能推断出，从切屑的分析是判断切削稳定性的一个可靠的方 法。当一个稳定类型的切屑被获得的时候 ,切削的过程是稳定。当严不稳定的切屑被遇到的时候 ,总是有振动。 对于具决定性类型的切屑，决定具决定性的切削状态是非常有用的。当这种的切屑出现的时候 ,最重要的是知道最大的稳定切削深度。关于表面精度 ,总是有些小的振动标志，因为振动不能完全避免振动标志同样地在型和型 5. 结论 407(美国钢铁学会 高速球面端铣已经被演示，使用 列的结论能从研究得出 : 即振动、稳定性和严格 类型的切屑 ,以 每分的旋转轴向速度范围观察。不同切屑形成的机理发现是在不同的切削状态之下刃口的运动。发现振动与切屑中存在的关系。因此稳定过程与切屑形成之间的关系被确定。 2. 高速球面端铣振动三个类型被发现而且定义 ,即型，它们由不同的分割区域和切削运动相区分。 3. 占优势的刀具磨损机理被发现是典型的侧面磨损。 连同切屑生产 ,稳定过程可能是被改良的。如此的手法当做变更旋转轴向速度而且增加补给率已经被证明效果的在实验中。 5. 机械加工过程温度以切削速率和切 削深度的增大增加。 6. 切削热的理论连同铣削动力学的考虑，一起以高的割削速率被检测 ,振动和材料在对切屑形成也产生大的影响。切屑的 析表示 绝热修剪 不在高速端铣的切屑形成方面发生。 7. 为比较好的利用 削刀具的设计和切削条件采用，应该能够提供令人想要的切屑形式。由于动态的服从不是唯一的，所以一台给定的机器没有一个唯一的稳定性操作方案，这给选择合理的切削条件带来很大的困难。从本文的研究和切屑分析，和提供的一些简单有效率的方法可以确定机器的切削参数。 11199102105104115101109787782898778111491011099997117101116100971091057211811910498100105116114111102105104115981011096510110510498991051161151011169910967109115721041167210510911197 115109991171009711511511411149701161161119997116116111991049810110511611573111999711198117111838469109105117116971161059811699101971169910511611266111116174111116115116991021091049811210511611284108111991021161161161119910510511610111611498116991029711699986511610611211511111699104981159811111617411111610173104979811611611511699961151001101111059910210510411598101109506983666511411466101109671021096772115109651157310911411411997 10011197119991041158411810911211911611211517411997971161099710997981031161161021118410598116991029798105118105109801191151741199797116108999899989910511699102112104115109119117999911511411910498100105116991021161009710210983911129711611199971109
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