1、PDF外文：http:/ 6985 字 出处： Ning Y, Rahman M, Wong Y S. Investigation of chip formation in high speed end millingJ. Journal of Materials Processing Technology, 2001, 113(1): 360-367. 在 高速 端铣切削中切屑 形成的调查 作者 Yuan Ning,M.Rhman,Y.S.Wong 摘 要 端 面 球形 铣刀广泛地用于金属模
2、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 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 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
3、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 "绝热剪切 " 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； 绝热剪切 1. 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
4、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
5、 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
6、续 切屑 形成 机理 的举世闻名模型 短 时间 之后 , 一些作者 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 " adiabatic shear"。 在一个变形 过程中，塑性变
7、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
8、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 Makino V-55 上被引导。用于这一项研究的 机械条件是 是 : 变细长速度， 1030 k 的转 /每分 ； 轴向 切断深度从 0.
9、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
10、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
11、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 1 A
12、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
13、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 -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 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。 如此 一
14、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 2 B,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
15、。 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
