威尼斯手机版所网站-威尼斯最新网址

封包机厂家
免费服务热线

Free service

hotline

010-00000000
封包机厂家
热门搜索:

切屑形成的基本理论与屑形控制-【资讯】扣件

发布时间:2021-04-20 12:46:05 阅读:次 来源:封包机厂家

切屑形成的基本理论与屑形控制

由于金属切削过程是在高温、高压、高速下进行,因此切屑的形成机理相当复杂。为了在切削加工中有效控制屑形,提高加工效率,改善加工表面质量,有必要对金属切削过程的一些基本理论进行深入研究和探讨。

2 滑移与滑移线

机械制造是利用金属塑性变形机理,采取滚压、轧制、冷拔或切削加工等方法,使零件达到要求的形状和尺寸。根据金属塑性变形理论可知,金属产生塑性变形的基本机理是滑移,即清移是金属最主要的塑性变形方式。

金属的滑移仅在剪应力作用下才能发生,即当剪应力t达到金属材料的剪切强度极限ts时,便会产生塑性变形。在平面变形条件下,多晶体金属中的滑移是沿最大剪应力方向发生的,即滑移带与最大剪应力迹线相重合。假设在连续应力场内最大剪应力迹线是无限密集的,则沿最大剪应力方向不断由一点到与其无限接近的另一点,即可在变形平面上绘出两组相互正交的曲线,从而形成由切屑形成过程中第一变形区内部分滑移线与流线组成的格子。

滑移线的微分方程为

第一组滑移线: dy/dx=tanw

第二组滑移线: dy/dx =-tanw

图2 滑移线和最大剪应力迹线

图2 与滑移线相切的直角坐标系

第一、第二滑移线的参变量分别用a和b代替。选取滑移线oa、ob为两曲线坐标轴,用坐标轴的曲线坐标表示平面上p点的位置。这样,在曲线坐标网的任一a线上坐标b等于常值;在任一b线上坐标a等于常值。因此,在无限接近p点处,坐标曲线a和b与选取的直角坐标轴相重合,因此可认为

dx=dsa,dy=dsb

式中,dsa和dsb分别为曲线a和b的弧长微分。因此有

由于直角坐标轴与滑移线相切,因此对于a而言,w=2。由于沿曲线a和b的角度w是不断变化的,因此偏导数不等于零,从而使切屑在形成过程中产生变形和卷曲。

图3 两滑移线间的滑移线转角

图4 切屑中的应力

2 切屑的变形和卷曲

根据滑移线性质的汉基定理可知,滑移线a2与a2、b2与b2是无限接近的。b2线在 p点与f点的法线的交点O2 为b2线在p点的曲率中心;b2线在e点与 d点的法线的交点 O2 为b2线在 e点的曲率中心。在图3中,wpf=wed,wpe=wfd。b2线在p点的曲率半径等于b2线在e点的曲率半径加上滑移线a2由 e点与p点的弧长增量Δs。由于弧长pf>ed,从而使切屑发生变形。同理,由于弧长pe>fd,切屑必然发生卷曲。

在图4中,用一个剪切面oM代替第一变形区,如果用点流动到剪切面上的p点,第二滑移线与第一滑移线在p点的切线垂直,即剪应力t与平行于第一滑移线在p点的切线的正应力s形成直角。在坐标系xpy内,p为原点,OM即为第二滑移线的切线,X轴即为s和t的合力方向,并与t成45°的夹角,与第一滑移线在p点的切线的夹角为p/4。由于s和t的夹角为p/2。+s和-s形成一个力矩,使切屑以p为轴发生卷曲。

此外,随着切屑在前刀面上流动,其底层受到挤压,晶粒被拉长,造成切屑底部膨胀,促使切屑进一步弯曲变形,引起切屑卷曲。

3 切屑屑形及其控制

金属材料的性能不同,其滑移性质也不相同,即使在相同条件下进行切削,所得切屑的类型、尺寸也不相同。

对于多晶体的塑性金属,切应力与作用于滑移线上的正应力的大小和方向无关,引起滑移面切变的原子移动是依次发生的,因此在切削塑性金属时容易得到连续状切屑。低塑性金属的切应力与正应力的大小和方向有关,容易产生刚性滑移,它与塑性金属发生的位错式滑移明显不同,由原子层组成的原子群在滑移面上相对于另一些材料层同时滑动,随着滑移的产生,滑移带的不完整性破坏增大,结果将导致宏观完整性破坏。因此,切削脆性金属时,容易因机械滑移而得到崩碎切屑。

切削塑性金属时,断屑是需要解决的主要矛盾。为有利于断屑,应尽可能增大切屑的基本变形和附加变形。如以较高切削速度切削碳钢或合金钢时,为得到螺旋卷屑、长紧卷屑或C形切屑,车刀应采用外斜式卷屑槽,刀具合理几何参数范围:t=5°-25°,h=2.5-2.5mm,s=65°-82°;k值由背吃刀量则和进给量f决定,当 ap=2.4=22mm、f=2.25-2mm/r时,k=2.5-7mm。文献[2]、[7]等给出了这方面的一些参考数据,但文献中给出的切削用量、刀具几何参数以及附加断屑台结构、尺寸等与切削用量相匹配的数据多是在特定试验条件下得出的,如工件材料性质或切削条件改变,刀具几何参数、断屑台尺寸等也需通过试验重新确定。

切削灰铸铁等脆性金属时,如何得到连续屑形也是一大难题。脆性金属的切削过程如图6所示。当刀具刚切入工件时,被切削金属层首先发生弹性变形;随即切屑在切削刃部开始产生裂口 ;刃前裂口以每秒上千米的速度发生失稳扩展,使被切削金属层产生不同方向的裂纹;裂纹贯穿整个切削厚度,形成不规则的崩碎切屑。

加工HT222材料时,刀具前角和切削速度对切屑长度的影响如图7所示。当切削速度v >2.5m/s,刀具前角γ2<=32°时,由于切削温度较高,切屑呈暗红色被“挤”出,虽然可得到硬度较高的连续形切屑,但在此切削条件下切削力太大,切削温度过高,不适用于实际生产。选取较大的刀具前角虽可减小切屑变形,但在较高切削速度下,因切屑与前刀面接触长度减小,使切屑长度也缩短。此外,前角过大可能引起“自动切入”现象。在实际加工中,刀具前角取值一般在=22°-25°之间为宜。

图5 车刀几何参数示意图

图6 脆性金用切削过程示意图

2:v=2.484m/s 2:v=2.545m/s 3:v=2.547m/s

试件材料:HT222,ac=2.2424mm,aw=5.66mm

图7 刀具前角和切削速度对切屑长度的影响

图8 织构现象形成的切屑横截面形状

4 切屑形成过程中的声响与织构现象

在金属切削过程中,如将机床、电机等发出的其它噪声排除在外,在塑性金属切屑的形成过程中可听到“咯吱、咯吱”的声响;在脆性金属切屑的形成过程中则可听到“咯酥、咯酥”的声响。根据金属学原理可知,点阵过渡到新的位置几乎是瞬时完成的,因此发出的声响并不是单纯的平直音。金属切削过程中原子键被破坏而引起的原子位置改变如晶粒破碎、晶格扭曲等会发出爆裂声,这就为确定切削过程是否正常提供了一个判别条件。

金属材料切削变形时,不仅切屑和已加工表面中的晶粒被拉长或破碎,而且各晶粒的晶格位向也会沿变形方向同时发生转动,使金属材料组织出现织构现象,由此形成的切屑横截面形状如图8所示。已加工表面的织构现象对加工表面质量不利。由于切屑变形越大,织构现象越严重,因此精加工时应采用可减小切屑变形的切削条件,如高速切削、选取较大刀具前角和较小切削厚度、提高刃磨质量、使用润滑性能好的切削液、通过热处理工艺降低工件材料塑性等。

电动阀门企业

蒸汽减压阀

弹性座封闸阀

威尼斯手机版所网站|威尼斯最新网址

XML 地图 | Sitemap 地图