高速切削切削區(qū)的材料變形

　　刀具與工件間有相對運動，通過切削刃與刀面的作用切除工件材料的余量。

圖1鏨子切除工件上的余量

　　如圖1所示，切削刃起“切”和“割”的作用，刀面起“推擠”作用。

　　“切”――工件相對于切削刃無運動分量。

　　“割”――工件相對于切削刃有運動分量。

　　“擠”――主要是前刀面的推擠，后刀面也有一定的擠壓。

　　切除余量，是以上三者綜合作用的結果。由于被切材料的強度高，刀具有較大的楔角，不可能很薄�！巴茢D”作用消耗的能量份額很大;而“切”、“割”起著分離被切材料、形成加工表面的重要作用。

圖2 四個變形區(qū)

　　如圖2所示，1為基本變形區(qū);2為前刀面摩擦變形區(qū);3為后刀面摩擦變形區(qū);4為刃前變形區(qū)。1區(qū)和2區(qū)消耗動力的主要部分，而3區(qū)和4區(qū)則對形成加工表面起著重要作用。

　　如果切削刃鋒利，則4區(qū)很小;如刀具后角大，則3區(qū)也較小。

　　1區(qū)是主要的變形區(qū)。如切削速度高，則1區(qū)變得很窄，幾乎成為一個面(如圖4所示的一條線)，稱為剪切面。剪切面的方向與切削速度的方面之間的夾角是前切角Φ。

圖3 剪切面與變形系數(shù)

　　剪切角φ的大約數(shù)值可用以下公式計算：

　　M.E.Merchant(麥錢特)公式

　　Φ=π/4-β/2+γo/2

　　Lee and Shaffer(李和謝弗)公式

　　Φ=π/4-β+γo

　　式中，β為前刀面與切屑間的摩擦角，γo為前角。

　　當切削速度提得很高后，則被切材料來不及充分變形，剪切角Φ加大，變形量減小，從而切削力也減小。切削速度提高后，前、后刀面與切屑、工件間的摩擦系數(shù)減小，也有利于切削力減小。

　　有一個衡量材料變形的簡易方法，即通過測量計算出“變形系數(shù)”。過去叫過“收縮系數(shù)”，二者是一回事。

　　如圖3所示，被切削層的原長度為lc，形成切屑后的長度為lch,則變形系數(shù)Λh=lc/ lch

　　在切削過程中，被切削層材料變?yōu)榍行�，是�?jīng)過剪切滑移。根據(jù)材料力學的原理，用剪切應變量來衡量材料的變形程度是更為科學的。剪切應變ε與變形系數(shù)之間有一定關系，經(jīng)推算，

　　ε=ΔS/Δy=cosγ0/[sinφ?cos(φ-γ0)]

　　=ctgφ+tg(φ-γ0)

　　=(Λh2-2Λh?sinγ0+1)/(Λh?cosγ0)

　　式中，γo為刀具前角。

　　Λh和ε增大，則表示材料變形大;反之亦然。

　　顯然，高速切削時，Λh和ε都減小，切削力下降。

　　某大學進行了45鋼和鋁合金5A02高速銑削的變形系數(shù)試驗，刀具為φ20mm的硬質(zhì)合金立銑刀，切削ap=0.5～1mm，進給量為fz=0.05～0.15mm/z，切削速度v=251～1256m/min。試驗結果如圖5和圖6。

圖4高速切削45鋼的變形系數(shù)

圖5高速切削鋁合金5A02的變形系數(shù)

　　由圖可見，當切削速度提高時，變形系數(shù)顯著下降。