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拋光設備刀具切削過程及過程中產生的物理現象有那些

發布時間:2022-12-16發布人: 豫磨精飾


一、拋光設備刀具切削過程

1、拋光設備刀具切削過程的實質

切削過程就是利用刀具從工件上切下切屑的過程,也就是切屑形成的過程。金屬切削過程不同于生活中切菜時的剪切過程,也不同于劈柴時的楔脹這程,而是一種擠壓變形過程。

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在圖1-25中,圖(a)為塑性金屬受擠壓時,在與作用力大致成45°方向上剪應力***大。當剪應力達到材料的屈服強度極限時,金屬即沿著剪切面AD,BC發生剪切滑移而破壞。圖(b)為金屬偏擠壓,由于壓頭下方金屬較厚,阻力大,因而被擠壓的一層金屬只能沿C剪切面向上剪切滑移破壞。圖(c)為金屬切削,刀具實際就是偏擠壓的壓頭,只不過是形狀略為修改而已。由此可見,金屬的切削過程的實質是擠壓過程。

切屑的具體形成過程如圖1-26所示。切削塑性金屬時,當工件受到刀具的擠壓后,切層金屬在OA始滑移面以左發生彈性變形,在AOM區域內產生塑性變形,在OM終滑移面上應力和塑性變形達到***大值,切削層金屬被擠裂而破壞。越過OM面,切削層金屬即被切離工件母體,沿刀具前刀面流出而形成切屑。這是一個動態過程,隨著刀具不斷向前運動,AOM區域也不斷前移,切屑源源不新流出,切削層各點金屬均要經歷彈性變形、塑性變形、擠裂和切離的過程。由此可見,塑性金屬的切削過程是一個擠壓變形切離過程,經歷了彈性變形、塑性變形、擠裂和切離四個階段。

2、拋光設備切削變形區

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切削塑性金屬時有三個變形區,見圖1-26。AOM區域為第1變形區,又稱基本變形區。該區域是切削層金屬產生剪切滑移和大量塑性變形的區域,切削過程中的切削力、切削熱主要來自這個區域,機床提供的大部分能量也主要消耗在這個區域。

OE區域為第2變形區,是切屑與前刀面間的摩擦變形區,該區域的狀況對積屑瘤的形成和刀具前刀面磨損有直接影響。

OF區域為第3變形區,是工件已加工表面與刀具后刀面間的摩擦變形區。該區域的狀況對工件表面的變形強化和殘余應力以及刀具后刀面的磨損有很大影響。


二、拋光設備刀具切削過程中的物理現象

1、總切削力

總切削力是切削刀具對工件的作用力。它的大小影響切削熱的多少,并進而影響刀具的磨損和壽命以及工件加工精度和表面質量。

總切削力來源于三個變形區,具體來源于兩方面:一是克服切削層金屬彈、塑變形抗力所需要的力;二是克服摩擦阻力所需要的力。由刀具作用在工件上這兩方面的合力F即為總切削力,如圖127所示。圖中F2表示前刀面上克服的阻力,Fn表示后刀面上克服的阻力。三個相互垂直的分力,如圖128所示。

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切削力是總切削力在主運動方向上的正投影。其數值大小一般是三個分力中***大的,消耗動力***多,占機床總功率的95%~99%。

進給力是總切削力在進給運動方向上的正投影。它一般只消耗機床總功率5%~1%。

背向力是總切削力在垂直于工作平面上的分力。它不消耗機床功率,這是因為它在運動速度方向上的正投影為零,不做功。此力作用在由機床、夾具、工件、刀具組成的工藝系統中剛度***薄弱的方向上,容易引起振動,對切削加工十分不利,影響加工精度。

切削力是切削加工中不可避免的抗力,它對切削加工產生不利影響,因此在切削加工中應盡量減小切削力。減小切削力的主要措施有增大前角和減小背吃刀量等。

2、切削熱

切削熱是切削過程中因變形和摩擦而產生的熱量,來源于1,2,3三個變形區,如圖1-29所示。切削熱產生后,經切屑、刀具、工件和周圍介質四條途徑傳散。在不施加切削液的條件下,一般切屑傳散***多,刀具次之,工件再次之,周圍介質***少,如圖1-30所示。

切削熱對切削加工也十分不利:它傳入工件,使工件溫度升高,產生熱變形,影響加工精度:傳入刀具,使刀具溫度升高,加劇刀具磨損,甚至使刀具喪失切削能力。要減小切削熱的不利影響,就要減少切削熱的產生,改善散熱條件,其主要措施有合理選擇切削用量(尤其是切速)和刀具角度,合理施加切削液等。

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3、積屑瘤

所謂積屑瘤,是以中等切削速度切削塑性金屬時,常在拋光機刀尖附近長出一個“瘤”"狀的硬質金屬塊,如圖1-31所示,積屑瘤是第1變形區在特定條件下金屬摩擦變形的產物,所謂特定

條件,其一是切削塑性金屬。這是因為切削脆性材料形成的是崩碎切屑,不與前刀面產生劇烈摩擦,因而不產生積屑瘤。其是中等切削速度切削,這是因為低速和高速,切屑底層與前刀面的摩擦系數較小,一般不生積屑瘤,在積屑瘤形成過程中,積屑瘤不斯長高,長到一定的高度后因天能承受切削力而破碎脫落,隨后又不斷長高,因此積屑瘤的形成是一個時生時滅周而復始的動態過程。

積屑瘤對切削加工的影響既有利也有弊。有利的一面是:積屑瘤附著在刀尖上,代替刀刃切削,對刀刃有一定的保護作用:積屑瘤使實際工作前角加大,切削變得輕快。不利的一面

是:積屑瘤時生時滅,使背吃刀量。不新變化,影響工件的尺寸精度:積屑瘤在工件已加工表面上刻畫出不均勻的溝痕,影響表面粗糙度。因此,粗加工可利用積屑瘤保護刀尖,故常采用中等切速粗加工;精加工應避免積屑瘤,以保證如工質量,故常采用高速或低速精加工。

4、表面變形強化和殘余應力

表面變形強化 切削塑性金屬時,工件已加工表面表層的硬度明顯提高而塑性下降的現象稱為表面變形強化。從前述圖1-26中可見,切削塑性金屬時,第1、2變形區均擴表到切削層以下,使即將成為已加工表面的表層金屬產生一定的塑性變形。又如圖132所示,刀具的刃口不可能絕對鋒利,總有一段半徑為,的刀尖圓弧,導致切削層與工件母體的分離點O不在刃口圓弧的***低點,而有一層厚度為△H的金屬層留下來,經過O點以下刃口弧面的擠壓變形后成為已加工表面,△H減薄到△h。減尊的原因是因為刀具擠壓變形后,金屬塑性變形部分不能恢復,恢復的只是彈性變形部分。塑性變形愈大,表面變形強化愈嚴重。

表面變形強化可提高零件的耐磨性和疲勞強度。但變形強化也會加刷刀具磨損,給某些后續工序(如刮削)帶來不便。在切削加工中,可通過控制零件表層金屬塑性變形的大小,適當控制表面變形強化的程度。

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殘余應力 殘余應力是指在外力消失后,殘存在物體內部而總體又保持平衡的內應力。在切制過程中,因金屬的塑性變形以及切削力、切制熱等因素的綜合作用下,在已加工表面的表層內產生一定的殘余應力。表面殘余應力往往與變形強化同時出現。在一般情況下,殘余應力的存在是不利的,引起工件變形,影響加工精度的穩定性。因此,在切削加工過程中,應盡量減小殘余應力。凡能減小金屬塑性變形和降低切削力、切削溫度的方法,均可使已加工表面表層殘余應力減小。


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