張楷強(qiáng) 許廣朔 張洪瑋

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高速切削技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，主要應(yīng)用于航空制造、發(fā)電裝備等行業(yè)零件的生產(chǎn)制造中，具有降低加工成本的特點(diǎn)。為此，分析高速切削過程工件表面形成機(jī)理，從而對高速切削加工過程有一定的了解。

關(guān)鍵詞：高速切削技術(shù);工件表面;形成機(jī)理

隨著高速切削技術(shù)在各種材料生產(chǎn)制造中的廣泛應(yīng)用，對高速切削加工技術(shù)引起了高度關(guān)注，與普通切削速度下的切削形態(tài)為帶狀切削相比，高度切削條件下的切削形態(tài)有很大不同，典型的形態(tài)為鋸齒形，其形成過程與形成機(jī)理是與帶狀切削是有很大不同的。基于此，分析高速切削過程工件表面形成機(jī)理具有十分重要的意義。

1.高速切削條件下的鋸齒形切削形成過程

鋸齒形切削形成的基本過程主要分為切削鋸齒分節(jié)在前刀面的擠壓變形階段和集中剪切帶階段兩個方面，由于切削擠壓變形階段伴隨著集中剪切變形的發(fā)生，而集中剪切變形主要起源于主剪切面的刀尖前端，隨著刀具的進(jìn)一步前進(jìn)，主剪切面的自由表面端將會為產(chǎn)生另一個集中變形點(diǎn)，通過兩個集中變形點(diǎn)的相向擴(kuò)展，將形成整個集中剪切帶。為此，基于高速切削形成過程的研究，首先必須對鋸齒形切屑根本的獲取進(jìn)行研究，采用快速落刀法，確保切削過程中的加速度與工件速度保持一致，保留切削根部。雖然該方法方便切削過程的控制，但投入成本較高，容易受刀體質(zhì)量的影響?；诖耍瑢η邢餍纬蛇^程的研究，采用Buda法，其是一種免除使用輔助裝置的切屑根部獲取方法。如圖1所示[1]，表示Buda法獲取切削根部的工作原理。首先需要在薄壁工件上開細(xì)槽，當(dāng)細(xì)槽開設(shè)結(jié)束后，又需要在細(xì)槽里端開圓孔，采用逆銑方式進(jìn)行工件切削，確保主軸回轉(zhuǎn)中心連接在工作圓孔中心。由于Buda法獲取切削根部的前期準(zhǔn)備過程較簡單，并且成本也較低，能在高切削速度下完成切屑根部的獲取。因此，科學(xué)合理選擇切削方式，以保證切削過程的安全性和切削質(zhì)量。

圖1??Buda法獲取切削根部的工作原理

為此，對于鋸齒形切屑形成過程中的分析，可以從切削鋸齒分節(jié)在前刀面的擠壓變形階段形成后的狀態(tài)開始，隨著刀具的進(jìn)一步前進(jìn)，首先楔形工件的材料的尖端與刀具接觸，由于受壓應(yīng)力的影響，尖端工件材料將會發(fā)生擠壓變形，在這個過程中，雖然剪切面存在有剪切力，但產(chǎn)生的剪切力較小，難以在整個主剪切面形成塑性剪切變形，而隨著擠壓變形的繼續(xù)進(jìn)行，前刀面將會產(chǎn)生越來越多的切削層材料，同時也將積累更多切屑分節(jié)的壓力，導(dǎo)致剪切面產(chǎn)生的剪切力越來越大。當(dāng)前刀面的切削層材料積累到一定程度時，沿整個主剪切面的塑性滑移開始，鋸齒分節(jié)的剪切力積累將隨之停止。當(dāng)剪切滑移開始后，受絕熱剪切的作用，剪切面上的剪切抗力將逐漸降低，造成剪切滑移繼續(xù)進(jìn)行而形成集中剪切帶，最終后續(xù)的工件材料將以楔形的狀態(tài)再次進(jìn)入剪切區(qū)，周而復(fù)始，工件表面將不斷產(chǎn)生新的鋸齒分節(jié)[2]。

2.高速切削鋸齒形切削形成的機(jī)理

針對高速切削鋸齒切削形成過程的研究，有相關(guān)學(xué)者對鋸齒形切削過程中形成的集中剪切帶的啟動和擴(kuò)展進(jìn)行了相關(guān)研究。為此，對于高速切削鋸齒形切削形成機(jī)理，應(yīng)重點(diǎn)研究切屑轉(zhuǎn)變的力學(xué)條件，即切屑有帶狀向鋸齒形轉(zhuǎn)變的力學(xué)條件。在切削加工時，從工件材料由剪切去進(jìn)入直到離開剪切區(qū)時，其所經(jīng)歷的應(yīng)變條件是有限的。將形成帶狀切削時形成的剪切區(qū)材料的最大應(yīng)變記做，當(dāng)切削層材料在擠壓變形階段時，若剪切區(qū)材料不滿足最大應(yīng)變值的要求，則不能形成的帶狀切屑時;反之，在滿足條件的情況下，則形成鋸齒形切屑。形成鋸齒形切屑的力學(xué)條件表達(dá)式為：。在切削條件下，鋸齒形切屑形成的力學(xué)如圖2所示[3]。

圖2??鋸齒形切削形成的力學(xué)條件

當(dāng)較高切削速度下切削層中任意一點(diǎn)流經(jīng)第一變形區(qū)時，在滿足小于最大應(yīng)變力的情況下，剪切力應(yīng)力的變化經(jīng)呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，如曲線2所示。而曲線1是較低切削速度小切削層中任意一點(diǎn)流經(jīng)第一變形區(qū)時的應(yīng)力變化曲線。對于高切削速度工件表面的應(yīng)力變化，應(yīng)從曲線2的應(yīng)力變化進(jìn)行研究，在未達(dá)到最大應(yīng)變力時，受絕熱剪切的影響，剪切面的剪切抗力將出現(xiàn)下降的趨勢。然而，隨著該處剪切面的繼續(xù)進(jìn)行，在剪切變形中，將形成集中剪切帶。因此，對于工件的塑性金屬材料的切屑狀態(tài)，其是由帶狀向鋸齒形的轉(zhuǎn)化是隨著切削速度的不斷提高而逐漸呈現(xiàn)出來的，這就意味著剪切滑移所對應(yīng)的切削速度應(yīng)為金屬材料切屑時鋸齒形臨界的切削速度。在滿足力學(xué)條件的情況下，才能完善工件表面的切削過程。

3.總結(jié)

隨著高速切削技術(shù)的發(fā)展及廣泛應(yīng)用，與普通切削條件下的帶狀切屑相比，其形成過程及機(jī)理是大不相同的。因此，分析高度切削時的鋸齒形切屑形成過程及不同切削速度階段的形成機(jī)理具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李鵬南.?高速切削的力學(xué)行為研究[D].中國礦業(yè)大學(xué)，2010.

[2]鄭光明.?Sialon-Si_3N_4梯度納米復(fù)合陶瓷刀具的研制及高速切削性能研究[D].山東大

學(xué)，2012.

[3]鄧小野.?鈦合金高速切削加工機(jī)理的仿真研究[D].沈陽理工大學(xué)，2012.