[發明專利]一種研究金屬直角切削切屑形成的方法

無效

• 申請號: 200710017149.0
• 申請日: 2007-09-18
• 公開（公告）號: CN101126703A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發明（設計）人: 劉戰強;劉繼剛;吳繼華
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00;G01B11/16
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所
• 代理人: 王書剛

技術領域

本發明涉及一種研究金屬直角切削過程中切屑形成的方法，屬于金屬切削變形研究技術領域。

背景技術

金屬切削加工過程中的各種物理現象，如切削力、切削熱、刀具磨損以及加工表面質量等，都是以切屑形成過程為基礎的，而生產實踐中出現的許多問題，如鱗刺、積屑瘤、振動、卷屑與斷屑等，也與切削過程中切屑的形成有關。因此，通過切削實驗，瞬時“凍結”切削過程，觀察分析切削過程中切屑的瞬態形成過程，獲取切削過程變形程度，描述物理參數，如剪切角、變形系數、剪應變、應變率等，對金屬切削基礎理論的研究、對于保證工件加工質量、降低生產成本、提高生產效率，都有著十分重要的意義。

目前用于研究金屬切削過程中切屑形成過程的方法有：

(1)側面方格變形觀察法。將被加工工件的側面拋光，劃出細小的方格，察看切削過程中方格的扭曲，借以判斷金屬切削層變為切屑的情形，這種方法可以觀察到從刀尖接觸工件開始直到形成切屑的整個過程。主要用在切削速度非常低的加工過程。

(2)高速攝影法。利用高速攝影(像)機，拍攝被切削工件的側面，可以得到完整的切屑形成過程，每秒可拍攝幾百幅到一萬幅以上，現在較新型的高速攝影機拍攝速度已達每秒十幾萬張甚至更高的速度，可用于高速切削切屑形成過程的觀察。該方法成本高，不適用于有切削液等切削介質的場合，對加工環境的光線有特殊要求，一般須使用閃光燈來保證快速運動切屑的瞬間定格。

(3)快速落刀法。利用一種特殊刀架，在某一瞬間以很快的速度使刀具脫離被加工工件，則可以獲得一個在一定切削條件下的切屑根部標本，標本的獲取方法是：先把工件側面研磨拋光，鍍上一層薄銅，然后用照相法將銅腐蝕而成。通過掃描電鏡顯微觀察切屑根部標本可確定剪切角、變形系數、剪應變、應變率等切削過程變形參數。快速落刀裝置的結構有多種，最簡單的結構是沖擊式快速落刀裝置，用手錘或其它方式敲打刀夾里的刀具，使鑄鐵銷子剪斷，從而使刀具脫離被加工工件，這種結構的落刀裝置制造使用方便，由于手錘速度較慢，在較高切削速度時，不能滿足瞬時“凍結”切削的效果。另一種彈簧式快速落刀裝置，當刀片切削時，刀桿支持在圓柱銷上由削邊銷壓緊，承受切削力，需要快速落刀時，稍轉動削邊銷，刀桿在壓力彈簧作用下，迅速脫離工件。還有一種是爆炸加快速落刀裝置，它是利用活塞內火藥的爆炸力使刀具迅速退出，該裝置能在10-3秒時間內使刀具快速脫離工件，但這種裝置使用炸藥，存在安全隱患，未得到廣泛應用。綜上所述，這些快速落刀裝置的刀具-工件脫離速度都受外界因素的制約(手錘敲打速度、彈簧剛性、炸藥爆炸力等)，而且只能應用于車削加工，不能用于其它切削方式，如銑削。

發明內容

本發明針對現有研究金屬直角切削過程中切屑形成方法的不足，提供一種簡單方便、通用性強的研究金屬直角切削切屑形成的方法，該方法可用于車削加工和銑削加工。

本發明的研究金屬直角切削切屑形成的方法是：

(1)在工件上加工出兩個形狀相同的孔槽，兩個孔槽沿切削時工件的進給方向布置，每個孔槽由一個圓孔和一個直槽組成，直槽一端與圓孔連通，一端為工件的待加工表面外邊緣，兩個孔槽中圓孔圓心之間的距離為圓孔直徑的1.1~1.5倍；直角車削時每個孔槽中直槽的寬度是0.1~1.5mm，直角銑削時每個孔槽中直槽的寬度為每齒進給量(單位：mm/齒)的1.1~1.5倍，每個孔槽中圓孔的直徑為直槽寬度的2~2.5倍，圓孔的圓心離工件待加工表面外邊緣的距離等于徑向切削深度且至少等于圓孔直徑；

(2)對工件以機床允許的任意切削速度進行切削，當刀具切削到第一個孔槽時，工件表層上形成的切屑在第一個孔槽處與刀具快速脫離；第二個孔槽用來吸收切屑脫離瞬間與未脫離部位發生碰撞引起的彎曲變形，以防止導致切屑進一步變形；

(3)將所得切屑根部標本經研磨拋光處理，通過顯微鏡觀察切屑瞬時變形狀態，直接測量得到剪切角φ(切削速度與剪切滑移面的夾角)和第一切削變形區寬度Δy，在此基礎上通過以下計算獲取變形系數ξ、剪應變ε、應變率等直角切削過程變形程度描述參數：

變形系數ξ＝cosφ/sinφ

剪應變ε＝(ξ²+1)/ξ