[发明专利]一种研究金属直角切削切屑形成的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种研究金属直角切削过程中切屑形成的方法，属于金属切削变形研究技术领域。

背景技术

金属切削加工过程中的各种物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损以及加工表面质量等，都是以切屑形成过程为基础的，而生产实践中出现的许多问题，如鳞刺、积屑瘤、振动、卷屑与断屑等，也与切削过程中切屑的形成有关。因此，通过切削实验，瞬时“冻结”切削过程，观察分析切削过程中切屑的瞬态形成过程，获取切削过程变形程度，描述物理参数，如剪切角、变形系数、剪应变、应变率等，对金属切削基础理论的研究、对于保证工件加工质量、降低生产成本、提高生产效率，都有着十分重要的意义。

目前用于研究金属切削过程中切屑形成过程的方法有：

(1)侧面方格变形观察法。将被加工工件的侧面抛光，划出细小的方格，察看切削过程中方格的扭曲，借以判断金属切削层变为切屑的情形，这种方法可以观察到从刀尖接触工件开始直到形成切屑的整个过程。主要用在切削速度非常低的加工过程。

(2)高速摄影法。利用高速摄影(像)机，拍摄被切削工件的侧面，可以得到完整的切屑形成过程，每秒可拍摄几百幅到一万幅以上，现在较新型的高速摄影机拍摄速度已达每秒十几万张甚至更高的速度，可用于高速切削切屑形成过程的观察。该方法成本高，不适用于有切削液等切削介质的场合，对加工环境的光线有特殊要求，一般须使用闪光灯来保证快速运动切屑的瞬间定格。

(3)快速落刀法。利用一种特殊刀架，在某一瞬间以很快的速度使刀具脱离被加工工件，则可以获得一个在一定切削条件下的切屑根部标本，标本的获取方法是：先把工件侧面研磨抛光，镀上一层薄铜，然后用照相法将铜腐蚀而成。通过扫描电镜显微观察切屑根部标本可确定剪切角、变形系数、剪应变、应变率等切削过程变形参数。快速落刀装置的结构有多种，最简单的结构是冲击式快速落刀装置，用手锤或其它方式敲打刀夹里的刀具，使铸铁销子剪断，从而使刀具脱离被加工工件，这种结构的落刀装置制造使用方便，由于手锤速度较慢，在较高切削速度时，不能满足瞬时“冻结”切削的效果。另一种弹簧式快速落刀装置，当刀片切削时，刀杆支持在圆柱销上由削边销压紧，承受切削力，需要快速落刀时，稍转动削边销，刀杆在压力弹簧作用下，迅速脱离工件。还有一种是爆炸加快速落刀装置，它是利用活塞内火药的爆炸力使刀具迅速退出，该装置能在10-3秒时间内使刀具快速脱离工件，但这种装置使用炸药，存在安全隐患，未得到广泛应用。综上所述，这些快速落刀装置的刀具-工件脱离速度都受外界因素的制约(手锤敲打速度、弹簧刚性、炸药爆炸力等)，而且只能应用于车削加工，不能用于其它切削方式，如铣削。

发明内容

本发明针对现有研究金属直角切削过程中切屑形成方法的不足，提供一种简单方便、通用性强的研究金属直角切削切屑形成的方法，该方法可用于车削加工和铣削加工。

本发明的研究金属直角切削切屑形成的方法是：

(1)在工件上加工出两个形状相同的孔槽，两个孔槽沿切削时工件的进给方向布置，每个孔槽由一个圆孔和一个直槽组成，直槽一端与圆孔连通，一端为工件的待加工表面外边缘，两个孔槽中圆孔圆心之间的距离为圆孔直径的1.1~1.5倍；直角车削时每个孔槽中直槽的宽度是0.1~1.5mm，直角铣削时每个孔槽中直槽的宽度为每齿进给量(单位：mm/齿)的1.1~1.5倍，每个孔槽中圆孔的直径为直槽宽度的2~2.5倍，圆孔的圆心离工件待加工表面外边缘的距离等于径向切削深度且至少等于圆孔直径；

(2)对工件以机床允许的任意切削速度进行切削，当刀具切削到第一个孔槽时，工件表层上形成的切屑在第一个孔槽处与刀具快速脱离；第二个孔槽用来吸收切屑脱离瞬间与未脱离部位发生碰撞引起的弯曲变形，以防止导致切屑进一步变形；

(3)将所得切屑根部标本经研磨抛光处理，通过显微镜观察切屑瞬时变形状态，直接测量得到剪切角φ(切削速度与剪切滑移面的夹角)和第一切削变形区宽度Δy，在此基础上通过以下计算获取变形系数ξ、剪应变ε、应变率等直角切削过程变形程度描述参数：

变形系数ξ＝cosφ/sinφ

剪应变ε＝(ξ²+1)/ξ