機(jī)械加工刀具切削性能的測試方法

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上海川奇為您解析機(jī)械加工刀具切削性能

在室溫環(huán)境下，加工刀具全部選用JＲ3A切削液進(jìn)行潤滑冷卻，并在相同切削條件下對兩組織構(gòu)刀具和一組普通刀具進(jìn)行切削45鋼實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)部分分為兩部分，部分:切削速度、深度、進(jìn)給量相同，比對不同的織構(gòu)刀具和普通刀具的刀具切削性能。第二部分:固定切削深度不變，進(jìn)給量給0．08mm/rev、0.1mmrev、0.14mmev，切削速度給120m/min、16m/min、200m/min，兩兩組合進(jìn)給量和切削速度，確定9種不同情況下，切削參數(shù)對織構(gòu)刀具的切削性能影響。試驗(yàn)期間，刀具的切削長度都為15mm，切削至少重復(fù)3次，取zui穩(wěn)定數(shù)值。由于切削力和刀具表面摩擦系數(shù)是反應(yīng)刀具切削性能的主要參數(shù)，本次試驗(yàn)當(dāng)中我們使用三向測力儀來讀取切削期間的受力，并根據(jù)切削力計(jì)算摩擦系數(shù)，以此來判斷切削性能優(yōu)良。

2機(jī)械加工刀具切削性能的影響因素

2．1機(jī)械表面織構(gòu)對切削力和摩擦系數(shù)的影響

通過研究表明，機(jī)械織構(gòu)刀具的切削力和表面摩擦系數(shù)都低于普通刀具，在深度、面積占有率相同的情況下，表面微坑的直徑為110微米和200微米的織構(gòu)刀具具有比較小的切削力和比較好的摩擦性能。表面織構(gòu)對主切削力的影響十分有限，相較于背向力、軸向力和前刀面摩擦系數(shù)會產(chǎn)生重要影響。這是由于刀具在切削過程中，切削金屬與前刀面中間產(chǎn)生粘結(jié)摩擦區(qū)，通過粘結(jié)摩擦區(qū)，刀尖擠壓工件表層產(chǎn)生塑性變形，讓切屑和刀具之間緊緊擠壓，切削液無法進(jìn)入該區(qū)域;而在滑動摩擦區(qū)內(nèi)，切屑和刀具之間的壓力比較小，切削液可以滲入的比較多，防摩擦效果也就更好。zui終得出結(jié)論，比較合理的表面織構(gòu)對于改善刀具的切削性能有很大的作用，而表面織構(gòu)可以充當(dāng)微型儲油槽的作用，可以幫助切削液的滲入，改善刀具和切屑之間的潤滑效果，減少由于刀具和切削的直接摩擦造成的刀具磨損影響。

2．2機(jī)械表面織構(gòu)對于加工工件表面質(zhì)量的影響

通過分析比對加工零件的加工表面粗糙度、切屑的剪切角，可以發(fā)現(xiàn):同普通刀具相比，織構(gòu)刀具加工之后的工件表面粗糙度更低，切屑的剪切角要比較大。分析原因，在切削過程當(dāng)中，織構(gòu)刀具的較小切削力和前刀面摩擦系數(shù)令切屑得到了比較大的剪切角，切屑的形變變小，整個切削過程更加穩(wěn)定，工件表面的質(zhì)量磨損更小。在切削時(shí)，切屑會在前刀面上發(fā)生滑移并嵌入到凹坑當(dāng)中，凹坑直徑越大嵌入的越多，使得刀具的整個摩擦系數(shù)、切削力變大了，但是凹坑大到一定的程度后，織構(gòu)表面的儲油槽能力也就增大了，刀具的摩擦系數(shù)、剪切角就大幅度下降了，zui終保留了工件的完整性。雖然織構(gòu)面積占有率增加，刀具表層的儲油槽能力增強(qiáng)了，但是織構(gòu)的深度減小，使單個凹坑的儲油槽能力降低，更容易發(fā)生切屑內(nèi)嵌織構(gòu)表層的現(xiàn)象，造成摩擦系數(shù)和剪切角變化。除此之外，比較深的凹坑還會存儲一定的空氣，不但能夠降低刀-屑表面摩擦系數(shù)，還能夠散失熱量。因此，可以得出結(jié)論，綜合織構(gòu)表面的凹坑直徑、深度、面積占有率可以進(jìn)一步提高刀具的切削性能，達(dá)到比較好的效果。

2．3切削參數(shù)對于織構(gòu)刀具的切削性能影響

隨著切削速度的增加，普通刀具的摩擦系數(shù)逐漸減小，而織構(gòu)刀具的切削速度呈先增加后減小的趨勢?？棙?gòu)刀具的切削性能在切削速度120m/min，和200n/min時(shí)達(dá)到*。分析原因，在切削過程中，隨著切削速度的增加，切削液滲入接觸區(qū)域能力逐漸減少，織構(gòu)表面的切削力和摩擦系數(shù)都上升了，而切削期間溫度也隨之上升了，使得工件發(fā)生軟化，切屑更容易發(fā)生剪力變形，普通刀具的摩擦系數(shù)因此而下降了。當(dāng)切削速度達(dá)到了200m/min時(shí)，這時(shí)候的切削溫度升高使工件的表面粘附情況加劇，此時(shí)織構(gòu)刀具的良好的抗粘附性能保證了刀具切削的穩(wěn)定性，使切削性能優(yōu)于普通刀具。隨著進(jìn)給量的增加，普通刀具的表面摩擦系數(shù)出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，*值出現(xiàn)在進(jìn)給量0．1mm/rev處，但是織構(gòu)刀具則出現(xiàn)相反的結(jié)果。分析原因，當(dāng)進(jìn)給量為0．08mm/rev時(shí)，刀屑與刀具的接觸區(qū)域太小織構(gòu)表層不能夠發(fā)揮出其優(yōu)勢;當(dāng)進(jìn)給量達(dá)到0．1mm/rev時(shí)，此時(shí)織構(gòu)表層可以發(fā)揮其優(yōu)勢，抗摩擦性能也能夠發(fā)揮出來;而進(jìn)給量達(dá)到0．14mm/rev時(shí)，切屑的厚度增大了，刀具會和切削的接觸面積增大，切削合力以及摩擦系數(shù)也就增大。

3結(jié)語

綜上所述，具有比較合理表面織構(gòu)的刀具可以減少切削力、減少摩擦系數(shù)、保留工件的表面完整性。表面織構(gòu)由于可以具有儲油槽功能，所以可以降低刀具表面受到的摩擦系數(shù)。普通刀具切削期間的摩擦系數(shù)會隨著切削速度的增大而先增大后減小;織構(gòu)刀具的切削性能發(fā)揮和速度有關(guān)，選擇合理的速度可以充分發(fā)揮其性能。增加進(jìn)給量時(shí)，切削合力會逐漸增大，而織構(gòu)刀具的摩擦系數(shù)會先減小后增大，織構(gòu)刀具會在進(jìn)給量合適時(shí)得到*切削性能。織構(gòu)刀具相比普通刀具與刀屑的接觸長度要小，但是進(jìn)給量太大之后，織構(gòu)區(qū)域同切削之間的摩擦力增大，切削性能降低。機(jī)械加工刀具切削性能的測試方法