活塞機械加工工藝規(guī)程及粗鏜銷孔夾具設計

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 外文翻譯： 在高速端銑切削中切屑形成的調(diào)查 摘 要 端面球形銑刀廣泛地用于金屬模和鑄模工業(yè)。然而，在高速球面端銑中切屑形成研究方面的工作做的非常少。在一個調(diào)查實驗中，已經(jīng)在這一項研究中被引導建立切屑形成機理。普通的鑄模鋼H13的硬度達到HRC55，在高速加工中心不加切削液的情況以10～30千轉/分的速度范圍被加工時：會產(chǎn)生四個典型的切屑和三種類型的振動。假使采用SEM這種方法產(chǎn)生切屑，EDX方法用來分析切削刃口和切屑形成過程之間相互作用?；谶@一項研究的調(diào)查結果,切屑形成機理已經(jīng)在本文中提出。在切削運動中，三種類型的振動闡述了切屑形成和振動行為之間的關系?；趯嶒灥恼{(diào)查結果一個判斷切屑穩(wěn)定性的方法已經(jīng)被建議。資訊科技也已經(jīng)透過這一項研究被建立：典型的"Adiabatic shear"不在高速球面端銑的切屑形成方面發(fā)生。 關鍵字: 球面端銑；切屑形成機理；振動；高速加工； 1. 介紹 在金屬切削中，現(xiàn)在的趨勢是自動化、高的排除率和無人操作方向發(fā)展。這需要非?？煽康募庸み^程、表面精度、工件精度、刀具壽命是主要重要。但是維持穩(wěn)定的加工,更多的注意對切屑形狀的控制以使它更容易被排除。這是因為切屑形成和裂斷方面是非常重要的在加工中。表面精度，工件精度和刀具壽命的問題是由于在切屑形成過程中較小的改變引起,尤其在高速切削中,有害的切屑形成將會產(chǎn)生有害的效果。 在車，鉆孔和面銑的切屑形成方面已經(jīng)做了很多的研究工作。提出?了一個循環(huán)的鋸齒狀的型面銑的切屑,而且提出相關的其它類型的循環(huán)和無循環(huán)的切屑。 Nakayama 解釋了切屑大小和切屑方向的必要意義，切屑流量和角形狀，并且清楚地表達螺旋形的切屑進行過程。Komanduri已經(jīng)在切屑分割和不穩(wěn)定性的研究有很大的進展。然而看來很少有工廠對球面端銑切屑形成的性質做研究，由于切屑幾何形狀和切屑過程的復雜性,即使它在壓鑄模和鑄模的高速銑中被廣泛地應用。切屑形成的過程很少考慮,如振動。本文將對高速端面球銑實驗調(diào)查和切屑形成機理做基本的討論。 2. 理論 在Merchant出版了他的連續(xù)切屑形成機理的舉世聞名模型短短之后, 一些作家建議不是所有的切削過程都符合這一個模型。同時很快被發(fā)現(xiàn)，在轉很多的切削過中，圓柱形形切屑在高速切屑中形成。切屑形成機理這已經(jīng)重新更新，同樣，被 Komanduri和一些的學者徹底地評論。關于這一個主題已經(jīng)被Nakayama出版。 Toenshoff闡述這種在高速切削中，把基本的切屑機理叫做"adiabatic shear"。 在一個變形過程中，塑性變形是從最弱的點附近開始, 從而產(chǎn)生應力集中。如果應變率足夠高,系統(tǒng)是絕熱，而且這些的過熱面積狹窄，這里就有一個軟化過程,同時局部應變增加直到瞬時的剪切發(fā)生。過熱切削將產(chǎn)生不穩(wěn)定性切屑形狀，切屑變形嚴重，而且切屑容易破碎,在旋轉的過程中，這些都在不停的進行著。所以，必須衡量這些理論是否值得用于調(diào)整球面端銑。在球面端銑過程中,有決定切屑形成的很多不穩(wěn)定因素。通常下列的因數(shù)對于切屑形成的分析被考慮之:(一)金屬和工作件材料的熱塑料特性; (二)切斷的狀態(tài); (三)剪修剪區(qū)可變性;(四)改變刀具上的磨擦力狀態(tài)(第二次的剪區(qū));(五)最初區(qū)和第二區(qū)的關系(六) 刀具的結構和切屑過程的交互作用，也就是動態(tài)因素。 上述的因素的細節(jié)將在稍后討論。然而在本文中主要討論在切削過程中動態(tài)因素的影響。 3. 建立實驗 實驗在高速加工中心MakinoV-55上被引導。用于這一項研究的機械條件是是:線性速度1030 k的轉/每分;軸向切斷深度從0.1變化到0.8毫米;而且補給率是在 0.025-0.05 毫米/齒的范圍中。測試材料是AISIH13,硬度HRC55，而且它的化學成分是: C: 0.37%,Cr: 5.3%; W: 1.4%; Mo: 0.4%; Mn: 1.0%; Si: 1.0%。銑刀是一個12毫米固體碳化物和TiA1N涂料的球面的端銑刀。螺旋角300 的,刀具的前傾角從 00變化到30，在切削刃和間隙角中從11０變化到13０。在實驗中刀具工件保持垂直。 Kistler測力計用來測切削力。力信號以一個12,000個試樣/s/通風槽的抽樣率被多的通風槽 DAT(數(shù)傳聲音帶子) 記錄機。一個光學顯微鏡被采用觀察刀具。過程被一個 HP 示波器檢測。所有的切削在干的情況下進行。切屑的SEM和EDX分析被實行，而且分別的圖像被輪流。切屑試樣在每個切削結束的時候被收集,其余被一個高壓力空氣噴嘴吹走避免來自不同的切削的切屑的混入。 4. 結果和討論 在研究中被發(fā)現(xiàn)切屑可分為四種類型。第一類型:切屑形成；第二類型: 不穩(wěn)定的切屑；第三類型: 具決定性的切屑；第四類型: 嚴格的切屑。第一類型是穩(wěn)定的加工的產(chǎn)品。第二至第四類切屑和不同嚴重的振動過程發(fā)生。當?shù)毒呤窃谒哪ズ臉藴世锩妫懦毒叩哪ズ牡臅r候，所有的切屑從加工過程中獲得。 4.1.型Ⅰ切屑形成 圖1 A表示因為它的形狀和幾何形狀符合得較好，所以切屑從穩(wěn)定的切斷獲得,被定義為一個穩(wěn)定的切屑，穩(wěn)定過程如圖2 。 用球面端銑切削在正常產(chǎn)品一個被彎曲兩次的切屑。從圖1A可知，穩(wěn)定的切屑的形狀與一個錐形類似。這被歸因于球面的端銑刀的在切削片段的幾何學。切屑形成在一個球形的帽上發(fā)生。因此對于積削容積的相等，切屑幾何學影響較低,那個尺寸和每個切削的形狀將會與一個適度同種的工作材料是相同的。在切削的過程中，切削刃的不同部分是各不相同的。另外,所有切削刃的點,按照他們的不同切削角,必須承受不同的負載。圖2 B的陰暗面積表現(xiàn)面積，刃口在一個旋轉裝置中移動過程,也就是刀具-工作件連絡面積。 刀具與工件成直角，刀具尖端在大小非常小,實際上不在切削中起作用，因為它的切斷速度是零。這就是為什么切屑不是一個完全錐形和圖2 B的片碎區(qū)域是如何形成。由于它被刀具尖端分離開，所以錐形的頂端看不見,這惡化表面的性質。如此一個較好的方法是傾斜刀具，以便切削刃邊緣與刀具一起預訂, 像Schulz所建議的。在圖2 B,O代表刀具尖端,所以區(qū)域 BOC表現(xiàn)被刀具尖端擦離開的工作件的部分。在穩(wěn)定的切斷中,刀具與工作件接觸長度就是被預計的刃口長度。在分割區(qū)域如圖2中被顯示ABCD。區(qū)域ABCD也代表切削刃與工作件接觸穩(wěn)定的面積。接著發(fā)現(xiàn)一個不穩(wěn)定的加工過程,切削刃與工件接觸面積和長度實質上總是有差異。以穩(wěn)定的切斷在一個齒接觸期間,時期,將有一切屑產(chǎn)生。 圖3舉例說明在穩(wěn)定切削過程中，切斷刃的運動區(qū)域。這種切屑形成被歸因于二個因素:剪切過程，它是依賴球面端銑刀的幾何學，也就是切削的區(qū)域幾何學。 球面端銑刀的幾何形狀，決定了穩(wěn)定切削區(qū)域的幾何形狀，在穩(wěn)定的切削過程中有相對優(yōu)勢的決定效果。 切削開始于刃口開始接觸于工件。 如使刀具旋轉,最初的變形區(qū)也適當?shù)匾苿?。切屑從刀具第一個傾斜面流到刀具的第二個傾斜面的過程中，切屑也就在形成了。 同時，切屑的中心向上擴大。 這一個過程是連續(xù)，直到切屑的上面邊的運動是刀具的第二個傾斜面時。然后切屑沉積在第一個和第二個傾斜面之間,沒有方法移動并且卷曲如圖2A所顯示的面,造形第二個變形區(qū)。在穩(wěn)定的切削過程中，槽是切屑唯一向前移動的路徑。需要注意刀具正在旋轉,這一個積屑實際上被造形如一個錐形，這就使它變成了兩次-彎曲的錐形。當被產(chǎn)生的切屑離開時，剪切被完成，而且當?shù)洱X離開工件的時候，切屑卷曲也同時停止。在切屑形成過程中將不會有切屑- 工件相接觸。當?shù)洱X離開工件的時候，一個切屑形成過程完成。另外的一個刀齒將會依次與工作件一起接觸，而且切屑形成再一次開始。 在 HSM 中是廣為人知的，很多的切削熱進入切屑之內(nèi)被轉移。在切屑中的溫度, 尤其在切屑的較低邊中,將會非常高。正常地T2是比T1高,所以熱應力將會產(chǎn)生導致切屑弄卷到一個較小的半徑。(如圖4)切屑將會像一個熱的雙金屬的彈簧, 雖然切屑較低部分和刀具面之間很少磨擦。當T2比T1高許多的時候,切屑將會向曲率的中心卷。通過切屑顏色的分析查證,切屑熱比較低的部分顏色總是很比較黑暗比上面的面,被氧化的范圍以由一個較高的溫度所引起。 在切屑和傾斜面面之間的磨擦是無關重要的。從EDX分析圖解(圖5)沒有涂料 (TiA1N)和接合料(鈷)的機械要素被發(fā)現(xiàn),這證明沒有刀具材料轉移到切屑之中。 占優(yōu)勢的刀具磨耗機械裝置被發(fā)現(xiàn)是第一流側面磨損(圖6)。最大的磨損總是以最高的切削速度刃口部分發(fā)生。這也說明了在傾斜面上的磨損上微小的。在穩(wěn)定的切屑過程中，切屑的產(chǎn)生像在第一個和第二個傾斜面面之間交互作用的結果。如早先所說的, 切屑在高的切削速率度下正常地被歸因于"斷熱的剪"現(xiàn)象,通常在連續(xù)加工時像旋轉或鉆孔[3-8]中被發(fā)現(xiàn)。但是它在球面端銑是可疑的?！癮diabatic shear”有一些重要事物發(fā)生。應該也有材料，將會有缺陷，而且應變在切屑的表面中發(fā)現(xiàn)。從圖1A，沒有如此的現(xiàn)象被觀察。如此得出一般結論:”adiabatic shear”不是端銑的切屑分割所造成；切屑借著旋轉刃口使其發(fā)生。在球面端銑的切屑形成過程中,在特定的切削條件之下也存在一個"分割"現(xiàn)象。理由被發(fā)現(xiàn)是本身振動而不是斷熱的切削，這導致型2切屑形成。 4.2. 型Ⅱ切屑形成 圖7A表示一個從振動獲得的典型切屑。叫做一個不穩(wěn)定的切屑或元素的切屑。它通常起因于從刀具尖端開始的周期破裂。有時它是在工作材料中發(fā)生的斷熱剪的結果。在這一項研究中，原因發(fā)現(xiàn)是被刺激的自己振動，叫做型Ａ振動。 因為一個型2切屑是有特色的，振動作記號。(如圖7B的圈)在實驗中，當那出現(xiàn)不同尋常的時候,這將產(chǎn)生一個不平順表面粗度。切屑是一個以幾何學相當好，符合削減分割如圖8所示。在圖7B中顯示的振動形狀標志也是符合切屑的形成。刃口接觸面積在圖8中顯示,通過它清楚地看見到一個切屑的形成切屑接觸面積是非常小的，穩(wěn)定切斷與那相較的地方，面積被顯示陰暗的。shadedarea是被分開。每個陰暗的面積代表一個元素的切屑。 這種穩(wěn)定切屑形成機理的差異來自significandy。當振動完全發(fā)生時候,刃口不再移動，以某種方式在穩(wěn)定的切削,但是在振動中，當它正在旋轉的時候，在一個刀齒接觸的時候，時期,在穩(wěn)定的切斷中刃口沒有總是與工件的接觸,但是當它離開一個元素的切屑時候，也就是完全地分離工件。為了要分離另外的元素切屑,它將會再一次恢復到工件表面并且重復過程。如圖9表示的實線運動。實線以代表切削場所區(qū)域ACB交叉,刃口將會跳躍離表面一陣子。在被觀察一個齒接觸的時期,復合式的切屑被生產(chǎn),在穩(wěn)定的切削中，一個切屑產(chǎn)生。 產(chǎn)生一個比穩(wěn)定的切屑的時候，對于刃口只需要經(jīng)過一個非常小的角旋轉，切削過程短許多。這是一種完全被發(fā)生的振動,叫做型一振動。振動的方向是在軸向，以刃口聯(lián)接刀具為中心?；谑聦崳行际峭坏男螒B(tài)，并且按規(guī)定尺寸制作，而且振動也均勻地被生產(chǎn), 振動被期望是一常數(shù)振幅和時期。廣為人知那一個振動是一種任意的振動。這里在于振動方向的持續(xù)變化。這是對于"分段"切屑形成的現(xiàn)象處理。 這種切屑形成再一次被發(fā)現(xiàn)不恰當?shù)膶酂岬募羟?。明顯的刃口運動引起分割。 4.3. 型Ⅲ切屑形成 當型2不穩(wěn)定切削的時候，型3切屑不完全地分割。叫做決定性的切屑,代表B振動。圖10A的產(chǎn)生切屑是有波浪形，幾乎對稱,像一個正弦波。在切屑形成的這一型中，只有一個切屑是在穩(wěn)定的切斷中同樣地生產(chǎn)，在一個單一切削過程中，刀齒接觸時期，它是不像是"完全"，因為有一些楔。振動標志也不同于圖10B看來的型 2 切屑的那些。這種切屑形成對于其它的也被注意在切削,從型一振動和穩(wěn)定的切斷分別。這些特性成為型3切屑的形成因素,象征型B振動。因此，它通常起因于智能遲滯的層高度一個周期變動,但是非常少有通往交互區(qū)剪切屑的變形。隨同成形的切屑厚度不同(切斷深度)，斜角度和間隙角的循環(huán)變化。加工過程中刃口運動在切削的程序中，這樣產(chǎn)生上述的這些變化。工件二類型的不安定性(材料上升溫暖氣流不安定性和adiabatic shear)在部份的切屑形成方面依次不在這一個切屑的形成方面扮演重要角色。在球面端銑過程中,由于流動的高速，相當多的熱能發(fā)散，而且由于低的熱變形，沿著滑動摩擦(破裂)表面造成熱的軟化處理和相當多的表面質量。 　　有趣的發(fā)現(xiàn)是在切屑的這二個類型之間， 振動在表面精度上被留下的標志建議 型B振動不比型C嚴格。圖11和12提供型B振動圖解式的示范。在圖11中，實線為以刀具運動的場所不交叉穩(wěn)定的切削,刀具總是接觸在- 削削的區(qū)域。在型B振動中，刃口發(fā)生了關于型一的一個相似的模型振動，而且它通常在一個"具有決定性的"切斷的深度發(fā)生,超過這一振動將會完全地發(fā)生，而且一個型2切屑將會被生產(chǎn)。 在這個切削的深度，表示刃口強烈趨向，但是振動不完全地發(fā)生。當?shù)毒咝D的時候，刃口也在振動。振幅是比那更小的一個振動。見圖12的實線，不以ACB曲線交叉, 意謂刀具不完全地離工件,這是切屑為什么不完全地分開的理由。 4.4.型Ⅳ切削形成 在圖13A中被顯示的切屑在加一個遠的切削深度，超過被獲得最大的穩(wěn)定切削深度。它被定義為一個嚴格的切屑過程。形狀像穩(wěn)定的已經(jīng)被水平地擴大的切屑。這意謂沒有切屑卷曲程序。在這里明顯的壓縮標志在切屑表面上被觀察,來自刃口(圖14)的運動。因為高切屑負載和有限制的旋轉軸向力,刃口在低的振動和小的振幅。切屑被遠離工件,在非常小剪切的地方，此時切屑變成平面狀。 在這一個切屑形成程序中，只有一個切屑被生產(chǎn)在一個單一刀齒接觸時期。切屑接觸面積是相同的如穩(wěn)定的切斷,如圖15中所顯示。 振動標志寬許多比鍵入一個振動。他們也是比型B更明顯。振動標志被刀具側面接觸,磨擦形成切屑表面。定義為型C振動。 4.5. 切削條件的效果 切削的深度在程序安全性方面一個占優(yōu)勢的效果,如Tlusty和Ismail[9]計劃, 而且決定這一項研究的切屑形成。在這里對于一個特定的刀具-工件的結合存在一個 "安全性圓形突出部"。 在機械加工期間，變更速度，或發(fā)現(xiàn)一個最適宜的速度是避免振動的最常用的方法,這也在目前被查證實驗。各種不同的方法已經(jīng)被許多研究員計劃。在變更旋轉軸向速度的一些例子和補給率中可以增加最大的切削深度。 以一個特定的旋轉軸向速度，通常發(fā)現(xiàn)，一個比較大切削深度被加一個較高的補給率獲得。結果，切屑形成是從改良的和那需要穩(wěn)定的切屑被獲得。 為了要充分利用高速銑,切削的策略一定要最佳化。在這一個實驗中，刀具保持對工件的垂直,如此，最大的切削速率不被達到,而且使用下銑或上銑沒有差別。如此，型三的銑是強烈地建議, 也就是刀具在一個特定的速度傾斜到工件。在刃口，最大的速度被達成，而且正常向下的銑可能產(chǎn)生比較好的表面精度和比較長的刀具壽命。 4.6.通過切屑顏色判斷切屑溫度 為了要說明在機械加工期間發(fā)生的現(xiàn)象，在切屑形成區(qū)中溫度是決定性的。既然在形成區(qū)中測量溫度是不可能的，只有通過切屑被發(fā)生的在區(qū)附近的區(qū)域溫度測量。在銑中情形是更復雜的,因為當在補給方向中移動的時候，刀具正在旋轉, 因此在這由檢查切屑的顏色預測溫度。某一類型的切屑顏色在實驗中被發(fā)現(xiàn)，他們在表 1 中被顯示。 Venkatesh發(fā)現(xiàn)切屑溫度和在表2中被顯示的彩色圖比較,從一般調(diào)查，在實驗中遇到最高的溫度是大約10000 C。對于不同的切屑顏色，切斷的溫度是不同的。清楚的切削過程安全性也或多或少指示溫度。對于淡褐色彩色切屑，缺乏顏色是由于在切屑和避免氧化的刀具之間緊秘接觸。在研究中被發(fā)現(xiàn)以愈比較高的切削速率和補給率, 切屑的顏比較黑暗, 這意謂氧化鉛含量比較高的范圍。 溫度單調(diào)地以切削速率和切削的增大深度上升。結果如表3和4中被顯示。這否認 Salomon's 的出名判斷： [高速球面端銑切削的溫度將會在特定上面的一個割削速率減少的]。建議，最適宜的切削速率不是最高的可能速度，因為高的溫度也將會增加,如此影響表面精度和質地。不同的切屑顏色發(fā)生在全速度被用的范圍。 對于一個特定類型的切屑形狀,沒有一種特別的切屑顏色, 意這種切屑形可能在不同的溫度之下被發(fā)生。舉例來說，一個完全類型的切屑在褐色，藍的和綠色的顏色中被發(fā)現(xiàn)。如此在這里一個結論可能是不可能的，它是切削過程動力學和決定切屑形成的材料所決定。 4.7. 一個判斷振動的方法 　 從上面所做的分析，我們能推斷出，從切屑的分析是判斷切削穩(wěn)定性的一個可靠的方法。當一個穩(wěn)定類型的切屑被獲得的時候,切削的過程是穩(wěn)定。當嚴不穩(wěn)定的切屑被遇到的時候, 總是有振動。 對于具決定性類型的切屑，決定具決定性的切削狀態(tài)是非常有用的。當如此的切屑出現(xiàn)的時候, 最重要的是知道最大的穩(wěn)定切削深度。就表面精度來說, 總是有一些小的振動標志，因為振動不可完全避免的。振動標志是不同樣明顯的同樣地在型Ａ和型C振動中。 5. 結論 Assab 8407(美國鋼鐵學會H13) 的高速球面端銑已經(jīng)被演示，使用TiA1N涂上一層的固體碳化物刀具。下列的結論能從研究得出: 1.四類型的切屑,即振動、穩(wěn)定性和嚴格類型的切屑,以lO-30千轉/每分的旋轉軸向速度范圍觀察。不同切屑形成的機理發(fā)現(xiàn)是在不同的切削狀態(tài)之下刃口的運動。發(fā)現(xiàn)振動可能可靠地被切屑的分析辨認出。 因此，穩(wěn)定過程與切屑形成之間的關系被確定。 2. 高速球面端銑振動三個類型被發(fā)現(xiàn)而且定義,即型Ａ－Ｃ，它們由不同的分割區(qū)域和切削運動相區(qū)分。 3.占優(yōu)勢的刀具磨損機理被發(fā)現(xiàn)是典型的第一流的側面磨損。 4.由于選擇適當?shù)那邢鳛闂l件, 連同切屑生產(chǎn),穩(wěn)定過程可能是被改良的。如此的手法當做變更旋轉軸向速度而且增加補給率已經(jīng)被證明效果的在實驗中。 5.機械加工過程溫度以切削速率和切削深度的增大增加。 6.切削熱的理論連同銑削動力學的考慮，一起以高的割削速率被檢測,振動和材料在對切屑形成也產(chǎn)生大的影響。切屑的SEM分析表示"絕熱修剪"不在高速端銑的切屑形成方面發(fā)生。 7.為了比較好的利用HSM的作用，切削刀具的設計和切削條件采用，應該能夠提供令人想要的切屑形式。由于動態(tài)的特性不是唯一的，所以一部給定的機器沒有一個唯一的穩(wěn)定性圖表。這給選擇合理的切削條件帶來很大的困難。從本文的研究，切屑分析提供一簡單的而且有效率的方法確定機器的參數(shù)和切削條件。