不同介质下高速铣削钛合金时切屑的变形研究下电动蝶阀
发布时间:2022-06-25 20:19:01
不同介质下高速铣削钛合金时切屑的变形研究(下)
不同介质下高速铣削钛合金时切屑的变形研究(下) 2011年12月10日 来源: 切屑变形的微观分析 从图4可以看出,不同介质下切屑的表面微观形态也有不同,在氮气油雾介质下的切屑上存在着一些微裂纹(图4(c)),这些微裂纹主要分布在切屑的边缘和端部,微裂纹大多与切屑沿前刀面的滑移方向相同(图5的Ⅰ区),少部分微裂纹与切屑滑移方向垂直(图5的Ⅱ区)。氮气油雾介质下切屑产生微裂纹的原因可能是:一、氮气油雾喷射到切削区,瞬间带走了大量的热量,使切屑产生热应力和热裂纹;二、氮气油雾中氮与切屑中的钛发生化学反应,生成较脆的氮化钛,这些氮化钛分布在切屑表面和内部,使切屑在强烈的挤压和摩擦下易于脆裂。
由于空气油雾也在切削中带走大量的热量,但其切屑不存在微裂纹(图4(a)),所以第一种可能性是不成立的,因此可以认为微裂纹是由于氮的存在造成的。切屑易于脆裂,就会减少切屑流经前刀面时对铣刀的冲击,从而在一定程度上减少铣削力。切屑的金相分析金相照片的对比
钛合金切屑在形成过程中,材料的塑性变性较大,由此而产生的加工硬化时切屑在剪切滑移面的应力增加,局部达到了材料的强度极限,此时,切屑只在上部被挤裂而下部仍旧相连,亦即靠近前刀面的一面很光滑,另一面呈锯齿状,形成集中剪切滑移切屑。
图6显示出,氮气油雾下切屑的节状化趋势非常明显,切屑底部的连接已变得很少,有时切屑节与节之间近乎分离。空气油雾下切屑的节状化趋势虽然比干铣削时明显,但不如氮气油雾。
造成氮气油雾和空气油雾下切屑节状化比干铣削明显的原因,是因为油雾的冷却作用使切屑剪切滑移面的钛合金塑性降低,切屑易于在沿滑移面处剪裂。氮气油雾下由于氮与钛在剪切滑移面上生成了脆的TiN,在高速下,高的剪切力使切屑的集中剪切滑移作用加强,从而使切屑的节状特征更加突出。
图7铣削速度对剪切角的影响(r=1.6)
剪切角f的比较
图7为剪切角f随速度变化的曲线。
该图表明,随着铣削速度的增加,空气油雾、氮气油雾和干铣削条件的钛合金切屑剪切角都有增加的趋势,也即切屑变形减小的趋势,特别是铣削速度超过275m/min时,这种趋势更加明显。产生这种结果的主要原因有两方面,一方面是因为变形时间缩短,钛合金的变形减小;另一方面是因为切屑速度对前刀面平均摩擦系数有影响,高速切削时,切削速度越大,前刀面平均摩擦系数越小。当切削速度很大时,由于切削温度很高,切屑底层软化,形成薄薄的微溶层,在这种情况下,切削速度的变化对切屑变形的影响已很小。
此外,在相同速度下,氮气油雾下切屑的剪切角大于空气油雾。其原因是由于氮气介质下的切屑的剪切滑移面上有氮化钛存在,剪切滑移面的塑性降低,切屑在集中剪切滑移过程中更容易发生塑性失稳,因而切屑的变形减少,剪切角f减小。3结论
通过不同介质下钛合金切屑变形的高速铣削试验研究,可以得出以下几点结论:干铣削时,刀具与切屑之间的摩擦较大,铣削区温度高,切屑流经前刀面后的变形较大,切屑表面的条形褶皱较多、平整性差。随着铣削速度的增加,切屑的形态越来越规则。不同介质下切屑的表面微观形态也有不同,空气油雾下切屑的节状化比和干铣削时明显,但不如氮气油雾。在氮气油雾介质下的切屑上存在着较多微裂纹、切屑更容易脆断。在相同速度下,氮气油雾和空气油雾下的切屑剪切角f大于干铣削和空气油雾,即切屑变形系数低于干铣削和空气油雾,空气油雾剪切角f大于干铣削。
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