硅铝合金车削中切削力和切削温度的研究.pdf

第s 8 啦崩1 期 20u5 年2 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V o l5 8 ．N o l F e b r u a r y 2006 硅铝合金车削中切削力和切削温度的研究 刘东，陈五一 北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京1 0 0 0 8 3 摘要研究金刚石刀具切削硅韬舍金时切削力和切削温度的变化规律。结果表明，在金剐甘刀具精车硅铝台金时，主切削 力和切削温度随进给量的增加同步增长，在切剖时应尽量选取较小的避给量避免切削区温度过高。在较高切削速度时，存在一段 使切削力蜮小的葩围，切削时切削速度应尽量选在遗段范围内，改善切削效果。切削温度在所选切削范围内随切削速度的增加而 持续增加。 关键词材料合成与加工工艺；铝硅台金；切削加工切削力；切削温度 中图分类号7 1 1 G 5 0 1I ；T c l 4 62 l 文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 6 0 1 0 0 3 9 一0 3 切削力和切削温度是金属切削过程中的两个重 要状态参量。测量切削力和切削温度不仪可以研究 切削机理、计算功率消耗、优化切削用量和刀具几何 参数、校核切削温度和切削力理论计算的准确性，而 且还可以通过切削力和温度的变化来监控切削过 程，反映刀具磨损或破损、切削用量合理性、机床故 障、颤振等切削状态，从而控制切削过程。 l实验系统及原理 车削力测试系统选用电阻应变式三向车削测力 仪、电桥盒、Y D 2 8 型动态电阻应变仪、A , q 3 数据采 集卡及计算机系统。测力仪的三个引出线分别对应 于三个切削分力t 、F 。t ，将这三个切削分力信 号线分别与虚变仪的三个通道相连，其他应变仪输 出信号线悬空，并将应变仪接地。 切削温度的测量采用人工热电偶法来测量。测 量系统由镍铬一镍硅热电偶丝与数字温度表组成， 数字温度表内古温度冷端补偿电路，将热电势的模 拟信号转换为数字信号并显示出来。测量系统框图 如图1 所示。 热电偶丝热端焊在一起形成一个小圆球形成热 端，用粘结剂将热电偶丝热端固定在金刚石，j 片前 刀面主切削刃5 0 r a m 处，靠近副切削刃，所测温度为 热电偶丝热端触点所在位置的温度。 加工设备C M 6 1 4 0 车床，用变频调速器实现无 级调速。不加切削液。刀具C V D 金刚石刀具，主偏 收稿日期2 { 1 0 4 1 20 3 作者简介刘糸 1 9 7 6 一 ．另．山西摘往妊 ，博士生，主耍从事 高速切削等方面的研究。 图1 测量系统框图 F i g ．1E x p e r i m e n td e v i c e so fc u t t i n ga n dm e a s u r e m e n t 角5 0 。，副偏角4 04 ，前角0 。，后角为1 1 。。加工材料 共晶硅铝合金，含硅1 2 ％。切削参数第一种方案为 切削深度为0 ．3 r a m 、切削速度为1 6 0 m ／r a i n ，进给量 0 ．0 8 - - 0 ．3 m m ／r ；第二种方案为切削深度为0 ．3 m m 、 进给量为0 ．1 m m ／r ，切削速度1 1 0 - - 2 1 0 m ／r n l n 。 2 试验结果及分析 由于测量切削区的实际温度比较困难，故所测 温度为金刚石刀片前刀面主切削刃5 0 r a m 处靠近副 切削刃处的温度。由于切削条件相同，切削时间也 相同，故所测温度的变化趋势可反映实际切削区的 温度变化趋势。测量结果如表l 和表2 所示。切削 深度和切削速度固定，切削力和切削温度随进给量 变化图如图2 和图3 所示。 由图2 可以看出，在切削过程中，进给量的变化 主要引起切削力中R 的变化．主切削力F 。随进给 量的增大儿乎呈线性增大，而进给力F ，和径向力 F 。随进给量的变化不大。当进给量增大时，切削厚 度“， f s i n K ，也相应增大，从而引起切削面积的 万方数据 有色金属第5 8 卷 变化，使变形抗力增大，摩擦力增大，引起主切削力 的增大。切削温度的增长与主切削力同步增长，这 也是由于主切削力的增加引起切削功率的增加，从 而转化为切削热而传递到刀具的热量也增加致使刀 具温度增加。 进给量和切削深度固定，切削速度的变化如表 2 所示。 表1 切削力和切削温度随进给量的变化 T a b l elV a r i a t i o no fc u t t i n gf o r c ea n dc u t t i n gt e m p e r a t u r ew i t hf e e dr a t e 图2 切削力随进给量的变化 H g2E f f e c to ff e e dr a t eO nc u t t i n gf o r c e 进雏蟹／ m mr 。 图3 切削温度随进给置的变化 F i g ．3 E f f e c to fI c e dr a t eo nc u t t i n gt e n l p e r a t u r e 表2 切削力和切削温度随切削速度的变化 T a b l e2 V a r i a t i o no fc u t t i n gf o r c ea n dc u t t i n gt e m p e r a t u r ew i t hc u t t i n g 轴e e d 图4 和图5 分别是切削力和切削温度随切削速 度变化的曲线。当切削速度小于1 5 0 m ／r a i n 时，主 切削力先是缓慢降低，然后升高。这段时期主切削 力的变化可认为是由积屑瘤的变化引起前角变化所 引起的。前期由于速度较低，在前刀面上形成了积 屑瘤，导致刀具前角变大，引起切削力变小。随着切 削速度的提高，积屑瘤逐渐消失。由于加工硬化，切 削力又变大。由图5 可以看到，随着切削速度的进 一步提高，切削温度不断提高。由温度升高而造成 的切削区金属软化，硅铝合金的强度下降，主切削力 开始下降。当切削速度大予1 8 0 m ／r a i n 时，切削力 又渐渐变大，这与硅铝合金的特点是相符的。硅铝 合金切削性能比较差，在切削时刀具磨损严重，当切 削速度达到一定程度时，由于切削温度提高，刀具磨 ∞削度， m 柚r 图4 切削力随切削速度的变化 F i g4E f f e c to fc u t t i n gs p e e do nc u t t i n gf o r c c p 、世趔聂B 万方数据 第l 期刘东等硅铝合金车削中切削力和切削温度的研究 4 1 图5 切削温度随切削速度的变化 F i g5 E f f e c to fc u t t i n gs p e e d0 1 2c u t t i n gt e m p e r a t u r e 损加剧使主切削力有所增加。从图4 可以看到，切 参考文献 陈日曜 刘战强 杨海东 刘献札 削温度随切削速度是一直增加的，在速度达到 2 1 0 m ／r a i n 时仍然没有出现降低的趋势，这与其他 金属的切削特性是相似的。进给力和径向力随切削 速度变化不大，这应该与切削深度比较小，切削速度 的变化对进给力和径向力不敏感有关。 3 结论 在金刚石刀具精车硅铝合金时，主切削力和切 削温度随进给量的增加同步增长，在切削时应尽量 选取较小的进给量避免切削区温度过高。在较高切 削速度时，存在一段使切削力最小的范围，切削时切 削速度应尽量选在这段范围内，改善切削效果。切 削温度在所选切削范围内，随切削速度的增加而持 续地增加。 金属切削原理[ M 】机械工业出版社，2 0 0 2 5 85 9 黄传真，万熠，等切削温度测量方法综述[ J ] 工具技术，2 0 0 2 ，3 6 3 3 6 ． 孔晓玲，韦山，金刚石涂层刀具干切削硅铝合金性能研究[ J ] ．合肥工业大学学报，2 0 0 3 ，2 6 6 1 2 7 6 1 2 7 8 袁哲俊．切削温度测量的等效热电偶法[ J ] 计量学报，1 9 9 9 ，2 0 3 t 8 7 1 9 1 C u t t i n gF o r c ea n dC u t t i n gT e m p e r a t u r eo fT u r n i n gA l - S iA l l o y L J UD o n g ，C H E NW u - y h o d “M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n gu n dA u t o m a t i o n ，B e l j i n gU n i v c r x i t y √ A e r o n a u t i c sa n dA s t r o r m u l l c s ．B e O i n g1 0 0 0 8 3 。C h i n a A b s t r a e t T h ev a r i a t i o no fc u t t i n gf o r c ea n dc u t t i n gt e m p e r a t u r ef o rA L S ia l l o yc u t t i n gw i t hd i a m o n dc u t t e ra r ei n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec u t t i n gf o r c ea n dC u t t i n gt e m p e r a t u r ea r es y n c h r o n o u s l yi n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo ff e e dr a t e ，t h ef e e dr a t ea sm i n o ra sp o s s i b l es h o u l db ea d o p t e di no r d e rt oa v o i dt h eo v e r h e a ti nc u t t i n g a r e a ．T h em i n i m u mc u t t i n gf o r c ea p p e a r si nac u t t i n gs p e e dr a n g e ，t h ec u t t i n gs p e e di sb e t t e ri nt h i sr a n g ef o r t h ec u t t i n gp e r f o r m a n c ei m p r o v e m e n t ．T h ec u t t i n gt e m p e r a t u r ei si n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fc u t t i n gs p e e d w i t ht h ee x p e r i m e n tr a n g e ． K e y w o r d s m a t e r i a ls y n t h e t i ca n dw o r k i n gt e c h n o l o g y ；A I S ia l l o y ；m e t a lc u t t i n g ；c u t t i n gf o r c e ；c u t t i n g t e m p e r a t u r e p、譬甚届 万方数据