高速切削断屑理论及应用技术的研究

• 作 者: 张慧萍
• 机 构: 哈尔滨理工大学
• 出 处: 哈尔滨理工大学
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 高速切削 切屑折断界限 断裂应变 预报系统 切削加工 数学模型

高速切削是当今世界机械制造业中一项迅速发展的高新技术，已经成为现代金属切削加工技术的重要发展方向。但在实际应用高速切削加工的制造过程中并未达到理想化加工状态，生产线或单机设备的非正常停机率较高，在一定程度上影响其效能的发挥。造成这些问题的主要原因之一是高速切削中切屑控制问题。如何控制高速切削时的切屑形成，使之有规律地卷曲并折断是提高机械制造过程生产效率的关键。因此对高速切削断屑机理进行深入系统的研究，具有重要的理论意义和实用价值。
首先，采用具有代表性的三维复杂槽型车刀片进行了11种常速、高速切削试验，研究了常速、高速车削碳素结构钢-45钢的切屑折断界限变化规归律，得到切屑折断界限曲线及其共性切屑折断界限曲线；在此基础上分析它们的变化规律并与传统的二维槽型车刀片常速切削切屑折断界限变化规律进行比较，发现切削速度与断屑范围（断屑点数）、切削速度与极限进给量之间的变化规律与传统的二维槽型车刀片常速切削断屑性能研究时的线性、单调函数变化关系不同，而是非线性、非单调函数变化规律，其转折速度是v=550m/min；通过三次样条函数、多项式拟合和回归分析等方法建立了切削速度与断屑范围、切削速度与极限进给量之间变化规律的数学模型；并优选出误差小、计算简单的数学模型。
其次，发现在各种切削速度下极限背吃刀量是定值，并且极限背吃刀量曲线是垂直直线，为此，根据切屑折断条件与三维复杂槽型车刀片TNMG160408-QM的槽型特点，推导出加工条件变化时切屑流出角和等效断屑槽宽度的数学模型，在此基础上建立新的极限背吃刀量、极限进给量数学模型。
第三，根据切屑折断原理，设计、制作断裂应变测量装置，对切屑断裂应变随切削速度、进给量、背吃刀量的变化规律进行了试验研究和理论分析；试验结果显示：高速切削时，当背吃刀量ap和进给量f不变的情况下，随着切削速度的增加，切屑的断裂应变先是增加，然后又减小，转折速度是v=550m/min；试验进一步验证常速、高速切削试验得到的切削速度与断屑范围、切削速度与极限进给量之间关系的正确性。
第四，采用聚晶金刚石（PCD）刀具进行了10种速度的高速切削试验，研究了高速切削硬铝合金LY12时的切屑折断界限变化规律；在此基础上建立了切削速度与断屑范围、切削速度与极限进给量的数学模型，并研究了极限背吃刀量的变化规律；根据切屑的折断条件，建立了高速切削铝合金时极限进给量与极限背吃刀量的数学模型。
最后，建立了基于网络的高速切削断屑预报系统。根据生产现场的需求对高速切削断屑预报系统的功能和结构进行分析与设计；研究切屑折断预报技术，以高速切削断屑预报数学模型为理论依据建立切屑折断预报模块；研究基于网络的客户端/服务器技术，利用J2EE技术平台实现多用户通过Internet/Intranet进行访问。