不同介质下高速铣削钛合金时切屑的变形研究（下）

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　　切屑变形的微观分析

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　　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。

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　　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

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　　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。

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　　图7铣削速度对剪切角的影响(r=1.6)

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　　剪切角f的比较

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　　图7为剪切角f随速度变化的曲线。

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　　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

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　　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。