不同介质下高速铣削钛合金时切屑的变形研究（上）

HEATS

　　钛合金的切屑变形研究起始于二十世纪五十年代，许多国外的著名学者如M.C.Shaw，N.H.Cook，O.W.Boston，M.E.Merchant，M.Field，R.Komanduri，H.Schulz等人都做了大量的研究工作；国内的一些高校和科研院所如西北工业大学、南京航空航天大学等也从事了相关的研究。

4 p0 |" [5 j8 v; s5 o

　　目前，关于切屑变形的研究多集中在变化切削参数、刀具材料、刀具几何尺寸等方面，特别是对低速切削状态下的切屑变形规律的研究比较多。对于变化切削介质特别是采用干切削或无污染、少污染的切削介质时的切屑变形的高速切削试验研究还很少。另外，关于切削变形规律的研究，以车削居多，而高速铣削方面的研究比较少。本文重点对干铣削、空气油雾和氮气油雾介质下高速铣削钛合金时的切屑变形规律进行试验研究。

　　图1试验用刀片及铣削示意图

表1 铣削参数 切削参数 参数取值 铣削速度vc(m/min) 190 250 275 300 3 n; c7 ~/ c% C% d4 ? m轴向切深ap(mm) 5 7 " s3 C& o! H- S2 [# p) W! Z径向切深ae(mm) 1 " o; Q, t* d; ]4 e$ G- s( w每齿进给fz(mm/r) 0.1 刀具悬长L(mm) 46

　　(ap=7mm，vc=250m/min，rs=1.6mm)

图2不同介质下的切屑状态

 

　　(ap(ap=5mm，rs=0mm)

图3空气油雾时不同铣削速度下的切屑形态

　　1试验方案

　　钛合金高速铣削的切屑变形试验所用刀具和刀片如图1所示。刀片为K40硬质合金刀片。刀具有关几何参数如下：直径25mm，齿数2；刀尖圆弧半径rs：0mm和1.6mm，前角：25°，后角：30°，主偏角：90°，修光刃长度：1.2mm，切削刃长度15mm。采用顺铣的方式，分别在干铣削、空气油雾和氮气油雾介质下开展高速铣削试验，分析研究铣削速度、铣削介质对钛合金切屑变形的影响。铣削参数见表1。2试验结果分析切屑变形的宏观分析不同介质下的切屑形态

5 ^1 C6 _' p$ w, H

　　不同介质下高速铣削钛合金时，由于刀具与切屑之间的摩擦状况和散热条件不同，切屑的形状和表面状况也有一定差异，如图2所示。与干铣削相比，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。不同铣削速度下的切屑形态

+ d1 ]: `, E' B, ]" o

　　钛合金的高速铣削试验中，在不同的铣削速度的情况下所产生的切屑形态来分析是有很大的区别的，因此铣削速度对切屑宏观形态的影响较大，图3即为在不同的铣削速度下的切屑照片。

( T7 O: N4 A2 m. c

　　从上图的分析可以得出随着铣削速度的增加，切屑的形态越来越规则，尤其是当铣削速度达到300m/mim时，经过计算和测量，切屑的长宽和理论值很接近(钛合金的变形系数很小几乎等于1，甚至小于1)。产生不规则切屑的原因主要是速度越低，切屑和刀具接触的时间越长，切屑和刀具之间摩擦时间就较长，因而速度较低时切屑的变形就比较明显，而速度越高时，切屑受到刀具摩擦的时间就越短，切屑的变形就越不明显；另外随着铣削速度的增大，铣削温度会逐渐升高，摩擦系数下降，切屑受到的摩擦力越小，因而切屑的变形就越小。

1 n! \, @& H. z& G

　　通过试验，发现不同速度下高速铣削钛合金时，干铣削和氮气油雾介质时的切屑形貌也有相同的规律，在此不再分析。

; v$ c8 b: `9 Y- d) f 9 s; R* W3 E- \: ` _

　　(ap=7mm，vc=300m/min，rs=1.6mm)

图4不同切削介质下切屑局部正面SEM照片

7 O a# y) r* ~$ `" T5 u! p: W / |. C Q1 N) v5 E1 g/ e- E/ Q* G

　　(ap(ap=5mm，vc=300m/min，rs=1.6mm)

图5氮气油雾介质下切屑裂纹区的SEM照片

$ n9 n: ?/ p$ }3 j& G* F

　　(ap(ap=7mm，vc=300m/min，rs=1.6mm)

图6不同介质下切屑的金相照片

. H: ~4 [ b! I% v' q