一種改變切屑與前刀面之間摩擦變形的切削方法及刀具技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種改變切屑與前刀面之間摩擦變形的切削方法及刀具，在切削加工的同時(shí)加入高壓噴射氣體或液體進(jìn)行輔助加工的操作，切屑與前刀面之間，沿逆切屑流向噴射高壓氣體或液體在切屑與前刀面之間產(chǎn)生楔力，以改變切屑與前刀面的摩擦變形。與之相應(yīng)的在刀體前端設(shè)有高壓噴嘴，刀體內(nèi)設(shè)有刀體通道與高壓噴嘴相通，刀體同氣體或液體壓縮設(shè)備連接，通過刀體通道將高壓氣體或高壓液體引向高壓噴嘴，高壓氣體或液體由高壓噴嘴沿前刀面噴向切屑與前刀面之間。該方法及配套使用的刀具可以使刀具在切削速度遞增過程中，避免出現(xiàn)無法承受的高溫的影響，緩解切屑對(duì)刀具的沖擊，進(jìn)一步提高切削速度，可極大的提高生產(chǎn)效率，適于在車床加工領(lǐng)域廣泛推廣。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種切削方法及，與這種方法相配套的刀具，尤其涉及一種改 變切屑與前刀面之間摩擦變形的切削方法及能夠噴射高壓氣體或液體的刀具。
技術(shù)介紹
隨著對(duì)高速切削的認(rèn)知，有人認(rèn)為現(xiàn)在己經(jīng)進(jìn)入高速切削時(shí)代，過去的理 論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)過時(shí)，只要采用大前角的刀具和高轉(zhuǎn)速的切削就能提高 工作效率。另外，薩洛蒙的切削理論只是通過切削時(shí)刀具的溫度和切削速度變 化的表述，隨著生產(chǎn)實(shí)踐的深入，迫切需要在金屬切削原理基礎(chǔ)上，通過第一 剪切區(qū)的剪切變形和第二剪切區(qū)的摩擦變形的過程，對(duì)高速切削有一個(gè)客觀的 理解和認(rèn)識(shí)。根據(jù)圖1所示，公知技術(shù)一在第一變形區(qū)，切削表現(xiàn)為加工工件B的切 削層對(duì)刀具A的沖擊，剪切面是在刀刃前面一點(diǎn)的地方形成，此時(shí)，所產(chǎn)生的剪切溫度不會(huì)對(duì)刀具A造成影響，對(duì)刀具A能造成影響的是在前刀面E第二變 形區(qū)a。公知技術(shù)二美國(guó)沃漢工程師用"彈道切削"的高速切削實(shí)驗(yàn)，得出的 分析的數(shù)據(jù)，"來研究高速切削的過程，研究指出，在高速切削條件下，切屑C 的形成過程和普通的切削不同，隨著切削速度的提高，塑性材料的切屑C形態(tài)， 將從帶狀，片狀到碎屑不斷演變，單位切削力初期呈上升趨勢(shì)，而后急劇下降。 這些現(xiàn)象說明，在高速切削條件下，材料的切削機(jī)理將發(fā)生變化，切削過程變 得比常規(guī)切削輕松容易。"沃漢也提到，隨著切削溫度的提高，達(dá)到絕熱條件后， 使熱能量限制在特定的滑移區(qū)，因?yàn)樘囟ɑ茀^(qū)的軟化，發(fā)生附加滑移，最終 得到完全剪切，研究表明，剪切區(qū)有一個(gè)原來固體材料的量，當(dāng)切削速度提高 后，在剪切區(qū)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很小的熔化區(qū)，從而導(dǎo)致固體材料量的減少。剪切區(qū)分解成平行于剪切平面的極小厚度的平面。因而可以得出結(jié)論根據(jù)剪切層能量平衡方程的解，說明絕熱過程可能發(fā)生，并產(chǎn)生非常薄的傳遞層。以上可以說明高速切削和傳統(tǒng)切削機(jī)理的區(qū)別，就在于第一變形區(qū)b剪 切面發(fā)生了液化和沒有液化的區(qū)別，在薩洛蒙理論曲線的高速區(qū)，因剪切面的液化，剪切區(qū)分解成平行于剪切平面的極小厚度平面，使切削變成了刀刃對(duì)剪 切層的剝離過程，切屑才會(huì)形成碎屑，因此在前刀面才會(huì)沒有造成高溫給刀具A 的影響。而在傳統(tǒng)的切削區(qū)，因?yàn)榧羟忻鏇]有產(chǎn)生液化，切削層經(jīng)過剪切，滑移至前刀面E，形成切屑C與前刀面F的摩擦變形(在第二變形區(qū)a)，隨著切 削速度遞增所產(chǎn)生的溫度，正如薩洛蒙所述"由于速度太高，(高于刀具材料 允許的最高溫度t0)任何刀具A都無法承受，切削加工不可能進(jìn)行。"于是他提 出了不可切削區(qū)域，并稱之為"死谷"。因此可以在金屬切削原理的基礎(chǔ)上得出高速切削機(jī)理的定義在高速區(qū)內(nèi)，當(dāng)切削速度遞增到刀具A所能承受的最低 值的切削速度時(shí)，因第一變形區(qū)b剪切面產(chǎn)生液化，使第二變形區(qū)a切屑與前 刀面F的摩擦變形極度下降，甚至消失，刀具A的切削條件隨著切削速度的遞 增而逐漸改善(參考《高速切削技術(shù)及應(yīng)用》機(jī)械工業(yè)出版社張伯霖主編)。高速切削機(jī)理的本質(zhì)是客觀存在的，是在切削速度達(dá)到能使第一變形區(qū)剪 切產(chǎn)生液化時(shí)所表現(xiàn)出的規(guī)律，在沒有達(dá)到這種速度的現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)時(shí)，不可盲目 地加大刀具的前角來提高速度，把高速切削的理論理解簡(jiǎn)單化，從金屬切削原 理的角度講，高速切削是刀具并不適合采用大的前角。但是，如果能夠從金屬切削原理的基礎(chǔ)上對(duì)高速切削有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí)和 定義就會(huì)在生產(chǎn)實(shí)踐中產(chǎn)生非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，從薩洛蒙的理論曲線(如圖2 所示)中可以得出同一種加工材料與不同材質(zhì)的刀具其Ui與Uh的對(duì)應(yīng)值是 不同的，同一種刀具對(duì)不同加工材料，其Ui、 Uh值也是不同的，同一種加工材 料與同一種刀具因切削方法不同，其Ui、 Uh值也是不同的，這說明薩洛蒙稱之 為"死谷"的不可切削區(qū)域時(shí)一個(gè)變數(shù)區(qū)，隨著刀具材質(zhì)的提升和切削方法的 進(jìn)步，首先有些熔點(diǎn)低的被加工材料，切削時(shí)Uc值可能會(huì)被超過，從薩洛蒙的 實(shí)驗(yàn)曲線中就可以發(fā)現(xiàn)軟鋁曲線就沒有"死谷"出現(xiàn)、其實(shí)，在生產(chǎn)實(shí)踐中， 一些好的切削方法的發(fā)現(xiàn)，會(huì)使這一變數(shù)區(qū)發(fā)生變化，例如現(xiàn)在推廣的干切削技術(shù)，用改善材料被切削部位的物理力學(xué)性能，減少切削阻力的"激光輔助 干車削"，以及冷卻刀具的切削部位吸收切削發(fā)熱量的"液氮冷卻干切削"(參 考《高速切削技術(shù)及應(yīng)用》機(jī)械工業(yè)出版社張伯霖主編)。從《金屬切削加工理論》(機(jī)械工業(yè)出版社中山一雄(日)著)中的第四章所記載的"切削所消耗的能量"切削時(shí)所需要的能量，有99%消耗在剪切變 形功Ws和切屑與前刀面的摩擦功Wc， Wc分為切屑與前刀面真正所消耗的功Wcl和切屑內(nèi)部二次滑移Wc2， Wc=Wcl+Wc2。而這些功能除了有很小一部分被分散 存儲(chǔ)(僅占百分之幾以下)，大部分轉(zhuǎn)化為熱，正是高速所產(chǎn)生的高溫，a、"前 刀面處帶來了減少摩擦應(yīng)力，減小摩擦角，增大剪切角，減小切削力等一連串 結(jié)果，(第七章)同時(shí)，剪切角的增大，也改變了切屑形態(tài)，使切屑向連續(xù)性的 方向變動(dòng)，即從崩碎形一擠裂形一帶狀變動(dòng)(第二章)，可以說這些都是所希望 的"，這些都是在傳統(tǒng)切削機(jī)理中，高速下所產(chǎn)生的切削情況，但是也正是如此， 也產(chǎn)生了不希望的刀具磨損變化結(jié)合美國(guó)沃漢工程師利用"彈道切削"來研 究高速切削過程的實(shí)驗(yàn)"塑性材料的切屑形態(tài)，將從帶狀、片狀到碎屑不斷演 變，單位切削力初期呈上升趨勢(shì)，爾后急聚下降。"根據(jù)(第四章)切屑在前刀 面上的摩擦速度Vc，僅僅為切削速度的1/2 1/5，而在切削中，切削動(dòng)力W大 致與切削速度V成比例地增大，其中切屑的動(dòng)能與V的三次方成比例增大，切 屑沿刀具前刀面以某種速度流出所必須的動(dòng)能Wm，在一般那的切削條件下與整 個(gè)切削功相比是非常小的，小到完全可以忽略不計(jì)，因此，在刀具的前刀面上， 當(dāng)切削速度達(dá)到刀具無法承受的高溫時(shí)，利用比切削速度高得多的噴射力，作 用在切屑與前刀面之間，會(huì)使切屑的形成過程和普通切削不同，能帶來所希望 的影響，甚至可以避免刀具進(jìn)入"死谷"。因?yàn)?切削溫度隨著切削速度的增加 而逐漸上升，但切削力呈下降趨勢(shì)"，所以切削速度越高，這種方法越有效。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本專利技術(shù)提出一種利用高壓噴射氣體或液體噴向 切屑與前刀面之間，在切屑與前刀面間形成一種楔力，來改變切屑與前刀面之 間摩擦變形的方法，及與這種方法相對(duì)應(yīng)配套使用的能夠噴射高壓氣體或液體 的刀具。其技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段如下一種改變切屑與前刀面之間摩擦變形的方法，其特征是在切削加工的同時(shí) 加入高壓噴射氣體或液體進(jìn)行輔助加工的操作，所述高壓噴射氣體或液體輔助 加工操作為在切屑與前刀面之間，沿逆切屑流向噴射高壓氣體或液體在切屑 與前刀面之間產(chǎn)生楔力，以改變切屑與前刀面的摩擦變形。一種能夠噴射高壓氣體或液體的刀具，其特征在于刀體前端設(shè)有高壓噴嘴， 刀體內(nèi)設(shè)有刀體通道與高壓噴嘴相通，刀體同氣體或液體壓縮設(shè)備連接，通過 刀體通道將高壓氣體或高壓液體引向高壓噴嘴，所述高壓氣體或液體由高壓噴 嘴沿前刀面準(zhǔn)確的噴射在切屑與前刀面之間。由于采用了上述技術(shù)方案，本專利技術(shù)提供的改變切屑與前刀面之間摩擦變形 的方法及能夠噴射高壓氣體或液體的刀具，可以使刀具在切削速度遞增過程中， 避免出現(xiàn)無法承受的高溫的影響，緩解切屑對(duì)刀具的沖擊，進(jìn)一步提高切削速 度，當(dāng)噴射力足夠大時(shí)，使刀具在高速下不會(huì)產(chǎn)生無法承受的不可切削區(qū)域， 可極大的提高生產(chǎn)效率，由于其結(jié)構(gòu)和方法簡(jiǎn)單，不僅便于生產(chǎn)，而且成本本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種改變切屑與前刀面之間摩擦變形的切削方法，其特征是在切削加工的同時(shí)加入高壓噴射氣體或液體進(jìn)行輔助加工的操作，所述高壓噴射氣體或液體輔助加工操作為：在切屑與前刀面之間，沿逆切屑流向噴射高壓氣體或液體在切屑與前刀面之間產(chǎn)生楔力，以改變切屑與前刀面的摩擦變形。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉沛恩，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：劉沛恩，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：21[中國(guó)|遼寧]