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中原工學院畢業(yè)設計(論文)譯文 3.1.2預應變和前角在銅加工中的影響 在上一節(jié)中，講述的是利用傾角為6度的刀具加工退火金屬。在改變預應變和增加前角的這兩種情況下，顯著的降低了切削力大小和切削溫度，但是對于刀具的影響不大。這些說法可能說明了在加工像銅這樣足夠軟的金屬時（當然鋁也一樣），是容許刀具的切削角最大值為40度的。圖3.6的例子展示的是在室內(nèi)，用前角為6?至35?高速工具鋼刀具，吃刀量為0.12毫米至0.2毫米和剪平面角在8?到32?變化變化時，來測量退火和深冷銅加工時的切削力與剪切平面角。當切削速度最低時，切削力的變化超過了6倍。 左圖3.7表示，雖然退火后，預應變明顯比之前大許多，但刀具的接觸應力和前角變化不大。右圖表示，前角為6°到35°刀具，溫升的改變是被均分的。這些現(xiàn)象表明，刀具所受的力是由切削材料決定，而切削條件對其影響不大，然而溫度的改變受切削材料和工作條件的影響卻很大。這是個重要的話題 ，它將會在后面的金屬合金的章節(jié)被提及到。 3.1.3銅和鋁合金的加工 人們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)合金比單一的金屬材料需要更大剪切面和較低的切削力。其中一個重要的原因由于低價值的應變硬化參數(shù)，其次是由于晶片/工具的摩擦（例如摩擦系數(shù)），但是其影響較小，然后就是那些一點也不明顯，說不清為什么的原因了。但是即使切削力較低，但是刀具受到壓力還是很大的。在這一節(jié)，將用銅和鋁合金的加工的例子來對這一現(xiàn)象進行解釋。 圖3.8顯示出銅鎳合金與銅鋅合金的特性。銅鎳合金中含80%的鎳，或許更應該被認為是鎳合金。然而，這種材料比銅和鎳能承受更高的剪切平面角或較高的切削速度。盡管他們的應變硬化特性是相似的，或者說更差些（見附錄4.1）。銅鋅合金是一種廣為人知的一種機器制造材料，它能承受的剪切平面角是銅的兩倍，盡管它們擁有相同的高強度特性（同樣的見附錄4.1）和明顯的更高的摩擦系數(shù)（被作為評測相對大小及其推力和切削力的標準）。（圖3.8描述的是黃銅的加工。在低溫處理后，就能承載較大剪切平面角和較小的切削力）。這兩個例子都是說明為什么它們在室溫下的低應變特性，和單一金屬相比更容易成為機器制造的首選材料的原因。 圖3.9是鋁合金在機械制造中的特性與前角的顯示。角和速度的關系顯示如表3.3。它能承受的剪切平面角為普通材料的5倍，而且它能承受的切削力是純鋁的一半。 在這種其情況下 ，其張力和摩擦系數(shù)和純鋁相比是較小的。銅和鋁合金的例子，它們主要的剪切平面的剪切應力和接觸應力的平均斜度是相似的，或者說比那些單一金屬大一些。圖3.8僅僅顯示k的影響，但是可以被換算為約等于0.6k。圖3.9顯示的是k和的關系。它也表明了，在這種情況下，當傾斜面溫度不變時，傾斜角就減小了。這些不同于圖3.7的觀測記錄，也許是鋁合金能承受的最高溫度的限制吧？ 圖3.9顯示的是機械制造的參數(shù)如何隨著前角的變化而變化的，在這種情況下，當前角大約為35°時，驅(qū)動力過零點。結果表明，這樣一個大的前角在制造機器的薄壁是可以的，但可能造成驅(qū)動力的失真。 然而這部分的要點，在3.2節(jié)工具材料部分廣泛應用。這個范圍的估計值就用k來表示，為0.5~1.0K。 3.1.4加工奧氏體鋼材和高溫鎳鈦合金 奧氏體鋼材，NiCr，和鈦合金與銅和鋁合金是剛好完全相反的。雖然它們的承受的切削力是一樣的，而且剪切平面角更高一點，但是這種材料的壓力和溫度（在給定的切削速度和吃刀量的情況下）會顯著的提高。 圖3.10顯示的是，兩種奧氏體鋼，一種是NiCr,一種是鈦合金。其中一種奧氏體鋼（材料為18Cr8Ni）是一種普通的不銹鋼，而18Mn5Cr這種材料，雖然含碳量也是0.47，但卻是一種結構相當穩(wěn)定且耐磨的材料。NiCr合金是一種商業(yè)性的鉻鎳鐵合金，X750。在所有情況下，吃刀量都是0.2mm，除了鈦鋁合金，因為它是0.1mm。這個角是6度么？除了NiCr合金，因為它的是0。切削力的變化范圍大致為2~4個Gpa。驅(qū)動力大小為1~2Gpa。剪切平面角大致大于25°。大多數(shù)情況下，這種晶體結構是不穩(wěn)定的，且有鋸齒葉緣。這種特性顯示在圖3.10中。圖3.11中顯示的是壓力和溫度。較大的壓力和顯著的溫度變化。 3.1.5低碳合金鋼的加工 碳合金鋼是是介于鋁、銅加工性能與奧氏體鋼和高溫合金之間的一種合金材料。這有兩方面，多數(shù)材料的屈服應力能夠通過鐵碳合金和其他少量金屬來換算。他們之間的熱交換和擴散率導致每次吃刀時都產(chǎn)生的熱量，當然也與切削速度有關。 圖3.12顯示的是在切削速度不變情況下，棒料旋轉(zhuǎn)時測量的典型的切削力和切削平面角的變化，這些棒料直接通過熱軋工藝制造沒經(jīng)過任何的熱處理。當切削速度達到100m/min，切削力為2~3Gap時，純鐵的軟管相似（圖3.3）。但是隨著切削速度的上升，他們之間的差別逐漸減小。對于多數(shù)的合金體系，同樣的方法，鐵合金的剪切角與純鐵相比增大了。 在熱軋的條件下，鋼（除之前提及到奧氏體外）中有一種叫做鐵素體和珠光體的結構（或者擁有較高碳含量的碳鋼材料）。由于珠光體的存在，隨著碳含量提高，材料的的硬度也提高了。右圖3.13顯示的是隨著圖3.12碳含量的提高，k和的變化。另外，結果已經(jīng)包括，含碳量為0.13C和0.4C鋼材的加工。k和的增長很明顯。右表的數(shù)據(jù)也表明，對于給定的切削速度，如果提高含碳量，切削溫度會隨之提高的。這是由于剪切力的提高。這篇關于切削力和切削溫度的在不同的合金組織的變化的簡短調(diào)查結束了。刀具所受的力主要取決于它加工的金屬，與切削條件也有一小部分的關系（盡管刀具的剪切面傾角，切削速度，吃刀量變化很明顯）。溫度，一方面不僅取決于加工的材料（材料承受的壓力和熱性能），另一方面也與切削速度和吃刀量有關。 3.1.6機械加工中的切屑瘤 先前的說法中，取材的數(shù)據(jù)主要是切削速度大于100m/min的。這是由于在稍低的切削速度和吃刀量下，加工中會產(chǎn)生切屑瘤。在第2章中，已經(jīng)有顯示了切屑瘤的產(chǎn)生的圖片。圖3.14顯示，對于含碳量0.15鋼材，專性力和剪切角變化都是與此有關聯(lián)的。在這個例子中，在切削速度為25m/min時會產(chǎn)生最大的切屑瘤。這里，專性力通過最低點，而剪切角達到最大點。從本質(zhì)上講，這或許可以解釋為切屑瘤增大了刀具切削角的有效部分。 切屑瘤的出現(xiàn)于較低的切削速度或者說是幾乎所有的金屬加工中，它提供了一種能夠緩解在低速時隨時可能發(fā)生較大應變 (小剪切平面角)的方法。對于那些產(chǎn)生切屑瘤的合金，當在能夠產(chǎn)生最大切屑瘤的切削速度下，提高吃刀量。圖3.15收集的數(shù)據(jù)是關于三價鐵合金和結構穩(wěn)定、耐磨的合金（Nimonic 80）。高速加工是指切削速度高于能夠產(chǎn)生切削瘤的速度。這些條件都集中在這本書中。 3.1.7 摘要 3.1節(jié)提到的各種專性力和剪切平面角通常指加工鋁、銅、鐵、鎳鈦合金。人們一直在尋求一種材料，這種材料能夠承受金屬切削時的剪切流動應力、幾乎所有的切削速度和吃刀量及切削前角。3.4表列出各種壓力的范圍，接觸應力的峰值可能是表中記錄的平均值的兩到三倍。相反，刀具必須能夠承受由切削速度、吃刀量、切削前角等因素而產(chǎn)生的溫度和材料在加工過程中的性能：擴散率，傳導性和熱容。由于溫度和壓力的嚴格限制，最容易加工的的金屬是鋁合金及銅合金。對于機器來說，最難加工的是奧氏體鋼、鎳耐熱合金、鈦等合金。鐵素體和珠光體鋼材的溫度與壓力變化、碳含量和硬度居于這兩個極端之間。關于這些，本部分特別是那些關于不同合金的剪切平面角的測量的有關報告主要是描述性的。這些仍然是力學預測的一個重要的話題。補充一點，在下一章節(jié)刀具材料的性能中，將描述刀具的材料性能對于抵抗加工中產(chǎn)生的壓力和溫度的影響。