第2章超精密切削与金刚石刀具.pptVIP

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五、切削刃锋锐度对加工表面残留应力的影响从实验的结果可知,在超精密切削条件下:1)用锋锐的rn=0.3μm的金刚石车刀切削时,加工表面的残留应力,要比用较钝的rn=0.6μm的刀具切削时低得多。2)背吃刀量ap减小,可使残留应力减小。3)当背吃刀量ap减小到某临界值时(在本实验条件下为ap=1μm,这和切削刃钝圆半径rn值有关),再继续减小背吃刀量,却使加工表面残留应力增大。表2-4不同锋锐度刀具切铝合金的加工表面残留应力切削条件表面残留应力/MPa切削速度v/(m/min)进给量f/(μm/r)背吃刀量ap/μm切削刃钝圆半径rn=0.3μm切削刃钝圆半径rn=0.6μm314510-67.0-118.231455-42.3-95.131452-28.4-57.631451-20.3-48.031450.5-26.0-60.81.最小切削厚度定义:超精密切削实际达到的最小切削厚度。超精密切削最小切削厚度与刀具、锋锐度、工件材料、机床特性、切削环境等因素有关。目前,使用极其锋利的金刚石刀具在机床最佳条件下可以实现纳米级连续稳定的切削。第六节金刚石刀具超精密切削中的若干理论问题一、超精密切削能达到的最小切削厚度实际切削达到的最小切削厚度图2-23日本大阪大学和美国LLL实验室得到的切削厚度极小的切屑(SEM照片)a)hD=30nmb)hD=3nmc)hD=1nm切削刃钝圆半径rn和最小切削厚度的关系图2-24极限最小切削厚度和切削刃钝圆半径rn的关系切削刃钝圆半径rn和最小切削厚度的关系现分析临界点A的受力变形情况.如图2-24b所示,在A点处工件受水平力Ff和垂直力Fp作用。这两力也可分解为A点处的法向力FN和切向力Fτ,则FN力和Fτ力可用下式计算:切削刃钝圆半径rn和最小切削厚度的关系分析该方程式可知,当切削刃钝圆半径rn为某值时,能切下的最小切削厚度hDmin和临界点处的有关,并和刀具工件材料间的摩擦因数有关。在切削时,A点处的值和工件材料的强度、伸长率、摩擦因数有关,并和A点位置的高低有关。根据经验,A点处的值一般在0.8~1范围内。对于用金刚石刀具进行的超精密切削,根据经验可以取Fp=0.9Ff。二、金刚石刀具晶面选择对切削变形和加工表面质量的影响图2-25金刚石和铝合金2A12间的摩擦因数从实验结果可以看到:1)(100)晶面的摩擦因数曲线有4个波峰和波谷;(110)晶面有两个波峰和波谷;(111)晶面有三个波峰和波谷。2)如都以摩擦因数低的波谷比较,(100)晶面的摩擦因数最低;(111)晶面次之;(110)晶面最高.3)如比较同一晶面的摩擦因数值的变化,(100)晶面的摩擦因数差别最大(0.06~0.11);(110)晶面次之;(111)晶面最小.金刚石刀具晶面不同对切削变形的影响剪切角?的计算。假设切削过程为直角自由切削,这时剪切角可用下式计算,即式中,Λh为变形系数;γo为前角。实测两把刀切下的不同材料的切屑厚度,计算出变形系数,再计算出实际切削时的剪切角(见表2-5)材料名称铝合金2A02黄铜纯铜车刀42°38°32°车刀38°28°27°表2-5车刀实际切削时的剪切角用日本的X射线应力测定仪MSE-2M检测加工表面层的残留应力,从实验结果可看到,这两把金刚石车刀切出的加工表面层都有残留压应力,用(100)晶面的车刀切出的表面层残留压应力小于用(110)晶面的车刀所切出的,特别是切向残留应力。摩擦因数小的(100)晶面作为金刚石刀具的前、后刀面,可使切削变形减小,并可减小后面与加工表面间的摩擦,这是加工表面残留应力能减小的原因。图2-26不同晶面金刚石刀具的加工表面粗糙度试件材料纯铜金刚石刀具晶面不同对加工表面质量的影响(100)晶面的刀具要比(110)晶面的金刚石刀具磨损小得多。图2-27不同晶面金刚石刀具切削纯铜后的磨损情况a)(100)晶面刀具b)(110)晶面刀具金刚石刀具晶面不同对刀具磨损的影响现在经常遇到单晶体材料需要进行超精密切削,如单晶锗、KPD、LiNbO3、单晶铝、单晶铜等.由于单晶体具有很高的各向异性,切削变形和已加工表面质量都受到各向异性的影响.在超精密切削多晶体材料时,切削厚度d通常小于多晶体材料的平均晶粒尺寸D.切削变形过程实际上是在单个晶粒内进行的,就必须认为材料是由不同晶向的单晶体所组成的不连续体.三、工件材料的晶体方向对切削变形和加工表面质量的影响图2-28超精密切削多晶体材料工件材料的

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