切削比能模型的建立及参数影响分析

发布时间：2019-12-03 10:35

【摘要】：从材料去除机理角度分析了材料去除过程中的能量耗散机理,并对材料去除能耗进行建模量化,推导出切削比能经验公式。根据试验数据拟合出端面车削的切削比能幂率公式,拟合度在95%以上。鉴于切削参数对切削比能影响的差异性,结合试验分析了切削三要素对切削比能的影响机理,研究结果为面向节能的切削工艺参数的制定及低碳制造量化评估清单数据要求提供了基础支持。
【图文】：

示意图,金属切削过程,剪切滑移,滑移线

的弹塑性变形、前刀面与切屑的摩擦、后刀面与过渡表面及已加工表面的摩擦上［１１］，即三个变形区（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）内。如图１所示，第Ⅰ变形区为主要变形区，被切金属层在刀具前刀面的挤压作用下，随着刀具的逼近，被切金属沿滑移线产生剪切变形，表现为弹性变形、塑性变形、挤裂变形，最终被切离工件本体。刀具的机械能逐渐转换为材料的形变能，材料变形程度越高，材料强度硬度越大，耗能量越大。图１金属切削过程中的滑移线和流线示意图［１１］被切金属经第Ⅰ变形区剪切滑移而形成的切屑，在沿前刀面流出时，进一步受到前刀面的挤压而产生剧烈摩擦，产生大量摩擦损耗。摩擦区域分为黏着区和滑动区。在黏着区，在切屑及刀具前刀面间大的压力及高温作用下，切屑底层与前刀面发生黏结，刀具和刀具黏结层与其上层金属间产生金属内部剪切滑移，内摩擦力大小与材料的流动应力特性及黏结面积有关。切屑离开黏结区后进入滑动摩擦区。在该区域内刀屑间的摩擦仅为外摩擦。而外摩擦的大小与摩擦因数以及压力有关，而与接触面积无关。该区域的摩擦作用产生大量的热量，造成热量的耗散。由于刀具钝圆半径或负倒棱的存在使得切削层中有很薄一层无法切除而被刀具挤压留在已加工表面，该部分金属在沿后刀面流出时，又受到后刀面上一段棱面的挤压并相互摩擦，这种剧烈的摩擦使工件表层金属受到剪切应力，随后开始弹性恢复。该区域产生变形和回弹，造成表层金属的纤维化和加工硬化，形成加工变质层。机械能转化为新表面形成能。由此可知，在切削过程中，机床系统向切削模块不断提供能量，切削模块的机械能逐渐转化为材料的形变能、摩擦热量及新表面形成能等，能量、物料、信息流在整个加工系统中的传递

切削比,切削速度,最小二乘拟合,趋势线

ｖ＞５０ｍ／ｍｉｎ时，随着切削速度继续升高，切削比能则逐渐降低（具体原因将在下节中详细展开）。下面分段对其进行统计分析：当切削速度ｖ＜５０ｍ／ｍｉｎ时，切削较不稳定，由于工艺系统的振动对刀具产生冲击，以及积屑瘤的产生和消失等原因使切削力变化较大，根据所测数据进行拟合后分别得到ｅｓ＝２．０２ｖ０．０８，ｅｓ＝２．６４ｖ０．０２，，ｅｓ＝２．７２ｖ０．０１，它们差距较大，难以形成统计规律。而当切削速度ｖ＞５０ｍ／ｍｉｎ时，切削较平稳，图４所示为对所得数据进行拟合所得的曲线。图４切削比能与切削速度的拟合曲线经最小二乘拟合得到图４所示的拟合趋势线及切削比能与切削参数的指数拟合方程，保留两位有效数字，采用数理统计知识，利用ｔ检验法经显著性检验后，拟合方程ｅｓ＝２．１１ａ－０．０４ｐｆ－０．３１ｖ０．０８与实际数值的拟合度均在９５％以上，由此可以判定，在常用切削速度范围内（ｖ＞５０ｍ／ｍｉｎ），切削速度与切削比能也呈指数关系。由此获得切削比能试验模型：ｅｓ＝ｆ（ａｐ，ｆ，ｖ）ｖ＜５０ｍ／ｍｉｎ２．１１ａ－０．０４ｐｆ－０．３１ｖ－０．０８ｖ≥５０ｍ／｛ｍｉｎ（２５）２．３切削参数对切削比能的影响分析在切削系统已经确定的情况下，切削参数成为影响切削比能的主要因素，切削参数主要通过影响材料去除时的变形量及刀屑界面的摩擦力来影响切削比能。下面利用单因素法，结合切削力变化趋势，研究切削参数对切削比能的影响。２．３．１进给量对切削比能及切削力的影响图５所示为ａｐ＝１

【参考文献】