·442 北京科技大学学报 1995年No.5 合并式(10)和式(19)，得到第二变形区材料变形的总功率W: W-+W号bL+2)82可0 (20) 由式(9)及式(20)，求得切削区的材料变形总功率W为： w=w+形，=bn0-司4+号u+2L sinΦ cos(④-r) (21) 声发射信号与声发射源间呈比例关系，因此，二维切削模型上的金属切削声发射理论模型为： RMS=C3tb U oco0=74+号亿+20 cosr sinΦ cos(④-r） (22) 式中，C,~比例常数，RMS:声发射包络信号强度均方根值， 可以看出，金属切削过程声发射信号与切削速度、切削宽度、切削厚度、工件材质及刀具 角度等切削参数有关.但它们不是简单的线性关系，因为切削参数的变化同时引起材料切屑变 形率的改变，使得剪切角变化.因此，由于切屑变形率的中介作用，式(22)模型是复杂的， 2 实验验证及分析 实验是在C6140普通车床上进行.工件有35#、45#和铝棒料·刀具选取三角形外圆机夹 车刀，刀片材料为YT14硬质合金.锋利切削刃进行车削时可近似认为是二维切削状态，车 削条件下，切削厚度即切削深度a,切削宽度为进给量f 通过实验，观察了切削用量、工件材质对声发射信号强度(RMS)的影响.图3、图 4、图5及图6是几组实验数据，结果表明，(1)随着切削速度增加，AE强度增大；(2)进 给量和切削深度对AE强度影响不大；(3)切削较硬材料时，AE强度变大， 16- 35#f=0.08mm/r 10r 35#n=1000r/min 12 a,=1.45mm f=0.08mm/r 1 0 三 0 + 6 4 0 0 2/ 0.0 0.5 1.0 15 0.00.40.81.21.6 Um·s1 d/mm 图3声发射包络信号RMS值与切削速度的关系 图4声发射包络信号RMS值与切削深度的关系 按照切削原理，当切削速度增加时，工件材料的剪切应力增大，因而声发射信号强度增 加·切削较硬工件材料，材料剪切强度τk大，使得切削剪切应变区、刀屑接触区（特别是 粘结区)两大声发射源活动更加激烈，AE信号强度增加.图3及图6的实验结果与理论模 型相吻合， 可以用切屑变形率的中介作用解释切削深度及进给量与AE强度关系实验结果（见图 4、图5)·增加切削深度和进给量会同时带来两方面的结果，一方面使得投入切削的工件材北 京 科 技 大 学 学 报 199 5 年 N o . 5 合 并 式 ( 01 ) 和 式 ( 19 ) , 得 到 第 二 变 形 区 材 料 变形 的总功 率 叽 : 二 一 二 . + 二 一 合 T沪 1 ( “ 十 2 “ · ) S i n 中 c o s (中 一 r ) (2 0 ) 由式 ( 9) 及 式 ( 2 0) , 求 得 切 削 区 的材 料 变 形 总 功 率 W 为 : w 一 二 + , , 一 : 卜 。 1 。「一 , 里兰典一 : . 、 李 。: + ZL , 、 一三卫巫一 1 `2 1、 ` ’ 一 L ” in O co s( 。 一 r) 一 ’ 3 ` - 一 1, co s( 。 一 )r 」 沪勺 声 发 射信号与声 发射 源 间呈 比例关 系 , 因此 , 二 维切 削模型上的金属切削声发射理论模型为 : ; 、 、 一 c , 万 : 、 。 . 。「 , 一华9兰李 二 一 , : 1 + 华 。: 十 2 。 ) - 三鱼鱼一 1飞 `2 2、 ’ t ” L s i n o c o s (。 一 r ) 一 ’ 3 、 一 一 ’ co s (。 一 r ) J J 式 中 , C 3 一 比例 常数 , R M & 声 发 射包 络 信号 强度 均 方 根 值 . 可 以 看 出 , 金 属切 削过 程声 发射信号 与切削速度 、 切削宽度 、 切削厚度 、 工件材质及 刀具 角 度等 切 削参数有 关 . 但它 们不 是简单 的线性关系 , 因为切削参数的变化 同时引起材料切屑变 形率 的改 变 , 使得剪切角变化 . 因此 , 由于切 屑变 形率 的中介作 用 , 式 ( 22) 模 型是复杂 的 . 2 实验验证 及分 析 实验 是在 C 61 40 普 通车 床上 进行 . 工件 有 35 # 、 45 # 和铝棒 料 . 刀具 选取三角形外圆机夹 车刀 , 刀 片材 料 为 Y l , 14 硬 质合 金 . 锋利 切削 刃 进 行车 削时 可近似认 为是二 维切 削 状态 . 车 削条件 下 , 切 削厚 度 即切 削深度 a p , 切削 宽度 为进 给量 f 通过 实验 , 观 察 了切 削 用 量 、 工 件 材 质 对 声 发 射信号 强度 ( R M )S 的影 响 . 图 3 、 图 4 、 图 5 及 图 6 是几 组实 验 数据 . 结果 表 明 , ( l) 随着 切削速 度增 加 , A E 强度 增大 ; ( 2) 进 给量 和切 削深 度对 A E 强度 影 响不大 ; ( 3) 切 削较 硬 材料 时 , A E 强度 变大 . 乞ù A[ x日 . 芝叫5 川| 一 - 一 一一十一 lo 一 一 ~ 厂一 一 一卜一么 三斗一公 产 . ì ó 与 与一A三x . 的之叱 O _ 0 . 0 一「件 - 一一一升 - 一 二一_ 止 3 5 称 . = 1 0的 r l面 n f = o刀s m / r O O O O O O O e U 了m · s a 口功丈。 图 3 声发射包络信号 R M S 值 与切 削速度 的关 系 图 4 声发射包络信号 R M S 值 与切 削深度 的关系 按 照切 削原 理 , 当切 削 速度增 加 时 , 工 件 材料 的剪切 应力 增大 , 因而 声发射 信号 强 度 增 加 . 切削较 硬工 件材 料 , 材料 剪切 强度 : k 大 , 使 得切 削剪 切应 变 区 、 刀 屑接 触 区 ( 特 别 是 粘结 区 ) 两大 声 发射 源活 动更 加激 烈 , AE 信 号强 度增 加 . 图 3 及 图 6 的 实验 结 果 与理 论模 型相 吻合 . 可 以用切 屑 变形 率的 中介 作 用解 释 切 削深 度 及 进 给量 与 A E 强度 关 系 实 验 结 果 (见 图 4 、 图 5) . 增加 切削深 度 和进 给量 会 同时带来 两 方 面的结果 , 一方 面使得 投人 切 削 的工 件 材