·1210. 工程科学学报，第39卷，第8期 数据采集计算机 电荷放大器数据采集仪通道变送器 件 图4切削实验平台 Fig.4 Cutting test platform 表3切削能计算结果 Table 3 Calculated cutting energy results 车刀类型 F,/N F/N a/mm N/(M0m3) N/(M0m3) N/(0m3) 原车刀 155.26 350.68 0.3003 1168.93 832.96 335.97 新型微坑车刀 148.60 321.84 0.2997 1072.80 753.79 319.01 降低比例 4.48% 8.96% 0.20% 8.96% 10.50% 5.32% 型微坑车刀微坑的存在，形成了新的刀屑力学平衡，根 知，以上作用力的减小进而直接造成微坑车刀切削过 据切削实验切削力测试结果，新型微坑车刀切削过程 程总输入能、剪切能和摩擦能的降低 的切屑力学模型合力作用线较原车刀发生了以作用线 由切削能量分配理论可知，在切削过程中绝大部 中心为轴心的逆时针转动，建立起新的刀屑接触状态， 分的切削能都转变成热量，没转变成热的能量仅占全 刀屑分离点沿着微坑内壁向着远离主切刃的方向移 部切削能的1%~3%.刀具前刀面切削温度与刀具寿 动，随着切削过程的不断进行，当分离点移动到前刀面 命紧密相关]，因而本研究关注刀具前刀面切削温度 上的某处时，刀屑接触状态再次形成新的平衡.原车 与切削能的关系，并从中探索切削能对刀具切削温度 刀和新型微坑车刀切削过程的力学模型如图5所示. 的影响规律. 由式(11)可知，相比较原车刀摩擦角B减小，同时平 假定塑性变形功完全变成热量[，则剪切面上单 衡力系内的各作用力也相应发生或大或小变化.由于 位时间单位面积的热量q,为： 切削条件不变，忽略法向力F。的微小变化，由式(6) ~式(11)可知，新型微坑车刀的摩擦角减小，从而造 9.= sin中. (17) a.d 成刀具对切屑的作用合力F、主切削力F、进给抗力 单位切削体积的剪切能N为兰 假设剪切 F,、剪切面上切向力F,以及前刀面上摩擦力F,均减 va.d 小.而切削实验测得新型微坑车刀较原普通车刀主切 面上流入切屑的热量为R9.,流入工件的热量为(1- 削力降低8.96%，进给抗力降低4.48%，显然理论分 R,)q。,若不计热量损失，则切屑在剪切面的平均温度 析与实验测量结果相吻合.再由式(14)~式(16)可 日.应为： 切屑 切屑 工件 工件 刀具 刀具 微坑 (a) 图5车刀受力关系.(a)原车刀受力关系：(b)新型微坑车刀受力关系 Fig.5 Turning force relations:(a)ordinary tuming tool;(b)new micro-pit turning tool工程科学学报,第 39 卷,第 8 期 图 4 切削实验平台 Fig. 4 Cutting test platform 表 3 切削能计算结果 Table 3 Calculated cutting energy results 车刀类型 Fy / N Fz / N ac / mm Ns / (MJ·m - 3 ) Nss / (MJ·m - 3 ) Nsf / (MJ·m - 3 ) 原车刀 155郾 26 350郾 68 0郾 3003 1168郾 93 832郾 96 335郾 97 新型微坑车刀 148郾 60 321郾 84 0郾 2997 1072郾 80 753郾 79 319郾 01 降低比例 4郾 48% 8郾 96% 0郾 20% 8郾 96% 10郾 50% 5郾 32% 型微坑车刀微坑的存在,形成了新的刀屑力学平衡,根 据切削实验切削力测试结果,新型微坑车刀切削过程 的切屑力学模型合力作用线较原车刀发生了以作用线 图 5 车刀受力关系. (a) 原车刀受力关系; (b) 新型微坑车刀受力关系 Fig. 5 Turning force relations: (a) ordinary turning tool; (b) new micro鄄pit turning tool 中心为轴心的逆时针转动,建立起新的刀屑接触状态, 刀屑分离点沿着微坑内壁向着远离主切刃的方向移 动,随着切削过程的不断进行,当分离点移动到前刀面 上的某处时,刀屑接触状态再次形成新的平衡. 原车 刀和新型微坑车刀切削过程的力学模型如图 5 所示. 由式(11)可知,相比较原车刀摩擦角 茁 减小,同时平 衡力系内的各作用力也相应发生或大或小变化. 由于 切削条件不变,忽略法向力 Fn 的微小变化,由式(6) ~ 式(11)可知,新型微坑车刀的摩擦角减小,从而造 成刀具对切屑的作用合力 Fry、主切削力 Fz、进给抗力 Fy、剪切面上切向力 Fs 以及前刀面上摩擦力 Ff 均减 小. 而切削实验测得新型微坑车刀较原普通车刀主切 削力降低 8郾 96% ,进给抗力降低 4郾 48% ,显然理论分 析与实验测量结果相吻合. 再由式(14) ~ 式(16)可 知,以上作用力的减小进而直接造成微坑车刀切削过 程总输入能、剪切能和摩擦能的降低. 由切削能量分配理论可知,在切削过程中绝大部 分的切削能都转变成热量,没转变成热的能量仅占全 部切削能的 1% ~ 3% . 刀具前刀面切削温度与刀具寿 命紧密相关[10] ,因而本研究关注刀具前刀面切削温度 与切削能的关系,并从中探索切削能对刀具切削温度 的影响规律. 假定塑性变形功完全变成热量[11] ,则剪切面上单 位时间单位面积的热量 qs 为: qs = Fs·vs a·dw ·sin 准. (17) 单位切削体积的剪切能 Nss 为 Fs·vs v·a·dw . 假设剪切 面上流入切屑的热量为 R1 qs,流入工件的热量为(1 - R1 )qs,若不计热量损失,则切屑在剪切面的平均温度 兹s 应为: ·1210·