高速切削中切削速度对工件材料力学性能和切屑形态的影响机理

首先根据不同应变率阶段金属材料的塑性变形机制,分析工件材料强度和塑脆性随切削速度提高的变化规律,通过理论计算说明这种变化对切屑锯齿化的作用机制,揭示不同切削速度下产生不同形态切屑的控制机理;然后,在40~7000m/min切削速度范围对Inconel718,AerMet100,7050-T7451进行直角切削实验,分析切屑形态及工件材料脆化现象,验证随切削速度提高工件材料脆化及相应的切屑形态;最后,根据切削速度与切屑形态的对应规律,提出基于切屑形态的切削速度阶段划分方法.研究表明：随切削速度提高,材料强度提高、塑性降低,使得主变形区材料易于发生热塑性剪切失稳和断裂失效而使切屑锯齿化;对一般塑脆性金属材料,随切削速度提高,第一变形区材料热塑性剪切失稳的发生早于断裂失效的发生;对同一种工件材料,可根据切屑形态将切削速度划分为普通切削速度阶段、高速切削速度阶段、超高速切削速度阶段.     

基于热力学的PCD刀具加工ZL109铝合金的扩散磨损

PCD刀具高速切削时温度有时高达800-1 000℃,刀具材料元素的扩散有可能对PCD刀具的磨损产生重要影响.为此,从热力学角度研究了PCD刀具的扩散磨损规律,利用热力学理论求出了碳元素在铝中的活度,推导出了金刚石刀具中碳元素在工件材料铝中的溶解度模型,在该热力学模型基础上用Matlab计算出不同温度下PCD刀具加工铝合金时刀具材料元素扩散溶入工件材料中的浓度值.结果表明,刀具材料元素在工件材料中的扩散以指数函数的形式发生,随着切削温度的升高略有降低,变化平稳.XPS测试还表明,金刚石刀具中的碳元素与工件材料中的硅元素发生化学反应生成了硬度很高的碳化硅,对刀具的磨损产生影响.研究结果可对刀具材料的研究和设计提供参考,并可实现对刀具磨损状态的预报.