[发明专利]一种改变切屑与前刀面之间摩擦变形的切削方法及刀具

说明书

技术领域

本发明涉及一种切削方法及，与这种方法相配套的刀具，尤其涉及一种改变切屑与前刀面之间摩擦变形的切削方法及能够喷射高压气体或液体的刀具。

背景技术

随着对高速切削的认知，有人认为现在已经进入高速切削时代，过去的理论知识和实践经验已经过时，只要采用大前角的刀具和高转速的切削就能提高工作效率。另外，萨洛蒙的切削理论只是通过切削时刀具的温度和切削速度变化的表述，随着生产实践的深入，迫切需要在金属切削原理基础上，通过第一剪切区的剪切变形和第二剪切区的摩擦变形的过程，对高速切削有一个客观的理解和认识。

根据图1所示，公知技术一：在第一变形区，切削表现为加工工件B的切削层对刀具A的冲击，剪切面是在刀刃前面一点的地方形成，此时，所产生的剪切温度不会对刀具A造成影响，对刀具A能造成影响的是在前刀面E第二变形区a。公知技术二：美国沃汉工程师用“弹道切削”的高速切削实验，得出的分析的数据，“来研究高速切削的过程，研究指出，在高速切削条件下，切屑C的形成过程和普通的切削不同，随着切削速度的提高，塑性材料的切屑C形态，将从带状，片状到碎屑不断演变，单位切削力初期呈上升趋势，而后急剧下降。这些现象说明，在高速切削条件下，材料的切削机理将发生变化，切削过程变得比常规切削轻松容易。”沃汉也提到，随着切削温度的提高，达到绝热条件后，使热能量限制在特定的滑移区，因为特定滑移区的软化，发生附加滑移，最终得到完全剪切，研究表明，剪切区有一个原来固体材料的量，当切削速度提高后，在剪切区会产生一个很小的熔化区，从而导致固体材料量的减少。剪切区分解成平行于剪切平面的极小厚度的平面。因而可以得出结论：根据剪切层能量平衡方程的解，说明绝热过程可能发生，并产生非常薄的传递层。

以上可以说明：高速切削和传统切削机理的区别，就在于第一变形区b剪切面发生了液化和没有液化的区别，在萨洛蒙理论曲线的高速区，因剪切面的液化，剪切区分解成平行于剪切平面的极小厚度平面，使切削变成了刀刃对剪切层的剥离过程，切屑才会形成碎屑，因此在前刀面才会没有造成高温给刀具A的影响。而在传统的切削区，因为剪切面没有产生液化，切削层经过剪切，滑移至前刀面E，形成切屑C与前刀面F的摩擦变形(在第二变形区a)，随着切削速度递增所产生的温度，正如萨洛蒙所述：“由于速度太高，(高于刀具材料允许的最高温度t0)任何刀具A都无法承受，切削加工不可能进行。”于是他提出了不可切削区域，并称之为“死谷”。因此可以在金属切削原理的基础上得出高速切削机理的定义：在高速区内，当切削速度递增到刀具A所能承受的最低值的切削速度时，因第一变形区b剪切面产生液化，使第二变形区a切屑与前刀面F的摩擦变形极度下降，甚至消失，刀具A的切削条件随着切削速度的递增而逐渐改善(参考《高速切削技术及应用》机械工业出版社张伯霖主编)。

高速切削机理的本质是客观存在的，是在切削速度达到能使第一变形区剪切产生液化时所表现出的规律，在没有达到这种速度的现实生产时，不可盲目地加大刀具的前角来提高速度，把高速切削的理论理解简单化，从金属切削原理的角度讲，高速切削是刀具并不适合采用大的前角。

但是，如果能够从金属切削原理的基础上对高速切削有一个正确的认识和定义就会在生产实践中产生非常重要的现实意义，从萨洛蒙的理论曲线(如图2所示)中可以得出：同一种加工材料与不同材质的刀具其Ui与Uh的对应值是不同的，同一种刀具对不同加工材料，其Ui、Uh值也是不同的，同一种加工材料与同一种刀具因切削方法不同，其Ui、Uh值也是不同的，这说明萨洛蒙称之为“死谷”的不可切削区域时一个变数区，随着刀具材质的提升和切削方法的进步，首先有些熔点低的被加工材料，切削时Uc值可能会被超过，从萨洛蒙的实验曲线中就可以发现软铝曲线就没有“死谷”出现、其实，在生产实践中，一些好的切削方法的发现，会使这一变数区发生变化，例如：现在推广的干切削技术，用改善材料被切削部位的物理力学性能，减少切削阻力的“激光辅助干车削”，以及冷却刀具的切削部位吸收切削发热量的“液氮冷却干切削”(参考《高速切削技术及应用》机械工业出版社张伯霖主编)。