图1 试验用刀片及铣削示意图
(ap=7mm,vc=250m/min,rs=1.6mm)图2 不同介质下的切屑状态
(ap(ap=5mm,rs=0mm)图3 空气油雾时不同铣削速度下的切屑形态
(ap=7mm,vc=300m/min,rs=1.6mm)图4 不同切削介质下切屑局部正面SEM 照片
(ap(ap=5mm,vc=300m/min,rs=1.6mm)图5 氮气油雾介质下切屑裂纹区的SEM照片
(ap(ap=7mm,vc=300m/min,rs=1.6mm)图6 不同介质下切屑的金相照片
切屑变形的微观分析 从图4可以看出, 不同介质下切屑的表面微观形态也有不同, 在氮气油雾介质下的切屑上存在着一些微裂纹(图4(c)),这些微裂纹主要分布在切屑的边缘和端部, 微裂纹大多与切屑沿前刀面的滑移方向相同(图5 的Ⅰ区),少部分微裂纹与切屑滑移方向垂直(图5 的Ⅱ区)。氮气油雾介质下切屑产生微裂纹的原因可能是:一、氮气油雾喷射到切削区,瞬间带走了大量的热量, 使切屑产生热应力和热裂纹;二、氮气油雾中氮与切屑中的钛发生化学反应,生成较脆的氮化钛, 这些氮化钛分布在切屑表面和内部,使切屑在强烈的挤压和摩擦下易于脆裂。 由于空气油雾也在切削中带走大量的热量,但其切屑不存在微裂纹(图4(a)),所以第一种可能性是不成立的, 因此可以认为微裂纹是由于氮的存在造成的。切屑易于脆裂,就会减少切屑流经前刀面时对铣刀的冲击,从而在一定程度上减少铣削力。 切屑的金相分析 金相照片的对比 钛合金切屑在形成过程中, 材料的塑性变性较大, 由此而产生的加工硬化时切屑在剪切滑移面的应力增加,局部达到了材料的强度极限,此时,切屑只在上部被挤裂而下部仍旧相连, 亦即靠近前刀面的一面很光滑,另一面呈锯齿状,形成集中剪切滑移切屑。 图6显示出, 氮气油雾下切屑的节状化趋势非常明显,切屑底部的连接已变得很少,有时切屑节与节之间近乎分离。空气油雾下切屑的节状化趋势虽然比干铣削时明显,但不如氮气油雾。 造成氮气油雾和空气油雾下切屑节状化比干铣削明显的原因, 是因为油雾的冷却作用使切屑剪切滑移面的钛合金塑性降低, 切屑易于在沿滑移面处剪裂。氮气油雾下由于氮与钛在剪切滑移面上生成了脆的TiN,在高速下,高的剪切力使切屑的集中剪切滑移作用加强,从而使切屑的节状特征更加突出。
图7 铣削速度对剪切角的影响(r=1.6)