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刀具几何形状对表面粗糙度的影响

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刀具的切削部分包括:前刀面、后刀面、刀具的圆弧半径及刃口半径等要素,各种要素的不同组合形成不同的切削形态。在切削过程中,刀具切削部分的形态直接影响着切削过程的稳定性和表面质量。理想状态下,采用圆弧刃金刚石刀具进行超精密车削加工软金属时,在工件加工表面形成轮廓峰和轮廓谷,它们之间的距离,被称为理论粗糙度其大小等于f2/8R(f为进给量,R为刀具圆弧半径)。
超精密车削模型如图2所示,在超精密切削塑性金属时,主切削刃和前刀面的主要任务是去除金属,切削层在前刀面的挤压作用下发生剪切滑移和塑性变形,然后形成切屑沿前刀面流出。前刀面的形状直接影响塑性变形的程度、切屑的卷曲形式和切屑刀具之间的摩擦特性,并直接对切削力、切削温度、切屑的折断方式和加工表面质量造成显著影响。主切削刃是前刀面和后刀面的交线。实际上前刀面和后刀面的交线不可能为理想直线,而是一微观交接的曲线。该曲线的形状可以近似用与其在不同位置的法平面相交成交线的平均曲率半径来反映,称其为刃口半径r。切削时刃前区的应力状态十分复杂,应力集中造成金属中位错集中,导致金属产生塑性变形和滑移分离,一部分金属成为切屑沿前刀面流出,另一部分金属经后刀面熨压留在已加工表面。因为两部分金属运动方向不同,必然使刀具刃口前金属呈拉伸状态,拉应力使刃前区金属的抗剪能力下降,在刀刃的直接作用下,金属产生滑移分离。刃口半径越小,应力越集中,变形越容易,切削力越小,加工表面质量越好。也就是说刃口半径对切削过程有较大影响,同时对切削力、切削温度和切屑变形系数都有不同程度的影响。因此,提高刀具的锋锐程度,可减小刀具对金属的挤压力,使金属的变形程度降低,减缓金属的冷作硬化,有助于提高切削过程的稳定性,改善加工表面质量和延长刀具的使用寿命。
另外,切削层金属被通过分流点O且平行于已加工表面的分流线分为两部分,分流线以上的材料沿前刀面流出,分流线以下的塑性变形层被O点以下的刀刃熨压后成为已加工表面。经过熨压以后,刀刃下方的材料产生严重的压缩变形,对已加工表面质量产生直接影响。
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