利用切削比推算切削力胡映宁,邵杰(广西大学机械工程系,530004;第一作者34岁,女, 讲师)摘要介绍在二维切削中,利用切削比批算切削力的方法。与以往的切削力理论公式相比,用 该方法计算出的切削力值更接近于实测值。关键词二维切削;
切削比;切削力分类号TG501. 3切削力是体现切削过程的重要指标,无论是一种新的加工方法出现或赶在实际的切削加工小,人 们都非常关注切削力的大小。但是,由于在推导公式时简化了许多条件,切削力的pA论公式及切 削方程式与实际情况相差较大。这里介绍一种根据最小能量原理’门推算切削力的方法:只要收集 切屑,算出切削比,就可计算切削力的大小。事实表明,与以往的切削力理论公式相比,用该方法 计算的切削力值更接近于实测值,而且比用测力系统直接测力显得更为简单。l计算原理在图1所 示的平而应变型二维切削小,如忽略切削小新生表而的表而能及通过材料剪切而时,使动量发生变 化所需的能量(“,则在切谢过程中消耗的能显U仅用于作第一变形区的剪切功队及切屑与前刀而 的床擦功Wf,即!.Iw的计算根据切mJml论可知l’】其小,s为剪切而上的剪切应力, ys为剪切而上的剪切应变,Vw为切削宽度,。Ic为切olJI7度,Vyjt)J削all 度,…为剪切角,y。为刀具前角。由于在第一变形区内产生的塑性变形是不可逆过程,因此该变 形区单位时间内所消耗的总能量将全部用于做塑性功。根据塑性刊从川5,11.’s则可写为( 对其11。3j]有效应力,Zyj有效应变。引进方程“‘图l二维切削模型其中cyJ材料的 应力系数,nj]材料的应变则化指数,则得对于平而应变型二维切削,恒成立l’1,所以比较 式(!)和式(3),可见将们写成剪切角中的函数,(3)式成为1.2W;的计算由文献[3 ]得其小F为前刀而上的摩擦力。1·3最小能量条以】UI上所述,切削过程1他耗的能量为。 ,、,__,__。-,。^dU_._根据最小能量条件,令并于一几得一『”””———”’ ””’””d巾式K)是一个一旦知道边界条件就可解出数值的微分方程,也就是说,只要知道剪 切角中,就可术出前刀而上的摩擦力。14边界条件对于二维切削,在第一剪切区内变形过程的初 始状态,刀具是干净光滑的表而。类似于锻造试验,光滑表面的尖楔形冲头压入半无限体,则滑移 线与冲头表而成45。“’.即此时的切削状态是,挤压的开始还没有摩擦产生,设边界条什下的 剪切角为入,摩擦力为A吐)·如图2所示,则边界条件就是:这时与Lee—Shaffer切 削方程式取得一致,即l·5C值和,1值的确定l’]a)材料常数c及n可由拉伸试验决定。 拉力P以c及n表达,试件原长l。,原橄而积人,对应于某一载荷下的长度为人根据困2二维切 削的初始状态技适当的方法,c和n都能决定。b)应力系数C可出切!IIJ试验决定。设置二 维切削,测出切削力F,F_,则其中pjJ摩擦角,r。为切削比,则由式(4)得由切削试验 求C更接近实际,但要先做一个测力切削试验,并受现场条件限制。不过C和n都可根据积累的资 料或查手册确定。2计算步骤根据上述原理,现将利用切削比推算切削力的计算方法归纳如下;( 1)给出刀具参数九,工件材料参数c,n,切!7IJ层参数ac二aw.(2)测量切屑厚度 ,由式(10川”算切削比rC.(3)口1式(l!川一算剪切角巾.(4)山式(2)计算剪 切而上的剪切应变人.(5)山式(的计算剪切而上的剪切应力,。(6)由式(7)求前刀而上 摩擦力的边界条件。(7)求解由最小能量条件得到的微分方程式(6).可用四阶龙格一库塔法 D‘解该方程。令/(F,rp)-dF/drp取适当小于实际剪切角的一个整数作为上边界巾 。,则在区问【叱,入]内取步长为h,求出各节点的Ai)值。(8)根据步骤(3)求出的d )和步骤(7)Jk出的八J)f用级性括人法卜】求产(巾).(9)求前刀而上的摩擦角p。 山切削现论可知p‘设则(】0)l;一算切削力F,F..由上述求得的参数F,F则可按下式 计算。3实验结果对比3.l实验条件工什材料45一钢(正火),C-!335N/lllll ‘,11-0.236‘’1,刀具材料YT15,’/。一6”,实验在CA6140车床上进 行。3.2测力系统原理训力系统原理框阁如下。·3.3实验方法采用单因素法,即。。w-2 。n。n,分别固定。。c值,只改变U削速度。切削力的计算值(F;/N,F;/州及实验测 试值(*。/N,厂。/N)见附表。计算山线与实测结果的对比见图3.附表切削力的计算值与 实测值对照表单位:(p/(”),凡./N图3切削力计算曲线与实测结果比较4结论!)从附 表及图3看出,计算值与实测值大多取得较好吻合。。2)误差原因有三个:厕量误差切屑厚度是 在万能工具显微镜上测量的,切屑的上表而不规整卅来测量误差。计算误差在某些中低切刚逝座下 ,们于出现积屑瘤,实际前均变化,给计算带来误差。系统误差测力系统的重复精度仅在!%左右 。参考文献||1DautzcnbcrgJH,VccntraPC.vanderwolfA CH.TheMinimumEnergyPriciplcfortheCuttingPro cessinTheoryandExperiment.AnnalsoftheCIRP,1 981,30(1)2臼井英治.切削磨削加工学.北京:机械工业出版社,19823中山一雄 .金属切削加工理论.北京:机械工业出版社,19854斯莱特RAC.工程塑性理论及共在金 属成形中的应用.北京:、机械工业出版社,19835易大义,蒋叔豪,李有法.
数值方法.杭 州:浙江科学技术出版社,1984CalculatingCuttingForcebyMe ansofCuttingRatio¥HuYingning;ShaoJie(Dept.o fMechanicalEngineering,GuangxiUniversity)Ab stract:Themethodcalculatingcuttingforcebyme ansofcuttingratiointwodimensionalcuttingisi ntroduced.Comparedwiththecuttingforcetheory formulaebefore,thecuttingforcevaluecalculat edbythemethodismorecoincidentwiththepractic almeasuringvalue.Keywords:twodimensionalcut ting;cuttingratio;cuttingforce利用切削比推算切削力@胡映 宁,邵杰$广西大学机械工程系二维切削;切削比;切削力介绍在二维切削中,利用切削比批算切 削力的方法。与以往的切削力理论公式相比,用该方法计算出的切削力值更接近于实测值。1Da utzcnbcrgJH,VccntraPC.vanderwolfACH.TheMini mumEnergyPriciplcfortheCuttingProcessinTheo ryandExperiment.AnnalsoftheCIRP,1981,30(1)2 臼井英治.切削磨削加工学.北京:机械工业出版社,19823中山一雄.金属切削加工理论. 北京:机械工业出版社,19854斯莱特RAC.工程塑性理论及共在金属成形中的应用.北京 :、机械工业出版社,19835易大义,蒋叔豪,李有法.数值方法.杭州:浙江科学技术出版 社,1984误差。系统误差测力系统的重复精度仅在!%左右。参考文献||1Dautzcn bcrgJH,VccntraPC.vanderwolfACH.TheMinimumEn ergyPriciplcfortheCuttingProcessinTheoryand Experiment.AnnalsoftheCIRP,1981,30(1)2臼井英治. 切削磨削加工学.北京:机械工业出版社,19823中山一雄.金属切削加工理论.北京:机械 工业出版社,19854斯莱特RAC.工程塑性理论及共在金属成形中的应用.北京:、机械工 业出版社,19835易大义,蒋叔豪,李有法.数值方法.杭州:浙江科学技术出版社,198 4CalculatingCuttingForcebyMeansofCuttingRat io¥HuYingning;ShaoJie(Dept.ofMechanicalEngi neering,GuangxiUniversity)Abstract:Themetho dcalculatingcuttingforcebymeansofcuttingrat iointwodimensionalcuttingisintroduced.Compa redwiththecuttingforcetheoryformulaebefore, thecuttingforcevaluecalculatedbythemethodis morecoincidentwiththepracticalmeasuringvalu e.Keywords:twodimensionalcutting;cuttingrat io;cuttingforce利用切削比推算切削力@胡映宁,邵杰$广西大学机械工程系二 维切削;切削比;切削力介绍在二维切削中,利用切削比批算切削力的方法。与以往的切削力理论 公式相比,用该方法计算出的切削力值更接近于实测值。1DautzcnbcrgJH,VccntraPC.vanderwolfACH.TheMinimumEnergyPriciplcfortheCuttingProcessinTheoryandExperiment.AnnalsoftheCIRP,1981,30(1)2臼井英治.切削磨削加工学.北京
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