精密、超精密切削时PCD刀具后刀面的错位熨压作用
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数控刀具
图1 精密、超精密切削模型
1 精密、超精密切削时PCD刀具后刀面熨压作用的分析
a
c为切削深度，rn为刃口钝圆半径，u为O点以下的待切削金属层，g0为刀具前角，a0为刀具后角。由于切削厚度很小，分流点以下的未被切除的金属成为切削层金属中可视的一部分，由于刀刃钝圆半径的作用，这部分金属被迫在很大的压力下绕过刀刃钝圆而沿后刀面流出，使得此时由于后刀面熨压作用产生的工件的塑性变形比刀具的切削作用更占主导地位，并直接影响已加工表面的形成。图1中的L0为u层与后刀面的接触长度，即后刀面熨压作用的长度,h为u层金属挤过刃口钝圆后的弹性恢复量。由此可见，在精密、超精密切削过程中，PCD刀具后刀面的熨压作用对切削过程的影响已不容忽视。而到目前为止，对后刀面熨压作用的专门研究很少，为此本文把PCD刀具后刀面的熨压作用作为研究重点，这对于深入研究精密、超精密切削过程，提高加工表面质量具有实际意义。
图2 刃磨纹理角示意图
图3 后刀面视图
i(x)和Fj(x)(i=1,2,…；j=i+1),则两者的互相关函数Rij(t)为 (1)
R
ij(t)取得峰值时，表明相邻断面的廓形具有最大程度的相似性，此时的t值即为相邻断面廓形相对位移的大小。由图3可得q、t和D的关系为 (2) D为单位长度时的t值称为错位强度，用K表示，即 (3)
K与表面纹理方向有着密切关系，q越小，
K值越大，相邻断面廓形的相对位移越大，错位越强烈。由于后刀面相邻断面廓形间错位的存在，使得后刀面对工件表面的熨压过程相当于后刀面上平行于修光刃的不同断面交错滑过工件表面的过程，因此PCD刀具后刀面熨压工件表面的实质是错位熨压。
2 PCD刀具后刀面错位熨压规律试验
- 后角对错位熨压效果的影响
- 试验条件：
- 机床：CM0420M/2型精密仪表车床
- 刀具：直线刃PCD刀具(韩国刀片)，颗粒度20µm ，g0=0°,主偏角Kr=10°，副偏角Kr=10°，修光刃长度Lf=0.4mm，q=5°,前刀面粗糙度Rag=0.015µm，后刀面粗糙度Raa=0.08µm，1#刀a0=5°，2#刀a0=8°，3#刀a0=12°，4#刀a0=15°
- 工件材料：LY12
- 切削条件：主轴转数n=1795r/min，切削深度ap=10µm,进给量f=3,5,7,9,15,25µm/r，乙醇切削液
- 测量仪器：FORM TALYSURF形状轮廓仪
- 试验结果：见图4，图中纵坐标Raw为工件表面粗糙度，曲线(1)～(4)分别为1#～4#刀的切削结果(以下皆同)
- 由图4可见，后角越小的PCD刀具切削后获得的工件表面粗糙度值越小，说明后刀面错位熨压效果越好。
图5 后刀面粗糙度对错位熨压效果的影响规律
- 后刀面粗糙度对错位熨压效果的影响
- 试验条件：
- 机床：MSG-325型双轴数控金刚石车床
- 刀具：直线刃PCD刀具(上海硅酸盐研究所刀片)，颗粒度15µm，g0=0°,a0=10°，Kr=K r=10°，Lf=0.2mm，q=5°, 1#刀Rag= 0.037µm，Raa=0.019µm，2#刀Rag=0.038µm，Raa=0.032µm,3#刀Rag= 0.040µm，Raa=0.140µm，4#刀Rag=0.038µm，Raa=0.563µm
- 工件材料：LY12
- 切削条件：n=1000r/min,ap=5µm,f=3,5,7,9,15,25µm/r，烃基冷却液喷雾冷却
- 测量仪器：FORM TALYSURF形状轮廓仪
- 试验结果：见图5
- 由图5可见，1
#刀切削后得到的Raw值较小，4#刀切削后得到的Raw值较大，说明Raa越小时后刀面错位熨压效果越好。 - 由图5可见，1
图6 后刀面刃磨纹理对错位熨压效果的影响规律
- 后刀面刃磨纹理对错位熨压效果的影响
- 试验条件：
- 机床：MSG-325型双轴数控金刚石车床
- 刀具：直线刃PCD刀具(上海硅酸盐研究所刀片)，颗粒度15µm，g0=0°,a0=10°，Kr=K r=10°，Lf=0.6mm，Rag= 0.025µm，Raa=0.035µm，1#刀q=5°，2#刀q=30°，3#刀q=60°，4#刀q=90°
- 工件材料：LY12
- 切削条件：
n=1000r/min,
a
p=10µm，f=3,5,7,9,15,25µm/r，烃基冷却液喷雾冷却 - 测量仪器：FORM TALYSURF形状轮廓仪
- 试验结果：见图6
- 由图6可见，在其它条件相同的情况下，后刀面刃磨纹理不同，其切削效果亦不相同，4
#刀的切削效果最差，1#刀的切削效果最好，即随着q减小，工件表面粗糙度值减小，PCD刀具后刀面错位熨压效果越好。 - 由图6可见，在其它条件相同的情况下，后刀面刃磨纹理不同，其切削效果亦不相同，4
图4 后角对错位熨压效果的影响规律
3 结论
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