硬态切削机理研究的现状与发展 -(3)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-02 原文发表时间:2007-07-03 人气:1

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伯明翰大学D.K.Aspinwsll教授在高刚性数控车床上采用陶瓷和PCBN刀具切削淬硬AISI E521O0轴承钢时发现：工件表层和亚表层的组织状态发生变化，其微观组织由白色的未回火层和黑色的过回火层组成。实验结果显示硬态切削后工件表面均为残余压应力，而磨削后工件的最大压应力主要集中在工件表面。

残余应力与材料的成分、组织和缺陷一样．对工件的机械性能有很大影响，多数情况下必须控制残余应力的大小及其分布规律。硬态切削过程中残余应力的产生被认为与切削热的形成及热源的移动速度、切削刃的几何形状、工件材料以及刀具磨损等关系密切。国外不少学者试图通过仿真切削热的生成与移动来计算残余应力，但切削热形成的复杂性和残余应力测量误差等原因导致仿真误差较大。最近，加拿大Kurt Jacobus运用平面应变粘弹塑性理论、美国普渡大学S.Mittal运用多项式拟合原理预测切削参数对残余应力分布的影响，其不足之处是都需要进行大量的标定实验来估计系数。J.D.Thiele等研究了精密硬态切削过程中切削刃几何形状和工件硬度对工件表面残余应力的影响，实验中分别选用尖刃、倒棱、钝圆三种刃部的PCBN刀具，测试结果显示：刀具钝圆半径越大，残余压应力值越大；工件硬度越高，残余压应力值越大。Y.Matsumoto和 D.W.Wu也认为工件硬度对工件表面完整性的影响极大，工件硬度值越大，越有利于残余压应力的形成。Y.Matsumoto还认为，刀具几何形状也影响残余应力的形成，双倒棱和大钝圆刀具所形成的残余压应力远远优于单一倒棱和尖刃刀具，但切削参数(切深和进给量)对残余应力没有显著影响。

影响硬态切削已加工表面质量的另一个重要因素是白层的形成。白层是伴随着硬态切削过程所形成的一种组织形态，它具有独特的磨损特性：一方面硬度高，耐蚀性好；另一方面又表现出较高脆性，易引起早期剥落失效。白层尺寸较薄，难于准确分析其组织特征，它的形成机理至今仍有争议。一种观点认为白层是相变的结果，是由材料在切削过程中被快速加热和骤然冷却而形成的晶粒细小的细晶马氏体组成。另一种观点认为白层的形成仅属于变形机制，只是由塑性变形而得到的非常规型马氏体。目前将白层视为马氏体组织的观点得到一致认可，主要争议在于白层的精细结构。Y.K.Chou和c.J.Evans认为硬态切削过程中白层的形成与切削热有关，后刀面磨损量的增加将导致白层深度加大，在VB达到0.31mm时白层深度高达lOμm。B．J．Griffiths认为切削过程中产生自层现象的原因是高速滑动磨损，白层的组织形态是超细晶粒结构的奥氏体和马氏体的混合组织，并与刀具磨损密切相关。因此，需要进一步深八研究白层的形成机理及其对零件寿命的影响。

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