不同介质下钛合金高速铣削时铣削力的研究

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1引言

目前，绿色切削主要是指干式切削和准干式切削。干式切削的应用范围目前还比较有限，而完全湿加工又有诸多不足。

若将两者的优点相互结合，既可满足加工要求，又可将干式切削的费用降低至最低，并可取得与完全干式加工相同的效果。将这种介于湿式切削与干式切削之间的加工技术称为准干式切削(neardrymachining-ndm)加工或最少切削液加工(minimalquantitiesoflubricant-mql)。目前完全干式切削加工更多地用于铸铁材料的高速加工中，最近几年，欧洲几家公司用干切削高速加工灰口铸铁件取得很大成功。但从目前的文献来看，完全干式切削应用于钛合金高速铣削中还未见先例。准干式切削主要用于铸铁材料、钢和铝合金的加工中，对于难加工材料的准干式切削研究较少。
一些日本公司在喷氮切削技术发展中做了大量的工作，开发了直接从空气中分离氮气的氮气制气装置并与机床相配，应用结果表明，以氮气作切削介质替代切削液，最大的优点包括：(1)克服了切削液造成的环境污染问题；(2)刀具磨损比干切削大大降低；(3)加工精度高，表面粗糙度稳定；(4)减轻摩擦，降低切削负荷；(5)安全加工镁合金(镁粉遇水会发生燃、爆等安全问题)；(6)使用成本低于切削液。
现将在干铣削、氮气油雾和空气油雾介质下开展钛合金高速铣削力的试验研究，本文即探索上述条件下铣削力的变化规律。

(d)最大铣削合力

图5不同介质下铣削力随vc变化的曲线
图5表明：三种介质下的fxmax，fymax，fzmax，和fmax都随vc增大而增大，波动不大，这与传统的切削理论不同。传统的切削理论认为，切削力一般随着切削速度的增加而减少，这主要是因为，vc增大，将使切削温度提高，摩擦系数µ下降，从而使变形系数x减小的原因。对于高速切削时切削力随切削速度变化的规律，国外一些学者也曾做过相关的实验研究。amdt认为超高速切削时由于高频冲击力的存在，切削力的变化是传统切削力和高频冲击力双重作用的结果，kussov和sutter在高速干铣削铝合金aa7075和合金钢aisi1045时，根据试验结果，他们得出了在高速铣削中也存在高频冲击力的结论，该结论与amdt的理论相吻合。
高速铣削钛合金时，速度的增加虽然也会使x减小，但铣削是断续切削，因冲击而产生的力在整个铣削力中占有相当大的比重，速度越高，冲击越大。高速冲击产生的铣削力增加，远大于因变形系数x减小而造成的铣削力减少，因此在高速铣削钛合金时，铣削力会随vc增大而增加。
从图5(a)和(d)可以看出，fxmax和fmax的变化规律与上节相似。当铣削速度超过200m/min时，空气油雾下的fmax大于氮气油雾。特别是当铣削速度达到300mm/min时，空气油雾下的fmax比氮气油雾大了32%。造成这种结果的原因除了因为tin减摩作用外，还因为在高速下氮气油雾下切屑里的tin增多，从而使切屑易于脆断，切屑对刀具的摩擦和冲击减少的缘故。4小结空气油雾和氮气油雾介质下的铣削力明显低于干铣削，在高速、高进给时氮气油雾下的铣削力低于空气油雾。铣削力在钛合金高速铣削时会随径向切深、轴向切深、每齿进给增加而增大。铣削力在钛合金高速铣削时会随铣削速度的增加而增大，这有别于铁合金低速铣削时的情况。