【文章內(nèi)容簡介】 min左右時，Лh(huán)值最??；在2040m/min范圍內(nèi)提高，積屑瘤逐漸消失，刀具實際前角減小，使φ減小，Лh(huán)增大。vc超過40m/min繼續(xù)增高，由于切削溫度逐漸升高，致使摩擦系數(shù)μ下降，故變形系數(shù)Лh(huán)減小。此外，在高速時，也由于切削層受力小，切削速度又快，切削變形不充分而使切屑變形減小。（3）進給量進給量f對切屑變形的影響規(guī)律如下，即進給量增f大，使變形系數(shù)減小。這是由于進給量f增大后，使切削厚度hD增加，正壓力Fn增大，平均正應力σav增大，因此摩擦系數(shù)下降，剪切角增大所致。從另一方面來說。在一定切削厚度hD的切屑中，各切削層的變形的應力分布是不均勻的。近前刀面處的金屬層變形和應力大，離前刀面越遠的金屬層，變形和應力越小。因此，切削厚度hD增加，切屑中平均變形減??；反之，薄切屑的變形量大。（4）工件材料工件材料的機械性能不同，切屑變形也不同。材料的強度、硬度提高，正壓力Fn增大，平均正應力σav增大，因此，摩擦系數(shù)μ下降，剪切角φ增大，切屑變形減小。所以，切削強度、硬度高的材料，不易產(chǎn)生變形，若需達到一定變形量，應施較大作用力和消耗較多的功率。而切削塑性較高的材料，則變形較大。3 翅狀熱溝犁削的刀具速度對加工熱管散熱片影響的實驗 工件材料的選擇為了得到平、直和規(guī)則的成行的散熱片，我們必須保證切屑是連續(xù)的帶狀切屑，而且使切屑形成散熱片通過控制切屑卷。正是由于切屑要成為工件的一部分，所以，切屑不能浪費，要充分利用材料。在上章的理論基礎里我已經(jīng)提過，要形成連續(xù)的帶狀切屑，工件的材料必須要有較高的塑性，故工件的材料我可以選擇銅、碳素鋼、合金鋼和鋁合金。但綜合考慮到材料的散熱性能與成本，我最終確定用銅作為工件的材料。刀具材料及其參數(shù)目前，生產(chǎn)中所用的刀具材料以高速鋼和硬質(zhì)合金鋼居多。碳素工具鋼（如T10A、T12A）、工具鋼（如9SiCr、CrWMn）因耐熱性差，僅用于一些手工或切削速度較低的刀具。由于高速鋼是一種加入較多的鎢，鉬、鉻、釩等合金元素的合金高速鋼。有較高的熱穩(wěn)定性，切削溫度達500650OC時仍能進行切削；有較高的硬度、韌性、強度和耐磨性；其制造工藝簡單，容易磨成鋒利的切削刃，可鍛造。所以刀具的材料我選用高速鋼。高速鋼按用途可分為通用型高速鋼和高性能高速鋼。（1）型高速鋼 ①鎢鋼 典型牌號為W18Cr4V。含W6%、Cr4%、V1%。有良好的綜合性能，可以制造各種復雜刀具。淬火時過熱傾向??；含釩量小，磨加工性好；碳化物含量高，塑性變形抗力大；但碳化物分布不均勻，影響薄刃刀具或小截面刀具耐用度；強度和韌性顯得不夠；熱塑性差，很難用作熱成形方法制造的刀具②鎢鉬鋼 將鎢鋼中的一部分鎢以鉬代替而得。典型牌號為W6Mo5Cr4V2。含W6%、Mo5%、Cr4%、V2%。碳化物分布細小均勻，具有良好的機械性能，抗彎強度比W18高10%15%，韌性高50%60%?？勺龀叽巛^小、承受沖擊力較大的刀具；熱塑性特別好，更適用于制造熱軋鉆頭等；磨加工性也好，目前各國廣為應用。（1）能高速鋼是在通用高速鋼的基礎上再增加一些含碳量、含釩量及添加鈷、鋁等元素。按其耐熱性，又稱高熱穩(wěn)定性高速鋼。在630650OC時仍能保持HRC60的硬度，具有更好的切削性能。適用于加工高溫合金、鈦合金、超高強度鋼等難加工材料。綜合考慮到工件的材料與加工要求，刀具的材料我選擇高性能高速鋼，其牌號為W18CrMoAl。由于本人這次畢業(yè)設計的課題是翅狀熱溝犁削時的最佳速度的選擇，只要研究切削速度對翅狀熱溝犁削的影響，不要求對前角、后角，韌傾角、背吃刀量對翅狀熱溝犁削的影響作深入的研究。故我對刀具的參數(shù)選用如下。前角γo為55o、后角αo為3o、刃傾角λs為0o、。實驗設備校辦工廠的牛頭刨床、牌號為W18CrMoAl的刀具若干（其幾何參數(shù)為（前角γo為55o、后角αo為3o、刃傾角λs為0o）一定量的待加工金屬材料（黃銅）、切削中所需的冷卻液體、實驗所必要的測量工具（游標卡尺）、實驗數(shù)據(jù)記錄要用的筆和紙、安全手套一雙。實驗條件：（1）同一個實驗必須在同車床上進行（2）在常溫下進行實驗（3）實驗時我們只允許變動切削速度，刀具的幾何參數(shù)按照上面的確定。通常這些數(shù)據(jù)可以在切削原理手冊上得到，所以一般不進行實驗分析：這樣一來，我們的課題研究就變得容易許多。總的來說，我和李正光實驗的步驟一樣，所以我和他一起合作完成的這次實驗。這個實驗大致可分為以下五個部分：（1）準備好實驗的材料和工具，并把它們放在適當?shù)牡胤?，以便實驗時取用。（2）安裝好被加工工件和刀具，使之保持適當?shù)奈恢茫蟠蜷_開關啟動車床，開始實驗。（3）在完成一次完整的加工后，如果是最佳切削速度實驗就應該不斷調(diào)節(jié)機床的轉(zhuǎn)速，以達到不斷改變切削速度的要求；如果是最佳刃傾角的實驗則需要在進行足夠的實驗次數(shù)才可停機換刀，用不同刃傾角的刀具繼續(xù)實驗。（4）觀看整個切削加工過程，一邊記錄我們所需要的實驗數(shù)據(jù)。（5）驗完成之后，停機，并對機床進行及時清理和添加保護油。圖一說明了實驗過程。 圖一在工作臺與工件之間的導軌可以滿足工件能夠在軸線X方向移動和進給。工件的位置根據(jù)加工參數(shù)而調(diào)整，以使散熱片不會與其基部分離。刀具直線往復地刨削工件。刀具每一個直線往復運，就加工成一個散熱片，而且刀具每一個直線往復加工完成后，工作臺將被提升，后退和進給一次。垂直進給，△y，決定散熱片的厚度。△x被△y和θ決定。它們之間的數(shù)學關系為 △x=△yctgθ△x是沿x軸線方向的進給，△y是y方向的進給，θ是工件的傾角。兩個散熱片之間的間隙，△p，能夠用下式進行換算： △p=△x/cosθ事實上，工件的傾角θ決定了兩散熱片之間的間隙。工件的傾角越大，兩散熱片之間的間隙越小，散熱片的越厚，散熱片與其根基之間的角度越大。翅狀熱溝犁削而形成的散熱片并不是垂直于其根基的，由于最終加工成的散熱片垂直排列于其根基。為了達到這個效果，可以用一個橡膠工件去壓緊散熱片的尾部，確保它能封閉住散熱片，然后推動橡膠工件以使所以的散熱片能夠垂直于根基，就如圖二所示一樣。圖二 散熱片的彎曲在翅狀熱溝犁削中散熱片的彎曲很大程度上影響散熱片的質(zhì)量。為了獲得理想的熱管散熱片，抑制切屑的彎曲是必要的。根據(jù)實驗，散熱片的彎曲方向有兩個：向旁邊的彎曲和向上的彎曲。根據(jù)運動學，寬度方向的速度梯度造成邊彎曲，而厚度方向的速度梯度造成向上的彎曲。有很多因素會造成翅狀熱溝犁削時散熱片的彎曲，如刀具的幾何參數(shù)和加工參數(shù)都對其有很大的影響。由于本人的課題是：基于翅狀熱溝犁削的刀具最佳切削速度的選擇研究，所以我這次畢業(yè)論文的重點將放在翅狀熱溝犁削時切削速度對散熱片的彎曲的影響上。實驗中應該注意的一些問題由于這個實驗是在車床上進行，而且實驗的時間很長，需要反反復復的操作，才可以得到可靠的實驗數(shù)據(jù)，尤其是切削刃傾角那個實驗還需要變換不同刃傾角的刀具，所以我們在實驗時應該注意許多細節(jié)問題，這些問題如果處理不當或者置之不理將會嚴重影響我們的實驗結(jié)果，得到一些不合理的數(shù)據(jù)（即誤差過大的失真的實驗數(shù)據(jù)），甚至會威脅到我們的人身安全?，F(xiàn)將實驗中應該注意的一些問題稍作簡單的介紹。（1）在車床運轉(zhuǎn)時，即加工過程中，不要隨便用身體去接觸機器，以防造成人身傷害。（2）在變換切削速度的時候，應該停止加工，等到調(diào)到我們所要的速度時，方可開始加工，以減少誤差。（3）測量實驗結(jié)果時，對于剛從機床上取下的翅狀熱溝工件，應先進行冷卻，一定時間過后才可測量。（4）實驗過程中應該注意觀察機床的運轉(zhuǎn)情況，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，比如有雜質(zhì)的混入使得切削參數(shù)發(fā)生變化，達不到我們實驗的要求，應該停機進行清理或者請問師傅，解決好這些問題。 實驗數(shù)據(jù)的獲得經(jīng)過辛苦的反反復復的實驗，我們得到了一些實驗數(shù)據(jù)，它是我們用于解決這個課題的關鍵。以下就是經(jīng)過整理后的實驗的基本數(shù)據(jù)。當然我們這里所得的實驗數(shù)據(jù)是在=、=、(切削深度)=，進行實驗得到的。是指側(cè)彎曲變形的曲率，代表向上彎曲變形的曲率，Ｎ是指實驗的次數(shù)。下面的是最佳切削速度實驗的數(shù)據(jù)表格：其中的單位是mm/s,Uc的單位是1/m(/mm),Sc也是1/m,FQ是指表面質(zhì)量（facequality）~ 比較光滑，~ 光滑，指理想值。405060708090100110120130140150UcScN 555555555553. FQ095經(jīng)過本次實驗我們得到了所需要的數(shù)據(jù)，下章我將介紹運用相應的數(shù)學知識，對這些數(shù)據(jù)進行必要的處理，并對其進行分析、繪制出相應的數(shù)據(jù)曲線。4 實驗數(shù)據(jù)處理及其結(jié)果在獲得了可靠的實驗數(shù)據(jù)后，接下來的任務是對這些數(shù)據(jù)進行數(shù)學分析和處理，并根據(jù)我們的分析結(jié)果，確定好在加工翅狀熱溝時的最佳的切削速度，即我們課題所要解決的問題。下面就是對實驗數(shù)據(jù)的分析和處理過程。（1） ，分別在直角坐標系－Ｓc和直角坐標系－Ｕc中作出一系列的圖點，并用光滑的曲線把這些孤立的點連接起來，從而得到我們下一步所要的數(shù)學曲線。下面的圖三、圖四、就是我們數(shù)據(jù)的數(shù)學模型圖化。 （圖三） （圖四）（2）上面所作的曲線進行擬合，并求出其擬合的數(shù)學表達式，下面就二條曲線一一分析和擬合處理：（a）先研究Uc和的數(shù)學關系式。為了解決這個問題，這里我們需要引入最小二乘法擬合準則。最小二乘法選取各觀測點殘差的加權(quán)平方和作為目標函數(shù)，觀測點的殘差定義為y的觀測值與理論值之差即=。若觀測值的標準差，則觀測值的權(quán)重因子，觀測點加權(quán)平方和叫擬合量，用表示。這里==，最小二乘法就是把擬合的量作為目標函數(shù)，尋求使量最小的參數(shù)值作參數(shù)估計值即==min,由高等數(shù)學微分學上的求函數(shù)極值的方法可知，分別對，…求偏導數(shù)并令各偏導數(shù)為0，就可得到m個獨立的關于c的線性方程組，解之便可得，…。從而得到我們所需的曲線方程。下面用最小二準則求解Uc和的數(shù)學關系式。首先，我們不妨設Uc= (依求解和的數(shù)學關系式，對圖一進行曲線擬合，現(xiàn)將有關數(shù)據(jù)摘錄如下：4050６070809010011012013014015036……………注意：上面、的單位都是１／m,… 表示數(shù)值相同為３６。根據(jù)圖三中的曲線形狀和實驗數(shù)據(jù)的分布情況，我們可假定其方程為：下面用數(shù)據(jù)處理的最小二準則來確定、的值。擬合量，對其求、的偏導數(shù)，并令它們?yōu)榱阌校?；；。解上面３個方程可得：、。下面來檢驗其可靠性，這里， ＝＝〈＝，其中N=12,m=3。顯然由檢驗準則可知道，我們所假設的方程式和實際曲線的方程非常接近，完全可以接受。c０６６〈７％，波動范圍很窄。所以要求的數(shù)學關系式如下：。（d）接下來求與的關系式，基本數(shù)據(jù)如下表：405060708090100110120130140150………注意：上面、的單位都是１／m,… 表示數(shù)值相同。這里我們依據(jù)曲線的形狀不妨先設：，同樣對求導有：＝／１２＝，下面檢驗可靠性：這里，；＝〈１１。顯然與我們的假設是符合的，可以接受。不過值得注意的是，這里我們的m可取大一點６～８，這樣我們所得的很可能會更接近些，曲線的表達式也更為精確些，但是這里沒有必要。因為我們所得到的擬合方程已經(jīng)可以滿足本課題的要求了，已經(jīng)很小了，完全可以忽略不記。所以我們沒有必要去進行復雜的計算。從最后的方程我們也可以看出切削速度對sidecurl的影響是很小的，實際上不會影響最后的加工質(zhì)量，為此我們一般不考慮它。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后的最終二維圖樣如下5 結(jié)論在這個實驗中所用刀具的刃傾為0o，前角為55 o，后角為3 o， mm。，即根據(jù)運動學原理，寬度方向的速度梯度造成邊彎曲（sidecurl），而厚度方向的速度梯度造成向上的彎曲（upwardcurl）。從第三章的實驗中得到的數(shù)據(jù)及其第四章根據(jù)實驗對其處理后得到的曲線，我們很容易發(fā)現(xiàn)切削速度幾乎對散熱片加工時的向上彎曲（upwardcurl）不產(chǎn)生什么影響。但是從切削力的變化規(guī)律中我們知道，加工塑性金屬時，切削速度 vc對切削力的影響如同對切削變形影響一樣，他們都是通過積屑瘤與摩擦的作用造成的。在底速到中速范圍內(nèi)（520m/min）, 隨著速度vc的提高，切削變形減小，故主切削力FZ逐漸減??；中速時（20m/min）,變形值最小，F(xiàn)Z減至最小值；超過中速，隨著速度vc的提高，切削變形增大，故FZ逐漸增大。在更高速度范圍內(nèi)（vc35m/min）,切削變形隨著速度增加而減小，而后達到穩(wěn)定。采用高的速度切削，不僅能提