本發(fā)明所屬高速切削加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈦或鈦合金材料鋸齒形切屑預(yù)測方法。
背景技術(shù)：
高速切削加工技術(shù)已經(jīng)成為切削加工技術(shù)發(fā)展的方向。在高速切削過程中刀具與工件的瞬間高速撞擊，使剪切局限在一個微小區(qū)域，造成局部區(qū)域溫度瞬間急劇升高，產(chǎn)生熱軟化現(xiàn)象，形成由絕熱剪切帶均勻間隔的鋸齒形切屑，這種切屑會影響切屑控制、加工質(zhì)量、加速刀具磨損，在這種極端的工作條件下，傳統(tǒng)的切削理論面臨挑戰(zhàn)。絕熱剪切敏感性越高，越容易產(chǎn)生鋸齒形切屑，但目前還不能很好的預(yù)測絕熱剪切現(xiàn)象產(chǎn)生的難易程度，其形成機理及影響因素尚有待理清。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的，是提供一種鈦或鈦合金材料產(chǎn)生鋸齒形切屑難易程度的預(yù)測方法，是根據(jù)合金材料在高速切削過程形成絕熱剪切帶的特點，推導(dǎo)綜合性定量描述絕熱剪切敏感性的表達式，即推導(dǎo)以屈服強度、熱導(dǎo)率、密度、比熱等材料性能參數(shù)和切削厚度、切削速度等切削參數(shù)為變量的產(chǎn)生絕熱剪切帶所需能量的表達式，將該能量的大小作為衡量絕熱剪切敏感性的指標(biāo)。
采用的技術(shù)方案是：
一種鈦或鈦合金材料鋸齒形切屑難易程度預(yù)測方法，包括下列步驟：
形成絕熱剪切帶時所需的能量為
（1）
（2）
式中：為和材料有關(guān)的常數(shù)，通常情況下取1，為材料密度，c為比熱， 為熱導(dǎo)率，為屈服強度，為應(yīng)變率，為溫度，為本構(gòu)關(guān)系，為熱擴散率，為材料的熱軟化能力。式（1）綜合反映了材料性能參數(shù)與外部加載條件對絕熱剪切敏感性的影響，G值越小，絕熱剪切敏感性越高，越容易產(chǎn)生鋸齒形切屑，但并未給出高速切削條件下的本構(gòu)關(guān)系的具體表達式，而且未考慮切削參數(shù)的影響，無法具體應(yīng)用。
為簡化起見，取高速切削過程中的本構(gòu)關(guān)系為
（3）
式中:為靜載時剪切比例極限，為應(yīng)變強化系數(shù)，為熱軟化系數(shù)，為應(yīng)變。
式（3）中對溫度求偏導(dǎo)得：
（4）
根據(jù)切削過程的應(yīng)變表達式：
（5）
為切屑鋸齒高度，為切屑高度；
將式（5）代入式（3）可得：
（6）
根據(jù)切削過程應(yīng)變率的表達式：
（7）
式中為刀具前角，為剪切角，v為切削速度, 為切削厚度；
（8）
將式（6）及式(7)代入式（1）可得：
（9）
式中： 為和材料有關(guān)的常數(shù)，通常情況下取1，為材料密度，為比熱,為切屑厚度，為熱擴散系數(shù)溫度，為剪切角，為刀具前角，為熱軟化系數(shù)，為剪切比例極限，為應(yīng)變強化系數(shù)， 為切屑鋸齒高度， 為切屑高度；為屈服強度，為切削速度。
當(dāng)主偏角為900時，切削厚度等于進給量，因此，推導(dǎo)出了用合金材料的性能參數(shù)和切削參數(shù)綜合表達的高速切削過程產(chǎn)生絕熱剪切帶所需能量的表達式。
本發(fā)明能預(yù)測合金材料生產(chǎn)鋸齒形切屑的難易程度，為優(yōu)化切削參數(shù),提高加工質(zhì)量提供依據(jù)。
具體實施方式
（1）切削程序: 以鈦合金TC4和TA15為例：
采用數(shù)控機床為CAK3665nzi，使用山特維克生產(chǎn)的PVD涂層刀片，前角=0°，外圓連續(xù)干式切削，加工材料為鈦合金TC4和TA15棒材，退火態(tài)，材料性能參數(shù)如表1所示。試樣總長度300mm，直徑100mm。加工方案及計算結(jié)果如表2和表3所示。
表1 鈦合金TC4和TA15材料性能參數(shù)
表2 TC4加工方案及計算結(jié)果
表3 TA15加工方案及計算結(jié)果
由于=00, 由式(8)可知,根據(jù)式（1）-（8），將表1、表2和表3中參數(shù)代入式（9），可分別計算出鈦合金TC4和TA2在不同切削條件下的能量勢壘G值見表2和表3。
(2) 產(chǎn)生鋸齒形切屑難易程度預(yù)測。
在式（9）中，形成絕熱剪切帶所需能量G值越小，絕熱剪切敏感性越高，越容易產(chǎn)生鋸齒形切屑。在表2和表3中，由兩種鈦合金的計算結(jié)果可知，在相同的加工方案下，在每一個相同的編號下，TC4的G值均比TA15小，所以在相同的切削條件下TC4的絕熱剪切敏感性比TA15高，因此，TC4更容易產(chǎn)生鋸齒形切屑，該方法可預(yù)測合金材料產(chǎn)生鋸齒形切屑的難易程度。