（毕业论文）-外文翻译--通过磁场改善工具干切削时的磨损表面

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1、 通过磁场改善工具干切削时的磨损表面通过磁场改善工具干切削时的磨损表面摘要摘要 本文提出了一些实验数据，有助于更好的理解，磁场对刀具在干 切削过程中磨损阻力的影响。初步在铁碳钢上做的三维切削试验已经 表明，在恶劣的切削条件下，使用一个外部磁场可以增加工具寿命 （两到三倍） 。用非磁性硬质合金工具干切削被磁化的 45 号钢的正交 切削试验的结果，在本论文的中也有报道。虽然这种机制显示有益使 用磁治疗似乎是复杂的，他们基本上可以分为两种类别：（1）改变切 削力学（剪切角、剪切应变和切割比）和（2）在磁场中刀屑接触（形 成不断取代组合优势）摩擦的表面修饰。1、简介简介在流程和材料性能的制造过程中，用

2、磁处理来改变材料的摩擦学 行为的零件，有许多有吸引力的特性。这种处理通常是使用低强度短 期处理，在室温下容易被应用于生产和控制领域。然而，磁处理不是 被广泛赞赏和开发。本文的主要目的是给磁场处理的影响一个简要回 顾研究结果，提出定性结果来描述这个机制产生的观察效果。这篇评 论的范围仅限于调查研究，目的在于描述刀具磨损行为的变化，从基 本工程科学概念的角度来解释观察到的效果。这篇评论被认为是在现 存的文献中，最重要的总结研究结果。把该研究连贯起来，回顾一些 最当前的结果，以详细的方式描述一些作者的研究。跟着对最近的实 验数据的描述，可以解释许多在评审研究中的观测报告。这些研究结 果的含义都在这篇

3、论文中。2、应用磁场后刀具磨损的变化应用磁场后刀具磨损的变化文献回顾文献回顾早期的工作使用磁场来控制的摩擦过程主要集中在刀具磨损上。 Bobrovoskii、Kanji 和 Pal 一起研究一个外部的叠加电流在穿透过程 中的作用，目的是提高刀具寿命。一个提高刀具寿命的方法被发现。 然而，没有人能对刀具寿命的改善提出详细的说明。Bagchi 和 Ghosh 研究在低碳钢机械加工的时候，恒定磁场对高速钢刀具磨损的影响。 他们发现在研究的速度范围内，施加磁场后，刀具侧面的磨损减少了。 刀具的磨损减少取决于磁场的强度和切削的速度。Chakravarty 提出了 一个定性模型来解释已磁化的切削工具寿命为

4、什么会增加。这种解释 是以物理磁性元素再定位为基础的。后来，Pal 和 Gupta 研究交变磁场 对高速钢钻头钻灰口铸铁和球化处理石墨铸铁磨损性能， 钻头的磨损 低于干切削条件下的磨损。对于灰口铸铁，交变磁场应用在工具和工 件上，同时使用电磁围绕着钻头和工件。在钻球化处理石墨铸铁，相 同的电磁被放置在工件之上，所以磁场主要应用在刀具上。显著增加 刀具寿命，获得了两个测试配置。对于这个改进一个可能的原因被提 出来，尽管没有对实验观察详细的理论解释。Muju 等人完成了大量实 验工作，对在机械加工和摩擦磨损实验中获得的一些实验结果，提出 了一个解释。已磁化的高速钢刀具被用于车削低碳钢、铝和铜。附加

5、 试验用低碳钢摩擦铜，低碳钢也执行了。增加了刀具 40%的寿命，磨损 颗粒的大小也变小了，没有相变被报道。论文作者们从机械的立场讨 论外部磁场的作用。一个现象的处理是以表面微凸体之间的接头的位 移为基础的，应归于磁场的提出。在建立物理模型的过程中，变位的 密度和它们的速度被假设是一致的，相互排斥和温度效应对变位的影 响被忽视了。对拟建模型的预测证实，电磁场通过减少磨损率，降低 导体的磁导率，影响粘着磨损。此外，这个模型还预测温度的增加可 以减弱磁场效应。与温度的关系的含义，在低速下刀具的寿命的增加 预计很小，增加到最大值后随着速度下降，从此切削区域的温度一直 增加。显示磨损是与切削速度相对的，

6、这是由数据确认的。Muju 和 Radhakrishna 通过把温度的影响考虑在内，用了一个更基本的原理进 一步开展普遍化的模型。他们推断，磁场的应用降低了磨损和漫射的 活化能，只有当 H2 /H1 0.2 才是有益的，H1和 H2分别是导体在高导磁 率和低导磁率时的硬度。即使这个模型支持一些之前的试验数据报告， 好像也只适合描述，当粘着磨损机理占优势的时候，在磁场的条件下 磨损性能的提高。以上的调查研究概括产生了两个相关的结论。一个是交替的或持续的磁场应用于刀具与工件的接触区可以导致磨损率的 减少。另一个是这种由实验结果解释细节的水平，不能充分认识磁场 的效果和作为制定工艺流程设计的基础。更

7、具体地说，磁场的应用是 否影响机械和化学过程的发生和物质的性质。3、有关磁场影响刀具磨损的最新研究有关磁场影响刀具磨损的最新研究作者们最近的工作在这里被评审，它显示一些当下对在切割过程 中施加磁场的理解。集合了一些背景解释这种效果，在随后的论文中 有所呈现。一些最近的研究结果描述磁场的效应对高速钢刀具在机械 加工中的耐久性。EI Mansori 等人完成了用一个线圈环绕刀具，在刀 具与工件的工作接触区提供可控的直流磁场的车削试验。刀具磨损测 量应用，在该刀具切口固定的长度前刀面上形成的坑的平均宽度。刀 具的寿命是刀具磨损状况达到极限所能切削的时间。两种类型的刀具 工件材料被用于研究，一种无磁性

8、的加工材料和有磁性的高速钢刀具， 一种是有磁性的碳素钢和有磁性的高速钢刀具。刀具的寿命是根据耐 久性比率 *=H/0给出的，刀具寿命 H是用外加磁场测量，刀具 寿命 0在机械加工中没有施加磁场。刀具的耐久性随着外加磁场强度 的增加而增加，适用于所有的切削速度。分析刀具的刀口边缘区域和 在同样的切削条件下失效的刀具的电镜显微照片。没有施加磁场的刀 具磨损区域的刀具侧面、前面的边沿和切口的最外围凹槽已经消逝。 人们相信这些磨损主要是由磨蚀引起的，施加磁场的刀具的磨损特性 有显著差异。后侧面的磨损好像是从焊接在加工材料和刀具前刃面断 裂处的接头发生的。实质上，刀具材料微小的碎片被撕下，这或许包 含一

9、些刀具表面与周围空气的化学相互作用。最近，我们用磁化的高 速钢和硬质合金钻头在一个直流磁场中，钻含碳量 0.38%的碳素钢工件。 这个实验是由钻直径 8mm、深为 20mm 和倒角为 10mm 的盲孔组成。在磁 场中钻孔这种方式已被认为是有效率的切削和散热。而且，在钻孔的 过程中，推力和钻孔的扭矩是可以测量的。用一个光干涉法表面光度 仪 NT-3300 就可以断断续续的测出钻头的磨损。每一个磨损的测量值 都由坑的最大深度估算出。通过观察发现的最显著的成果是，随着磁 场强度的增强，刀具的磨损变小了。图 1 显示了这种减小与刀具边缘 面坑深度的最大值的关系。在同样的切削条件下，参数 KT 随着磁场

10、强 度的增强逐渐变小。我们可以看到，在高强度磁场的激励下，KT 的值有一个很明显的下降，证明了刀具耐磨性的增加。对于硬质合金钻头 与高速钢钻头相比，这种降落更明显。研究结果显示，经直流磁场处 理的钻头，推力更小。4、已磁化的垂直切割试验已磁化的垂直切割试验4.1.试验步骤垂直切削工序提出了一个合理的方法，实际上在主切削上加工适合 所有的切削条件，这一原理已经被广泛的研究。垂直切削被广泛的用 在工序中，换句话说，计划操作或在管子末端转向。最后一个工序在 车床上以零倾角切掉管子的末端是非常方便的。然后，如果切削的宽 度与切削厚度的比率相对参考有点高，这个切削形成的过程是二维的， 切削向上流动，刀具

11、前刃面垂直于切削刃的方向。根据这个标准转到 管道布置，在切削过程中应用磁场被认为是基本原理。的确，在已磁 化的 45 号钢管状样品上做的垂直切割试验已经完成。根据参数选择的 这种合金，经常被用于工程实践。第一，它产生了一个直的、连续的 切屑，它的微观结构明显的不同。第二，它是一种易磁化的碳素钢。 这种待验收的材料在 840的火中煅烧一个小时，图 2 表现了它典型的 微观结构。坚硬的珍珠状颗粒在一个柔软的铁素体矩阵中，晶粒的大 小与 5 个 ASTM 数字一致。这种煅烧的状态是以 700MPa 的抗张强度 和平均 170 的维氏宏观硬度为特征的。标准的磁化曲线和相应的磁导 率 r 在图 2（b)

12、中被显示出来。最大的相对磁导率 700 大约达到相当 低的磁场强度，可以用磁通量密度来替代。热处理后，直径 80mm，壁 厚 3mm 的管状样品酒被加工好了。为了完成垂直切割的试验，环境必 须是干燥的，管状样品必须是磁化的。图 3 的原理图描述了组织结构。 沿着刀具的轴穿过工件的磁场，是由固定在工件上线圈里的直流电流 产生的（如图 3） 。这个线圈的内径有 20mm，超过工件的直径。线圈 长度的相当大的一部分通过磁通量与工件连接。磁场强度可以根据电 流的强度在 0 到 30104Am-1的范围内变化。为了精确测量切削区域同 轴磁场强度，我们用了一个快速的霍尔探头。在所有的试验中，正交 切削被用

13、于在倾角 6 度的范围内镶硬质合金齿。评估鉴定外加磁场的 效应，只有两个系列的试验被分析：第一个是没有外加磁场，第二个 是在 8KAm-1直流磁场下做实验。这个强度与工件材料的磁性饱和时相似的，使用相同的切削条件：1ms-1的切削速度，3mm 的切削深度和 0.1mm 的进给量。为了得到可靠地研究结果，在完全相同的条件下， 没一个系列被反复 5 次，每一个单独的测试都用一个新的刀具和一个 新的工件。每个切削试验之后，产生的碎屑，使用过的刀具和产生的 工件表面都被光学扫描电子显微镜检查过。45 号钢合金的微观结构经 0.5m 的金刚石精抛光后，被含有 2%的硝酸浸蚀夜显示出来。4.2.磁场对切削

14、特性的影响图 4 给出的总图显示了典型的未磁化形态和已磁化产生的碎屑。从 宏观角度看，磁场的应用与碎屑形态的改变有关。在无磁场的切削试 验中，长长的带状碎屑呈螺旋形。这种碎屑是合金在低切削速度下机 械加工时所具有的特征。当施加磁场时，不规则形状的碎屑就会转变 成粘结的。同轴磁场的存在给磁化过程一个叠加的外力，或许能够修 改剪切角，导致我们观察到的碎屑的形态的改变。而且，通过对刀具 工件接触面磁化粘结诱导效应预测形态的改变，正如 EI Mansori 等人 讨论的那样。在高倍放大镜下，碎屑横截面在有磁场存在和无磁场存 在的条件下的形成过程，典型的显示了带状碎屑材料的变形。正如这 些数据所示，珍珠

15、状的颗粒非常强有力的紧密在一起，沿着主要的剪 切区域排列， 表示剪切角。根据 Merchant 的模型，计算出切割比、 剪切角、剪切应力和摩擦系数。产生的碎屑的维氏硬度也是可以测量 的。这些计算和测量典型的垂直切割的数据在表格 1 给出了，说明了 当干切削时磁场效应发生了。切削 45 号钢时特性的平均相对变化，应 归于磁场的重要性。两个相反的变化被记下。当施加一个稳定的磁场， 切割比、剪切角、摩擦系数和碎屑的硬度都变小了。然而，摩擦系数 和剪切应力的相对变化是增强的。这些变化的原因是，在切割过程中 移开材料，两个基础的操作在近距离内通过强相互作用同时发生。（1)大的塑性应变在集中剪切的区域 （

16、2)材料运输沿着碎屑和刀具相对运动的重载荷区域自从磁场提高了铁磁材料位移的流动性和塑性应变率，如图所示，两 个效果就会发生。（1）按计算的量增强塑性应变，材料延展性的提高解释了切割比、剪 切角的增加和剪切应变的减小（2）表面淬火体现在碎屑硬度的增加、磨损系数和刀具磨损的减小然而，金属切削是一个非常复杂的过程，不能用一个单一的原理描 述。当一个单一的原理或许在操作条件在有限的范围内占优势，经验 告诉我们通常没有哪一个单一的原理能控制住。也有其他的原理解释 施加磁场后，45 号钢切削特性的变异。的确，图 5 所示的两个已磁化 的切削刃显微照片，它说明在切削时间为 20s 和 30s 在前刀面上形成的 部分切削瘤。因此，磁场的存在产生了一个积屑瘤。导致了它以一个 单独的二级碎屑方式连续流动。磁场能减少刀具磨损和摩擦系数，积 屑瘤可能是一个重要的因素。5、总结总结出现在这篇论文中的研究结果已经试图去提供与外部电磁场有关 的信息。干切削在接触无磨损条件下是不可分割的一部分。因此，通 过在刀具磨损上应用电磁场得到有利效果。下面的结束点可以描绘：（1）当碳