机械制造基础-3-1

1、第三章第三章 切削过程及控切削过程及控制制 切削过程及切屑类型切削过程及切屑类型 切切 削削 力力 切削热与切削温度切削热与切削温度 刀具磨损和耐用度刀具磨损和耐用度 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性 切切 削削 液液 切削用量的选择切削用量的选择 磨削过程及磨削原理磨削过程及磨削原理金属切削过程金属切削过程是用刀具从工件表面上切去多余的金属是用刀具从工件表面上切去多余的金属, ,形成形成已加工表面的过程已加工表面的过程, ,也是工件的切削层在刀具也是工件的切削层在刀具前面挤压下产生塑性变形前面挤压下产生塑性变形, ,形成切面被切下来形成切面被切下来的过程。的过程。切削过程中的许多物理

2、现象，如切削过程中的许多物理现象，如切削力、切切削力、切削热、刀具磨损削热、刀具磨损等，都与金属的变形及其变等，都与金属的变形及其变化规律有密切的关系，研究切削过程对保证化规律有密切的关系，研究切削过程对保证加工质量、提高生产率、降低成本和促进切加工质量、提高生产率、降低成本和促进切削加工技术的发展，有着十分重要的意义。削加工技术的发展，有着十分重要的意义。一、切屑的形成过程一、切屑的形成过程可以将切可以将切屑屑形成过程比拟为推挤一堆卡形成过程比拟为推挤一堆卡片的形象化模型片的形象化模型,可说明切可说明切屑屑形成过程形成过程(动画演示动画演示 动画动画2)。a)b)金属切削层的滑移线和流线示意

3、图金属切削层的滑移线和流线示意图OA OMOA OM为等切应力曲线为等切应力曲线二、三个变形区二、三个变形区第一变形区第一变形区：从从OAOA线（称始剪切线）开始发生塑线（称始剪切线）开始发生塑性变形，到性变形，到OMOM线（称终剪切线）晶粒的剪切线（称终剪切线）晶粒的剪切滑移基本完成。滑移基本完成。 第二变形区：第二变形区：切削沿前刀面排出时进一步受到前切削沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维化，纤维化方向基本维化，纤维化方向基本. .上和前刀面平行。上和前刀面平行。 第三变形区：第三变形区：已加工表面受到刀刃钝圆部分和

4、后已加工表面受到刀刃钝圆部分和后刀面的挤压与摩擦，产生变形和回弹，造成纤刀面的挤压与摩擦，产生变形和回弹，造成纤维化与加工硬化。维化与加工硬化。三、第一变形区内三、第一变形区内金属的剪切变形金属的剪切变形 追踪切削层上任一点追踪切削层上任一点P，可以观察可以观察切削的变形和形成过程。切削的变形和形成过程。三、第一变形区内金属的剪切变形三、第一变形区内金属的剪切变形 从金属晶体结构的角度说，沿滑移线的剪切变形从金属晶体结构的角度说，沿滑移线的剪切变形就是沿晶格中晶面的滑移。就是沿晶格中晶面的滑移。工件材料的晶粒，可假定工件材料的晶粒，可假定为圆颗粒（图为圆颗粒（图3-4（a)，受剪切力后，晶格内

5、晶面发受剪切力后，晶格内晶面发生位移，晶粒呈椭圆形。圆的直径生位移，晶粒呈椭圆形。圆的直径AB(图图3-4（a)变变成椭圆的长轴成椭圆的长轴A B (图图3-4（b)，AB就是晶粒纤维就是晶粒纤维化的方向化的方向(图图3-4(c)。三、第一变形区内金属的剪切变形三、第一变形区内金属的剪切变形 晶粒伸长的方向即纤维化的方向，是与滑晶粒伸长的方向即纤维化的方向，是与滑移方向即剪切面方向不重合的。它们成一夹角移方向即剪切面方向不重合的。它们成一夹角。在一般切削速度内，第一变形区的宽度仅在一般切削速度内，第一变形区的宽度仅为为0.02-0.2mm，所以可以用一剪切面来表示。所以可以用一剪切面来表示。剪

6、切面和切削速度方向的夹角称为剪切角，以剪切面和切削速度方向的夹角称为剪切角，以表示。表示。四、变形程度的表示方法四、变形程度的表示方法1.1.剪切角剪切角 如如 角较大，剪切面积变小，角较大，剪切面积变小，即变形程度较小，切削比较省力。即变形程度较小，切削比较省力。2.2.变形系数变形系数(1)(1)五、前刀面的挤压与摩擦及五、前刀面的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响其对切屑变形的影响第二变形区第二变形区：切削层金属经过第一变形区的剪切滑移：切削层金属经过第一变形区的剪切滑移变形后，沿前刀面方向排出时，由于受到前刀面的挤变形后，沿前刀面方向排出时，由于受到前刀面的挤压与摩擦会进一步变形。变形主要

7、集中在和前刀面摩压与摩擦会进一步变形。变形主要集中在和前刀面摩擦的切屑层底面一薄层金属内，这个区域为第二变形擦的切屑层底面一薄层金属内，这个区域为第二变形区。区。变形特征变形特征：使切屑底层靠近前刀面处纤维化，切屑流：使切屑底层靠近前刀面处纤维化，切屑流动速度减慢，底层金属甚至会滞留在前刀面上；由于动速度减慢，底层金属甚至会滞留在前刀面上；由于切屑底层纤维化晶粒被伸长，形成切屑的卷曲；由摩切屑底层纤维化晶粒被伸长，形成切屑的卷曲；由摩擦产生的热量使切屑底层与前刀面处温度升高。前刀擦产生的热量使切屑底层与前刀面处温度升高。前刀面上的挤压和摩擦不仅造成第二变形区的变形，并且面上的挤压和摩擦不仅造成

8、第二变形区的变形，并且对第一变形区也有影响。例如前刀面的摩擦很大，切对第一变形区也有影响。例如前刀面的摩擦很大，切屑不易排出，则第一变形区的剪切滑移必将加剧。屑不易排出，则第一变形区的剪切滑移必将加剧。五、前刀面的挤压与摩擦及其对五、前刀面的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响切屑变形的影响1.1.作用在切屑上的力（动画演示）作用在切屑上的力（动画演示） 直角自由切削时，切屑上的力（动画）：前刀面直角自由切削时，切屑上的力（动画）：前刀面上的上的F Fn n和和F Ff f，剪切面上的剪切面上的F Fnsns和和F Fs s。互相平衡。互相平衡。2.2.剪切角剪切角 与前刀面摩擦角与前刀面摩擦角 的

9、关系的关系1 1）在保证刀刃强度前提下，加大前角有利。在保证刀刃强度前提下，加大前角有利。22）仔细研磨刀面，使用切削液以减少前刀面上的摩）仔细研磨刀面，使用切削液以减少前刀面上的摩擦对切削过程同样是有利的。擦对切削过程同样是有利的。3.前刀面上的摩擦前刀面上的摩擦塑性金属在切削过程中，切削与前刀面之间压力很大，再加上塑性金属在切削过程中，切削与前刀面之间压力很大，再加上几百度的高温，实际上切削底层与前刀面呈粘结状态。故切屑几百度的高温，实际上切削底层与前刀面呈粘结状态。故切屑与前刀面之间不是一般的外摩擦，而是切屑与前刀面粘结层与与前刀面之间不是一般的外摩擦，而是切屑与前刀面粘结层与其上层金属

10、之间的其上层金属之间的内摩擦内摩擦。4.4.影响前刀面摩擦系数的主要因素影响前刀面摩擦系数的主要因素工件材料工件材料：实验表明在相同切削条件下，加工实验表明在相同切削条件下，加工几种不同工件材料，如铜、几种不同工件材料，如铜、1010钢、钢、1010CrCr钢、钢、1 1Cr18Ni9TiCr18Ni9Ti等，随着工件材料的强度和硬度的等，随着工件材料的强度和硬度的依次增大，摩擦系数依次增大，摩擦系数略有减少。略有减少。切削厚度：切削厚度：ac c增加时，增加时，也略为下降，如也略为下降，如1010钢钢的的ac c从从0.10.1mmmm增大到增大到0.180.18mm,mm,从从0.740.

11、74降至降至0.720.72。因为因为ac c增加后正应力也随之增大。增加后正应力也随之增大。刀具前角：刀具前角：在一般切削速度范围内，前角在一般切削速度范围内，前角0 0愈大，则愈大，则值愈大。因为随着值愈大。因为随着0 0增大，正应增大，正应力减小，故力减小，故增加。增加。切削速度：切削速度：当当v30m/minv30m/min时，切削速度提高，时，切削速度提高，摩擦系数变大。摩擦系数变大。切削速度的影响切削速度的影响六、切削瘤的形成及其对切六、切削瘤的形成及其对切削过程的影响削过程的影响积屑瘤积屑瘤：在切削速度不高而又能形成连续性切屑的在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工钢料

12、等塑性材料时，常情况下，加工钢料等塑性材料时，常在前刀面切削在前刀面切削处粘着一块剖面呈三角状的硬块处粘着一块剖面呈三角状的硬块。它的硬度很高。它的硬度很高（通常是工件材料的（通常是工件材料的2-3倍），在处于稳定状态时，倍），在处于稳定状态时，能够代替刀刃进行切削。能够代替刀刃进行切削。积屑瘤是这样形成的积屑瘤是这样形成的(动画动画)：切削加工时，切屑与前：切削加工时，切屑与前刀面发生强烈摩擦而形成新鲜表面接触。当接触面刀面发生强烈摩擦而形成新鲜表面接触。当接触面具有适当的温度和较高的压力时就会产生粘结（具有适当的温度和较高的压力时就会产生粘结（冷冷焊焊）。于是，切屑底层金属与前刀面冷焊而滞

13、留在）。于是，切屑底层金属与前刀面冷焊而滞留在前刀面上。连续流动的切削从粘在刀面的底层上流前刀面上。连续流动的切削从粘在刀面的底层上流过时，在温度、压力适当的情况下，也会被阻滞在过时，在温度、压力适当的情况下，也会被阻滞在底层上。使粘结层逐层在前一层上积聚，最后底层上。使粘结层逐层在前一层上积聚，最后长成长成积屑瘤积屑瘤。切削瘤的形成及其对切削过切削瘤的形成及其对切削过程的影响程的影响六、切削瘤的形成及其对切削过六、切削瘤的形成及其对切削过程的影响程的影响积屑瘤对切削过程的影响：积屑瘤对切削过程的影响： （1 1）使实际前角增大使实际前角增大 （2 2）增大切入深度增大切入深度 （3 3）使加

14、工表面粗糙度值增大使加工表面粗糙度值增大 （4 4）影响刀具耐用度影响刀具耐用度精加工时避免或减小积屑瘤的措施精加工时避免或减小积屑瘤的措施控制切削速度，尽量采用很低或者很高控制切削速度，尽量采用很低或者很高的速度，避开中速区；的速度，避开中速区；使用润滑性能好的切削液，以减小摩擦；使用润滑性能好的切削液，以减小摩擦；增大刀具前角，以减小刀屑接触区压力；增大刀具前角，以减小刀屑接触区压力；提高工件材料硬度，减少加工硬化倾向。提高工件材料硬度，减少加工硬化倾向。七、切屑变形的变化规律七、切屑变形的变化规律1. 1.工件材料对切屑变形的影响工件材料对切屑变形的影响 工件材料强度愈高，切屑变形愈小工

15、件材料强度愈高，切屑变形愈小 工件材料的塑性也是影响切削变形的主要因素工件材料的塑性也是影响切削变形的主要因素2.2.刀具前角对切屑变形的影响刀具前角对切屑变形的影响 刀具前角愈大，切削变形愈小刀具前角愈大，切削变形愈小3.3.切削速度对切屑变形的影响切削速度对切屑变形的影响在无积屑瘤的切削速度范围内，切削速度愈高，则变形系数愈小在无积屑瘤的切削速度范围内，切削速度愈高，则变形系数愈小在有积屑瘤的切削速度范围内，切削速度的影响是通过积屑瘤所在有积屑瘤的切削速度范围内，切削速度的影响是通过积屑瘤所形成的实际前角来影响切削变形的。形成的实际前角来影响切削变形的。4.4.切屑厚度对切屑变形的影响：切

16、屑厚度对切屑变形的影响：当切削厚度增加时，当切削厚度增加时，摩擦系数减小，摩擦系数减小，增大，变形变小。可见，在无积屑瘤情况下，增大，变形变小。可见，在无积屑瘤情况下，f f愈大（愈大（ac c愈大），则愈大），则愈小。愈小。八、切屑的类型八、切屑的类型1）带状切屑带状切屑 塑性金属，切削厚度较小，切削塑性金属，切削厚度较小，切削速度较高，刀具前角较大时速度较高，刀具前角较大时2）挤裂切屑挤裂切屑 切削速度较低，切削厚度较大，切削速度较低，切削厚度较大，刀具前角较小时产生。刀具前角较小时产生。3）单元切屑单元切屑 以上三种为切削塑性材料时以上三种为切削塑性材料时4）崩碎切屑崩碎切屑 力求避免力求避免九、已加工表面的形成过程九、已加工表面的形成过程鳞刺鳞刺形成过程：抹形成过程：抹拭、导裂、层积、拭、导裂、层积、切顶切顶。（动画）。（动画）抑制方法：抑制方法：减小切削厚度减小切削厚度使用润滑性能好的使用润滑性能好的极压切削液极压切削液采用高速切削，或采用高速切削，或用人工加热把切削温用人工加热把切削温度提高到度提高到500500摄