金属切削过程

1、1.金属切削过程的实质是什么？2.切削力的分解及影响切削力的因素都有那些？3.切削热的来源及影响切削热的主要因素？4.刀具的磨损及影响刀具寿命的主要因素？本章内容第二章第二章 金属切削过程金属切削过程 1.什么是什么是 金属切削过程？金属切削过程？ 2.金属切削过程中会出现金属切削过程中会出现 哪些现象？哪些现象？第二章第二章 金属切削过程金属切削过程1.什么是金属切削过程？ 金属切削过程就是通过刀具把被切金属层变成切屑的过程。2.金属切削过程中包含有哪些现象？ 切 削变形、卷屑断屑、切削力、切削热、切削温度、刀具磨损、已加工表面硬化和残余应力、积屑瘤等。 通过刀具把被切金属层变为切屑的过通过

2、刀具把被切金属层变为切屑的过程，其实质是一种挤压、剪切变形过程。程，其实质是一种挤压、剪切变形过程。 塑性金属的切削过程一般要经过塑性金属的切削过程一般要经过弹性弹性变形、塑性变形、挤裂、切离变形、塑性变形、挤裂、切离四个阶段四个阶段第二章第二章 金属切削过程金属切削过程第一节第一节 金属切削过程概述金属切削过程概述一、金属切削过程的实质一、金属切削过程的实质（塑性材料）（塑性材料） FABOM45a）正挤压）正挤压FABOM45b）偏挤压）偏挤压OMFc）切削）切削金属挤压与切削比较 第一变形区（剪切、滑移）第一变形区（剪切、滑移）第二变形区（挤压和摩擦）第二变形区（挤压和摩擦） 第三变形区

3、（挤压和摩擦）第三变形区（挤压和摩擦）二、切削变形区二、切削变形区切屑根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：=s剪切角1. 第一变形区（剪切、滑移）第一变形区（剪切、滑移） 塑性变形从始滑移面塑性变形从始滑移面OA开始至终滑移面开始至终滑移面OM终了，终了，之间形成之间形成AOM塑性变形区，由于塑性变形的主要特点是塑性变形区，由于塑性变形的主要特点是晶格间的剪切滑移，所以晶格间的剪切滑移，所以AOM叫叫剪切区剪切区，也称为，也称为第一变第一变形区（形区（）。）。 第一变形区金属的滑移第一变形区金属的滑移 第一变形区的切削变形是切削过程中切削力和切削热的主要来源。 切屑沿刀具前面排出时会进

4、一步受到切屑沿刀具前面排出时会进一步受到前刀面的阻碍，在刀具和切屑界面之间存前刀面的阻碍，在刀具和切屑界面之间存在强烈的挤压和摩擦，使切屑底部靠近前在强烈的挤压和摩擦，使切屑底部靠近前刀面处的金属发生刀面处的金属发生“纤维化纤维化”的二次变形。的二次变形。这部分区域称为这部分区域称为第二变形区（第二变形区（）。 此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。2. 第二变形区第二变形区 （挤压和摩擦）（挤压和摩擦） 在已加工表面上与刀具后面挤压、摩擦形成在已加工表面上与刀具后面挤压、摩擦形成的变形区域称为的变形区域称为第三变形区（第三变形区（）。 由于刀具刃口不可能绝对锋利由于刀具刃口不

5、可能绝对锋利, 钝圆半径的钝圆半径的存在使切削层参数中公称切削厚度不可能完全切存在使切削层参数中公称切削厚度不可能完全切除，会有很小一部分被挤压到已加工表面，与刀除，会有很小一部分被挤压到已加工表面，与刀具后刀面发生摩擦，并进一步产生弹、塑性变形，具后刀面发生摩擦，并进一步产生弹、塑性变形，从而从而影响已加工表面质量影响已加工表面质量。 此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。3. 第三变形区第三变形区 已加工表面的形成过程已加工表面的形成过程1. 剪切角剪切角三、三、切削变形程度的表示方法切削变形程度的表示方法 剪切角剪切角 剪切面剪切面积积变形程度变形程度切削力切削力剪切面剪切

6、面 与切削速度与切削速度(主主运动运动)方向之间的夹角方向之间的夹角称为剪切角，用称为剪切角，用表示表示 图图2-2 剪切角与切削变形剪切角与切削变形 2.切削厚度压缩比（变形系数切削厚度压缩比（变形系数1）图图2-3 切屑厚度压缩比切屑厚度压缩比 说明：说明：1、同一工件材料，若切削条件不同，、同一工件材料，若切削条件不同，则切削厚度压缩比不同；则切削厚度压缩比不同；2、不同工件材料，即使切削条件相同，、不同工件材料，即使切削条件相同，切削厚度压缩比不同；切削厚度压缩比不同；3、用切削厚度压缩比反映切削变形比、用切削厚度压缩比反映切削变形比较简单、直观，但很粗略较简单、直观，但很粗略,只在一

7、定条件只在一定条件下反映切削变形。前角下反映切削变形。前角=0-30，Ah1.5chdLLADchhhh切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本不变。可用其表示切削层变的变形程度。LchhDhchLD四、四、形成条件影响名称简图形态变形带状，底面光滑，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状粒状不规则块状颗粒剪切滑移尚未达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小， 刀具前角较大加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大， 刀具前角较小工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆材料， 刀具前角较小切削过程

8、平稳，表面粗糙度小， 妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切削过程不平稳，表面粗糙度不佳切削力波动大，有冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑切屑类型及形成条件（二）、切屑的控制（二）、切屑的控制在生产实践中，有的切屑打成在生产实践中，有的切屑打成螺卷状螺卷状，到一定长度时自行折断；有的切屑折断到一定长度时自行折断；有的切屑折断成成C C形形、6 6字形字形；有的呈；有的呈发条状卷屑发条状卷屑；有；有的的碎成针状或小片碎成针状或小片，四处飞溅，影响安，四处飞溅，影响安全；有的全；有的带状切屑带状切屑缠绕在刀具和工件上缠绕在刀具和工件上，易

9、造成事故。不良的排屑状态会影响，易造成事故。不良的排屑状态会影响生产的正常进行。生产的正常进行。切屑经第切屑经第I I、第、第变形区的剧烈变形后，硬变形区的剧烈变形后，硬度增加，塑性下降，性能变脆。在切屑排度增加，塑性下降，性能变脆。在切屑排出过程中，当碰到刀具后刀面、工件上过出过程中，当碰到刀具后刀面、工件上过渡表面或待加工表面等障碍时，如某一部渡表面或待加工表面等障碍时，如某一部位的应变超过了切屑材料的断裂应变值，位的应变超过了切屑材料的断裂应变值，切屑就会折断。切屑就会折断。 研究表明，研究表明，工件材料脆性越大工件材料脆性越大( (断裂应变值小断裂应变值小) )、切屑厚度越、切屑厚度越

10、大、切屑卷曲半径越小，切屑就越容易折断。大、切屑卷曲半径越小，切屑就越容易折断。可采取以下措可采取以下措施对切屑实施控制：施对切屑实施控制： (1)(1)采用断屑槽采用断屑槽 通过设置断屑槽对流动中的切屑施加一定通过设置断屑槽对流动中的切屑施加一定的约束力，使切屑应变增大，切屑卷曲半径减小。的约束力，使切屑应变增大，切屑卷曲半径减小。 断屑槽的尺寸参数应与切削用量的大小相适应，否则断屑槽的尺寸参数应与切削用量的大小相适应，否则会影响断屑效果。常用的断屑槽截面形状有折线形、直线圆会影响断屑效果。常用的断屑槽截面形状有折线形、直线圆弧形和全圆弧形。弧形和全圆弧形。 v 为使切削过程正常进行和保证已

11、加工表面质量，应使切屑卷曲和折断。v 切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加变形的结果切屑的卷曲断屑的产生v断屑是对已变形的切屑再附加一次变形（常需有断屑装置）(2)(2)改变刀具角度改变刀具角度 增大刀具主偏角增大刀具主偏角KrKr，切削厚度变大，切削厚度变大, ,有利于断有利于断屑屑; ;减小刀具前角可使切屑变形加大，切屑易于折减小刀具前角可使切屑变形加大，切屑易于折断断; ;刃倾角刃倾角ss可以控制切屑的流向，可以控制切屑的流向，ss为正值时为正值时，切屑常卷曲后碰到后刀面折断形成，切屑常卷曲后碰到后刀面折断形成C C形屑或形屑或自然流出形成螺卷屑；自然流出形成螺卷屑；ss为负

12、值时，切屑常为负值时，切屑常卷曲后碰到已加工表面折断成卷曲后碰到已加工表面折断成C C形屑或形屑或6 6字形屑字形屑。 (3)(3)调整切削用量调整切削用量 提高进给量提高进给量f f使切削厚度增大，对断屑有使切削厚度增大，对断屑有利；但增大利；但增大f f会增大加工表面粗糙度会增大加工表面粗糙度; ;适当地降低切削速度使切削变形增大，适当地降低切削速度使切削变形增大，也有利于断屑，但这会降低材料切除效也有利于断屑，但这会降低材料切除效率。须根据实际条件适当选择切削用量率。须根据实际条件适当选择切削用量。 五、积屑瘤五、积屑瘤积屑瘤现象：刀尖上急剧塑性变形而被强化的硬度很高的的附着物生产中又称

13、为刀瘤 切削过程中，由于金属的挤压和强烈摩擦，使切屑与前刀切削过程中，由于金属的挤压和强烈摩擦，使切屑与前刀面之间产生很大的应力和很高的切削温度。当应力和温度条面之间产生很大的应力和很高的切削温度。当应力和温度条件适当时，切屑底层与前刀面之间的摩擦力很大，使得切屑件适当时，切屑底层与前刀面之间的摩擦力很大，使得切屑底层流出速度变得缓慢，形成一层很薄的底层流出速度变得缓慢，形成一层很薄的“滞流层滞流层”，当滞，当滞流层与前刀面的摩擦阻力超过切屑内部的结合力时，滞流层流层与前刀面的摩擦阻力超过切屑内部的结合力时，滞流层的金属与切屑分离而粘附在切削刃附近形成积屑瘤的金属与切屑分离而粘附在切削刃附近形

14、成积屑瘤. 切屑底层金属与前刀面的切屑底层金属与前刀面的粘结粘结和和加工硬化。加工硬化。 五、积屑瘤五、积屑瘤 1.积屑瘤产生的原因积屑瘤产生的原因积屑瘤的形成条件积屑瘤的形成条件必要条件 n加工塑性金属材料 n中速切削 不使用切削液时容易产生5m/min60m/min积积屑瘤改屑瘤改变变刀具切削刀具切削条条件件刀尖被包裹起来 前角增大 切削深度变化 工件上的已加工表面变粗糙积积屑瘤是否有害呢？屑瘤是否有害呢？对对工件的影工件的影响响 C加工表面的粗糙度增加（变差） C鳞刺可能就是因积屑瘤破裂形成的 C切深变化工件尺寸精度下降 对对刀具的影刀具的影响响 C刀尖没有参与切削保护刀尖 C刀具实际前

15、角增大切削更轻快粗加工粗加工与与精加工精加工粗加工可以利用积屑瘤 C粗加工精度不是主要问题 C增大前角 C保护刀尖 精加工一定要回避积屑瘤 C保证精度 C保证表面质量有利方面有利方面保护刀具保护刀具增加工增加工作前角作前角积屑瘤硬积屑瘤硬度很高度很高可代替切削刃可代替切削刃进行切屑，减进行切屑，减少刀具的磨损少刀具的磨损积屑瘤的存在，积屑瘤的存在，使刀具的实际工使刀具的实际工作前角增大作前角增大可减小切削变可减小切削变形和切削力，形和切削力，使切削轻快使切削轻快不利方面不利方面影响工件尺影响工件尺寸精度寸精度影响工件表影响工件表面粗造度面粗造度积屑瘤破裂后会划伤表面，加积屑瘤破裂后会划伤表面，

16、加快刀具磨损快刀具磨损会形成硬点和毛刺，使工件表面粗会形成硬点和毛刺，使工件表面粗造度值增大造度值增大时大时小，时有时无，使切削时大时小，时有时无，使切削力产生波动而引起振动力产生波动而引起振动积屑瘤的顶端突出于切削刃之外，积屑瘤的顶端突出于切削刃之外，使实际的切削深度不断变化使实际的切削深度不断变化精加工应尽量避免积屑瘤n选择选择切削速度，切削速度，（温度）（温度）避避开产开产生生积积屑瘤的屑瘤的区区域域 n高速：Vc60m/min高速精加工 n低速：Vc y z，即：影响大，即：影响大 小：小：vc f ap2、进给量、进给量 f 和背吃刀量和背吃刀量 ap 与刀具耐用度与刀具耐用度T的关

17、系的关系 为了减少刀具磨损、提高刀具耐用度，应该选为了减少刀具磨损、提高刀具耐用度，应该选大的背吃刀量大的背吃刀量、较大的进给量和合适的切削速度。、较大的进给量和合适的切削速度。 nTBf/ppTCa/zpyxcTppnmcTafvCafvCT111不同刀具材料的耐用度比较硬质合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速钢刀具耐用度T（min）1 2 3 5 6 8 10 20 30 40 60800600500400300200100806050切削速度v（m/min）（3）刀具的影响）刀具的影响 刀具角度：刀具角度： 前角增大，刀具耐用度增加。前角增大，刀具耐用度增加。 前角过

18、大，刀具耐用度降低。前角过大，刀具耐用度降低。 刀尖圆弧半径增大或主偏角减小，刀具耐刀尖圆弧半径增大或主偏角减小，刀具耐用提高。用提高。（3）刀具的影响）刀具的影响 式中to 、 tm 、 ta 、 tc 分别为工序时间、基本时间、辅助时间和换刀时间；T 为刀具耐用度。令f，ap为常数，有：10001000mwwwwmppLdLdtTvfaAfa 使工序时间最短的刀具耐用度。以车削为例，工序时间：mv TA将上式代入式（4-14），对T求导，并令其为0，可得到最大生产率刀具耐用度为：momactttttT（3-16）（3-17）1opcmTtm又：0mmmamcmttCtCtCtCCT（3-1

19、8）式中 C0 工序成本； Cm 机时费； Ct 刀具费用； tm ，ta ，tc ，T 含义同前。使工序成本最小的刀具耐用度。仍以车削为例，工序成本为：（3-19）1topcmCmTtmC仍令f，ap为常数，采用相同方法，可得到经济耐用度为（图3-28）tmCm刀具费用taCmC0刀具耐用度Top成本 图3-28 经济寿命3. 刀具耐用度的合理数值刀具耐用度的合理数值 最高生产率耐用度最高生产率耐用度Tp最低成本耐用度最低成本耐用度Tc刀具耐用度并不表征刀具的切削性能，刀具耐用度并不表征刀具的切削性能，而是人而是人为的规定值。为的规定值。刀具耐用度并不是越高越好。刀具耐用度并不是越高越好。确定刀具耐用度时应考虑：确定刀具耐用度时应考虑：.