高等教育第三章金属切削过程的基本理论课件

机械系主讲陆林侦丽水机电建工学院第三章金属切削过程的基本理论教学重点：1、掌握金属切削过程中切削变形的过程。2、切屑类型积屑瘤现象及影响因素。教学难点：切削变形过程及切屑类型控制§3.1金属切削层的变形丽水学院机械系金属切削变形过程是指刀具从工件表面切除多余金属，形成切屑和已加工表面的过程。在切削过程中切削的变形、切削力、切削热和切削温度等现象.对变形过程加以研究，找到基本变形规律，对保证加工质量，提高生产率非常必要。丽水学院机械系一、金属切削层的变形和切屑大量的实验表明，金属的切削过程是切削金属受到刀具前刀面的推挤后产生的以剪切滑移为主的塑性变形过程。丽水学院机械系一、金属切削层的变形和切削图3-1塑性金属的切屑形成过程丽水学院机械系丽水学院机械系丽水学院机械系切削变形滑移过程示意图工件刀具§3.1.2变形程度的表示方法二、切削过程中的三个变形区1.刀具挤压工件，产生变形滑移3.挤裂4.切离丽水学院机械系二、切削变形区第一变形区：（基本变形区）OA~OM之间的区域，是切削过程中的主要变形区，是切削力和切削热的主要来源。主要特征：剪切面的滑移变形第二变形区：切屑底层与前刀面之间的摩擦变形区。主要影响切屑的变形和积屑瘤的产生。第三变形区第二变形区第一变形区第三变形区：工件已加工表面与刀具后刀面之间的挤压、摩擦变形区域。造成工件表面的纤维化与加工硬化。该区域对工件表面的残余应力以及后刀面的磨损有很大的影响。第一变形区图中（AOM）为第一变形区。第一变形区变形的主要特征是沿滑移面的剪切变形，以及随之产生的加工硬化。第一变形区的宽度仅为0.02-0.2mm，可以用一剪切面代替。丽水学院机械系丽水学院机械系塑性金属的切屑形成过程在第一变形区中，切削变形的主要特征是切削层金属沿滑移面的剪切变形，并伴有加工硬化现象。切削层金属沿滑移面的剪切变形，从金属晶体结构的角度来看，就是沿晶格中晶面所进行的滑移。金属材料的晶粒，可假定为圆形颗粒。晶粒在到达始滑移线OA之前，仅产生弹性变形，晶粒不呈方向性，仍为圆形。晶粒进入第一变形区后，因受剪应力作用产生滑移，致使晶粒变为椭圆形。椭圆的长轴方向就是晶粒伸长的方向或金属纤维化的方向，它与剪切面的方向不重合，两者之间成一夹角Ψ。切屑形成本质图滑移与切屑的伸长过程丽水学院机械系切屑的基本形态

1、带状切屑

2、节状切屑

3、粒状切屑

4、崩碎切屑

§3.2切屑的种类和屑瘤的形成一、切屑的种类带状切屑：产生条件：切削塑性材料、切削速度高、切削厚度较小、前角大。形状：连绵不断呈带状，切屑底面很光滑而背面呈毛茸状。形成原因：切速高，切削层未及充分变形即变为切屑，剪切面上的应力还未达到破坏值，因此只有塑性滑移而无断裂；前角大，则刀具锋利；hD小则切削力小。故易得带状切屑。特点：切削过程变形小，切削力小且稳定；已加工表面粗糙度低。对生产安全有危害。一、切屑的种类节状切屑：（挤裂切屑）形状：宏观上自然连接，但外表面呈锯齿形，如竹节状。产生条件：切削塑性材料、切削速度中等、切削厚度较厚、前角较小。形成原因：切削层经过充分变形全过程，最后被挤裂。特点：切屑冷硬度高，脆且易断，便于处理；变形相对较大，切削力波动较大，易产生振动；已加工表面粗糙度较高。一、切屑的种类粒状切屑：形状：切屑沿挤裂面完全断开成单元状。产生条件：材料塑性很差、切速低、hD大、前角小。形成原因：整个剪切面上剪应力超过材料的破坏强度极限。特点：切削力波动很大，有振动；已加工表面非常粗糙，且有振纹。一、切屑的种类蹦碎切屑：形状：切屑呈不规则的碎块状。产生条件：切削脆性材料。形成原因：材料塑性差，抗拉强度低，受前刀面挤压时几乎没有塑性变形便脆断成不规则的碎块。特点：切削过程不平稳，切削力波动大，有冲击，振动大，已加工表面粗糙。

一、切屑的种类前三种是切塑性材料时

切脆性材料时v↗f↗apγ0↗1、带状切屑2、节状切屑

3、粒状切屑4、崩碎切屑

一、切屑的种类带状切屑Real节状切屑Real粒状切屑Real崩碎切屑Real图3-6切屑形态照片切屑形状1.带状切屑2.管状切屑3.盘旋状切屑4.外形螺旋切屑5.锥形螺旋切屑6.弧形切屑7.单元切屑8.针形切屑对切屑流向有影响的角度------刃倾角λ

s<0切屑流向已加工表面λ

s>0

切屑流向待加工表面断屑措施1.作出卷屑槽常见卷屑槽有三种：直线圆弧型折线型全圆弧型适用场合：加工碳钢、合金钢、工具钢和不锈钢加工塑性高的金属材料和重型刀具切屑受力后卷曲影响卷曲半径参数切屑的折断丽水学院机械系切屑类型带状切屑Real节状切屑Real粒状切屑Real崩碎切屑Real图3-6切屑形态照片§3.2.2积屑的形成及其对切削过程的影响1.积屑瘤现象：

切削钢、球墨铸铁、铝合金等塑性金属时,在切削速度不高,而又能形成带状切削的情况下，常常有一些从切屑和工件上来的金属冷焊(粘结)并沉积在前刀面上,形成硬度很高的楔块,它能够代替刀面和切削刃进行切削,这一硬块称为积屑瘤.在形成积屑瘤的条件下,开始切削后,只经过很短的切削行程积屑瘤便出现,继而长大。什么是积屑瘤塑性金属切削层材料经第一变形区后经前刀面排出。这是由于受前面的挤压和摩擦进一步加剧变形，在靠近前面处形成第二变形区即摩擦区。摩擦区的特征：使切屑底层靠近前面处纤维化，流动速度减缓，甚至会停滞在前刀面上（实质上就是滞留层）；切屑弯曲，有摩擦而产生的热量使切屑与刀具接触面温度升高等。滞留层的特点：滞留层的变形程度要比上层剧烈，约几倍到几十倍，厚度一般约占切屑厚度的1/8～1/9。§3.2.2积屑的形成及其对切削过程的影响2.积屑瘤对切削过程的影响“在一定的温度和压力下,切削塑性金属时,切屑底层与前刀面嵌入式结合发生冷焊现象,使一部分切屑粘结在前刀面上,形成积屑瘤”。特点：硬度是工件材料的2~3.5倍，可以代替刀具切削。周而复始的生长、脱落。产生条件：切削塑性材料。切削区的温度、压力和界面状况符合在刀面上发生冷焊的条件。对切削过程的影响：积屑瘤代替刀刃进行切削，保护了刀刃，增大了前角。积屑瘤形状不规则，频繁生长脱落，影响尺寸精度和表面质量。故：粗加工时可人为控制积屑瘤的生长，使积屑瘤能稳定存在。精加工时应抑制积屑瘤的产生。积屑瘤外形尺寸加工条件：工件45钢、刀具W18Cr4V、γ0=5°、Vc=20m∕min、f=0.23mm∕r积屑瘤的不利因素：积屑瘤不稳定时（脱落时），有可能使脆性刀具颗粒剥落，反而加剧刀具磨损；产生积屑瘤后使切削厚度增大ac值，影响工件尺寸精度；当积清瘤不稳定时，由于积屑瘤产生—成长—脱落周期动态变化，易引起振动；脱落的积屑瘤碎片影响工件表面粗糙度，也易划伤刀具使耐用度降低丽水学院机械系积屑瘤的作用：积屑瘤的有利方面：可增大实际前角，减少变形和切削力；可保护切削刃、降低刀具磨损。丽水学院机械系

结论:积屑瘤对粗加工是有利的。对于精加工则相反,精加工要求较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度,可是积屑瘤降低尺寸精度和增大已加工表面粗糙度。所以,积屑瘤对精加工是不利的。

刀—屑因摩擦而导致的冷焊是积屑瘤的成因。虽然刀—屑的冷焊是积屑瘤的成因,但是仍须同时存在适当的切削温度（中碳钢300℃最高，超500消失）,积屑瘤才得以形成。积屑瘤对切削过程的影响：1）保护刀具3.积屑瘤的成因：2）增大前角3）增大切削厚度4）增大已加工表面粗糙度γ0e§3.2.2积屑瘤的控