金属切削原理与刀具设计金属切削过程

金属切削原理与刀具设计课件金属切削过程第一页，共十五页，编辑于2023年，星期六

切屑的形成与切离过程，是切削层受到刀具前刀面的挤压而产生以滑移为主的塑性变形过程。FABOM45°a）正挤压FABOM45°b）偏挤压OMFc）切削正挤压：金属材料受挤压时，最大剪应力方向与作用力方向约成45°偏挤压：金属材料一部分受挤压时，OB线以下金属由于母体阻碍，不能沿AB线滑移，而只能沿OM线滑移切削：与偏挤压情况类似。弹性变形→剪切应力增大，达到屈服点→产生塑性变形，沿OM线滑移→剪切应力与滑移量继续增大，达到断裂强度→切屑与母体脱离。图3-1金属挤压与切削比较3.1切屑的形成过程挤压与切削第二页，共十五页，编辑于2023年，星期六图3-2切屑根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：τ=τsΦ剪切角3.2金属切削过程的变形

金属切削变形过程第三页，共十五页，编辑于2023年，星期六3.2金属切削过程的变形

金属切削变形过程图3-3切削变形实验设备与录像装置第四页，共十五页，编辑于2023年，星期六

第Ⅰ变形区：即剪切变形区，金属剪切滑移，成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。图3-4切削部位三个变形区ⅠⅢⅡ

第Ⅲ变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变形。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。3.2金属切削过程的变形

三个变形区分析

第Ⅱ变形区：靠近前刀面处，切屑排出时受前刀面挤压与摩擦。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。第五页，共十五页，编辑于2023年，星期六3.3切屑类型与变形系数

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表3-1切屑类型及形成条件第六页，共十五页，编辑于2023年，星期六3.3切屑类型与变形系数

切屑类型带状切屑Real挤裂切屑Real节状切屑Real崩碎切屑Real图3-5切屑形态照片第七页，共十五页，编辑于2023年，星期六3.3切屑类型与变形系数

切屑控制为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量，应使切屑卷曲和折断。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（图3-6）图3-6切屑的卷曲图3-7断屑的产生断屑是对已变形的切屑再附加一次变形（常需有断屑装置，图3-7）

第八页，共十五页，编辑于2023年，星期六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。LchhDhch3.3切屑类型与变形系数

LD图3-8切屑与切削层尺寸◆厚度变形系数（3-1）◆长度变形系数（3-2）变形系数第九页，共十五页，编辑于2023年，星期六3.3切屑类型与变形系数

当γ0=0～30°，Λh

≥1.5时，Λh与ε相近

ε主要反映第Ⅰ变形区的变形，Λh还包含了第Ⅱ变形区的影响。ΔyΔsOMφγ0图3-9相对滑移系数（3-3）相对滑移系数第十页，共十五页，编辑于2023年，星期六

粘结区：高温高压使切屑底层软化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形成长度为lfi的粘接区。切屑的粘接层与上层金属之间产生相对滑移，其间的摩擦属于内摩擦。3.4切屑与前刀面的摩擦变形

图3-10切屑与前刀面的摩擦

在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生沾接，切屑与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。

滑动区：切屑在脱离前刀面之前，与前刀面只在一些突出点接触，切屑与前刀面之间的摩擦属于外摩擦。lfolfi特点两个摩擦区第十一页，共十五页，编辑于2023年，星期六3.5积屑瘤

积屑瘤成因◆

一定温度、压力作用下，切屑底层与前刀面发生粘接◆粘接金属严重塑性变形，产生加工硬化◆

增大前角，保护刀刃◆

影响加工精度和表面粗糙度滞留—粘接—长大积屑瘤形成过程积屑瘤影响切屑刀具图3-11积屑瘤积屑瘤RealReal第十二页，共十五页，编辑于2023年，星期六3.6已加工表面的变形

σn切削刃存在刃口圆弧，导致挤压和摩擦，产生第Ⅲ变形区。A点以上部分沿前刀面流出，形成切屑；A点以下部分受挤压和摩擦留在加工表面上，并有弹性恢复。hDΔhDΔhACFE图3-11已加工表面变形A点前方正应力最大，剪应力为0。A点两侧正应力逐渐减小，剪应力逐渐增大，继而减小。变形原因变形情况应力分布ττ第十三页，共十五页，编辑于2023年，星期六

3.7硬脆非金属材料切屑形成机理G＞GC

（3-4）式中G——裂纹扩展单位长度时释放的能量（应变能释放率）；

GC

——裂纹扩展单位长度时所需的能量（裂纹扩展阻力）。K1＞K1C

（3-5）式中K1——应力强度因子；

K1C

——K1临界值。脆性断裂条件对于Ⅰ型（张开型）裂纹，在平面应变条件下，脆性断裂条件为：第十四页，共十五页，编辑于2023年，星期六

3.7硬脆非金属材料切屑形成机理脆性材料切削过程◆大规模挤裂与小规模挤裂交替进行（