金属切削过程中的物理现象

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1、第二章金属切削过程中的物理现象第一节切屑和积屑瘤一、切削的形成金属切削过程就是工件的被切金属层在刀具前刀面的推挤下，沿着剪切面（滑移面）产生剪切变形并转变为切屑的过程。即是金属内部不断滑移变形的过程。简言之，被切削的金属层在前刀面的挤压作用下，通过剪切滑移变形便形成了切削。金属切削过程中的三个变形区第Ⅰ变形区近切削刃处切削层内产生的塑性变形区；第Ⅱ变形区与前刀面接触的切屑层内产生的变形区；第Ⅲ变形区近切削刃处已加工表层内产生的变形区（后刀面与工件的接触区域）1、第一变形区（剪切滑移区）切削层受刀具的作用，经过第一变形区的塑性变形后形成了切屑，下面以直角自由

2、切削为例，分析较典型的连续切屑的形成过程。切削层受到刀具前刀面与切削刃的挤压作用下，使近切削刃出的金属先产生弹性变形，继而塑性变形，在这同时金属晶格产生滑移。左图是取金属内部质点P来分析滑移过程。2、第二变形区经过第一变形区后，形成的切屑沿前刀面方向排出，还必须克服刀具前刀面对切屑的挤压与摩擦。因此，在该区域内金属变形特点就是切屑在前刀面上发生的摩擦挤压变形，这个变形主要集中在与前刀面接触的切屑底部一薄层金属内，这部分金属的晶粒在沿前刀面的方向被拉长，成纤维化，基本与前刀面平行。另外，由于切屑层底层受前刀面的挤压而膨胀，使切屑背向前刀面卷曲，最后在某一点开

3、始与前刀面脱离接触。（挤压摩擦区）3、第三变形区（挤压摩擦回弹区）已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，造成纤维化和加工硬化及残余应力，严重的甚至出现细微的裂纹。由于加工材料性质的不同以及切削条件的不同，从变形观点出发，可将切屑归纳为四种形态：切塑性材料带状切屑挤裂切屑单元切屑切削平稳，力波动小滑移量较大，局部切削不平稳，力波动大加工面光洁，断屑难剪应力达断裂强度加工表面粗糙少见↑γ0↑v↓ac↓γ0↓v↑ac↓γ0↓v↑ac↑γ0↑v↓ac二、切屑的形态切脆性材料不平稳，表面粗糙应↑γ0↑v↓ac2、挤裂切屑：又称节状切屑。它的外表面呈锯齿形

4、，内表面有时有裂纹。在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时常产生此类切屑。1、带状切屑：它的内表面是光滑的，外表面呈毛茸状。加工塑性金属时，在切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大的工况条件下常形成此类切屑。（一）、切屑的类型4、崩碎切屑：加工脆性材料（铸铁、青铜），切削厚度越大越易得到这类切屑。3、粒状切屑：又称单元切屑。在切屑形成过程中，如剪切面上的剪切应力超过了材料的断裂强度，切屑单元从被切材料上脱落，形成粒状切屑。（二）、切屑的形状1、切屑形状的分类切屑的形状大体有带状屑、C型屑、崩碎屑、螺卷屑、长紧卷屑、发条状屑、宝塔状屑等三、积屑瘤现象

5、1．积屑瘤的现象积屑瘤：切削塑性金属时，在一定的切削条件下，常常有一些从切屑和工件上来的金属冷焊并层积在前刀面上，形成一个非常坚硬的金属堆积物，能够代替刀刃进行切削，并且以一定频率生长和脱落。这种堆积物称为积屑瘤。当切削钢、球墨铸铁、铝合金等塑性材料时，在切削速度不高，而又能形成带状切屑的情况下生成积屑瘤。积屑瘤高度及其实际工作前角2.积屑瘤的成因：1）工件材料的塑性主要是加工硬化的缘故，塑性材料切削时形成带状切削，加工硬化现象较强，容易产生积屑瘤；而脆性材料切削时形成崩脆切削，且加工硬化现象很弱，不易产生积屑瘤。2）切削温度切削温度也是形成积屑瘤的重要条

6、件。切削温度过低，粘结现象不易发生；切削温度过高，加工硬化现象有削弱作用，因而积屑瘤也不易产生。对于碳钢，300ºC～350ºC范围内最容易产生积屑瘤，500ºC以上趋于消失。3）积屑瘤与切削速度的关系Ⅰ区：切削速度很低，形成粒状或节状切屑，没有积屑瘤生成。Ⅱ区：形成带状切屑，冷焊条件逐渐形成，随着切削速度的提高积屑瘤也增大。Ⅲ区：积屑瘤随切削速度的提高而减小，当达到Ⅲ区右边界时，积屑瘤消失。Ⅳ区：切削速度进一步提高，由于切削温度较高而冷焊消失，此时积屑瘤不再存在了。但切屑底部的纤维化依然存在，切屑的滞留倾向也依然存在。4）刀具的前角因为积屑瘤是在带状切屑

7、的前提下形成的。然而前角越大越容易形成带状切屑，前角越小容易形成崩脆切削，所以积屑瘤的形成与刀具的前角有着紧密的联系。3.积屑瘤对切削过程的影响：1)积屑瘤包围着切削刃，可以代替前面、后面和切削刃进行切削，从而保护了刀刃，减少了刀具的磨损。2)积屑瘤使刀具的实际工作前角增大，而且，积屑瘤越高，实际工作前角越大，刀具越锋利。3)积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。4)积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。第二节切屑力一、概念切削加工时刀具使切削层形成切削需要克服的阻力称为切削力。◆切削力影响刀具的磨损和使用寿命。◆切削力影响加工精度。工

8、艺系统的弹性变形，所作的功转化工艺系统的热变形。◆是计算切削功率、