金属切削过程的基本规律

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1、第2章金属切削过程的基本规律2.1切削变形2.2切削力2.3切削热与切削温度2.4刀具磨损与刀具寿命本章内容本章主要介绍金属切削过程四个方面的基本规律。在切削过程中，产生了切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损与寿命变化等各种现象，严重影响了生产的进行。针对上述现象，本章分析了产生诸现象的原因及对切削过程的影响，并在此基础上总结出切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损与寿命变化四大规律。本章提要金属切削变形过程研究对切削加工技术的发展和进步、保证加工质量、降低生产成本、提高生产率，有着十分重要的意义。很明显，因为金

2、属切削加工中各种物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损以及已加工表面质量等，都是以切屑形成过程为基础的，而生产实践中出现的许多问题，如鳞刺、积屑瘤、卷屑与断屑等，都同切削变形过程有关。现代技术装备中，难加工材料的应用愈来愈多，对零件的质量要求亦不断提高，要求我们更加深入地掌握金属切削变形过程的规律，以创造出更加先进的切削方法和高质量的刀具，适应生产发展的需要。2.1切削变形◆研究金属切削变形过程的意义1．侧面方格变形观察法在工件侧面作出细小的方格，察看切削过程中这些方格如何被扭曲，借以判断和认识切削层的塑性变形、切削层变为切屑的

3、实际情形。最常用的方法是观察直角自由切削时工件上切削层的切屑变形情况，可观察从切削刃接触工件开始直到形成切屑的全过程。◆研究金属切削变形过程的实验方法切削层与切屑侧面格子的变形工件材料：黄铜；刀具：高速钢，干切削2．高频摄影法利用带有显微镜头的高频摄影机，拍摄被切削试件的侧面，可以得到一个完整的从切削变形开始至形成切屑的真实过程。常用的高频摄影机每秒可拍摄几百幅到十几万万幅以上不等。高频摄影机为研究高速切削时切削变形过程提供了可能性。随着切削速度的不断提高，使用的高频摄影机的每秒钟格(幅)数也愈来愈多，现在较新的高频摄影机拍摄

4、速度已达每秒钟十几万格甚至更高的频率。利用高频摄影机拍摄切削变形过程，可以看清楚瞬时的变化。◆研究金属切削变形过程的实验方法3．快速落刀法利用一种叫作“快速落刀”装置的特殊刀架，在切削过程中某一瞬间使刀具以极快的速度突然脱离工件，把在某一定切削条件下切削层的变形情况“冻结”下来。落刀后从工件上锯下切屑根部，制成金相标本，用显微镜观察。◆研究金属切削变形过程的实验方法用快速落刀法取得的切屑根部的金相显微照片冲击式快速落刀夹具示意图4．扫描电镜和透视电镜显微观察法借助于扫描电子显微镜，可以观察到金属晶粒内部的微观滑移情况，使我们能

5、从金属物理的观点来理解金属切削变形过程及其现象。下图就是用扫描电镜观察铝切屑侧面的放大照片。从照片上可以清楚地看到带状切屑的层状结构。在照片中切屑是横放着的，毛茸的外表面向上，切屑底面在下，切屑的厚度为170μm。◆研究金属切削变形过程的实验方法5．光弹性、光塑性试验法为分折金属变形区的应力情况，对切削刃前方的金属进行弹性力学和塑性力学的研究和实验。下图是一幅用偏光镜对切削过程进行光弹试验的照片。图中的黑白条纹表示在切削力作用下工件材料内的等剪应力曲线。在切削刃前方的正应力是压应力，在它的后方则为拉应力，在二簇等剪应力曲线之间

6、有一条分隔的中线(图中未表示)。现在做光塑性试验一般都采用光学灵敏的、均匀非晶体材料，而金属材料却是非均匀的晶体材料，所以目前光塑试验只能作为定性分析的参考，还不能用于定量分折。◆研究金属切削变形过程的实验方法2.1.1金属切削变形过程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线以上金属由于母体阻碍，不能沿AB线滑移，而只能沿

7、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2-1金属挤压与切削比较1.挤压与切削切屑是前刀面对切削层金属的推挤而形成的。通过切屑成形的有限元模拟，可见切屑的形成。(a)初始位置(b)13步时切屑变形(c)72步时切屑变形(d)107步时切屑变形(e)141步时切屑变形(f)172步时切屑变形切削变形及切屑形成图2-2切削变形实验设备与录像装置M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：τ=τsΦ剪切角图2-3切屑根部金相照片

8、图2-4金属切削过程中的滑移线和流线第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2-5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。2.三个变形区