模块2 切削加工理论基础

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1、机械制造技术基础主讲：陈建刚第2模块:切削加工理论基础1、金属切削变形2、切削力3、切削热及切削温度4、刀具磨损及刀具耐用度1.金属切削层的变形1）切屑的形成2）金属切削层的三个变形区（图2-2）（1）第一变形区剪切滑移基本完成（2）第二变形区切屑沿刀具前面排出时，进一步受到前面的挤压和摩擦，使靠近前面处的金属纤维化，其方向基本上和前面相平行。（3）第三变形区已加工表面受到切削刃钝圆部分与刀具后面的挤压和摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化与加工硬化。这三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应力比较集中而复杂，金属的被切削层就在此处与工件母体材料分离，大

2、部分变成切屑，很小的一部分留在已加工表面上。图2-2切屑根部金相照片（金属晶格沿晶面滑移）M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：τ=τsΦ剪切角3）第一变形区金属的滑移在一般切削速度范围内，第一变形区的宽度仅约0.2～0.02mm,所以，可用一个面来代替它，此面称为剪切面，常用OM来表示。剪切面和切削速度方向的夹角叫做剪切角，以Ф表示。4）第二变形区金属的滑移变形仍以剪切滑移为主，变形的结果使切屑底层的晶粒弯曲拉长，并趋向于与前面平行而形成纤维层。第二变形区（刀-屑接触区）的变形和摩擦切屑与前面之间压力约为2～3Gpa，温度约为400～1000℃。在如

3、此高压和高温作用下，切屑底层的金属会粘结在前面上，形成粘结层。粘结层以上的金属从粘结层上流过时，它们之间的摩擦就与一般金属接触面间的外摩擦不同，而成了粘结层与其上流动金属之间的内摩擦，这内摩擦实际就是金属内部的滑移剪切。刀-屑接触区通常以内摩擦为主，内摩擦力约占总摩擦力的85%。如图2-6所示，刀-屑接触区长度为Lf，其中：粘结部分长度为Lf1，产生内摩擦；滑动部分长度为Lf2，产生外摩擦。通过实验测出前面上的正应力σ和剪应力τ，它们的分布情况也示于图2-6。由图可见，切屑与前面整个接触区的正应力σ以刀尖处最大，然后逐渐减少为零；剪应力τ在粘结部

4、分等于材料的剪切层服强度τs，在滑动部分由τs逐渐减少为零。（5）表示切屑变形程度的方法1)剪切角Ф实验证明，对于同一工件材料，用同样的刀具，切削同样大小的切削层，当切削速度高时，剪切角ф较大，剪切面积变小（图2—7），切削比较省力，说明切屑变形较小。相反，当剪切角ф较小，则说明切屑变形较大。2)切屑厚度压缩比Λh在切削过程中，刀具切下的切屑厚度通常都要大于工件上切削层的公称厚度，而切屑长度却小于切削层公称长度，如图2-8所示。切屑厚度hch与切削层公称厚度hD之比称为切屑厚度压缩比Λh；切削层公称长度与切屑长度之比称为切屑长度压缩比ΛL。由于工

5、件上切削层的宽度与切屑平均宽度的差异很小，切削前、后的体积可以看作不变，故Λh=ΛLΛh是一个大于1的数，Λh值越大，表示切下的切屑厚度越大，长度越短，其变形也就越大。由于切屑厚度压缩比直观地反映了切屑的变形程度，并且容易测量，故一般常用它来度量切屑的变形。（6）几个主要因素对切屑变形的影响①工件材料对切屑变形的影响工件材料的强度硬度愈高,切屑变形愈小。这是因为工件材料的强度硬度愈高，切屑与前面的摩擦愈小，切屑越易排出，故切屑变形愈小。②刀具前角对切屑变形的影响刀具前角愈大，切屑变形愈小。生产实践表明，采用大前角的刀具切削，刀刃锋利，切屑流动阻力

6、小，因此，切屑变形小，切削省力。目录上一页下一页③切削速度对切屑变形的影响在无积屑瘤切削速度范围内，切削速度愈大，则切屑变形愈小。这有两方面的原因：一方面是因为切削速度较高时，切削变形不充分，导致切屑变形减小；另一方面是因为随着切削速度的提高，切削温度也升高，使刀-屑接触面的摩擦减小，从而也使切屑变形减小。④切削层公称厚度对切屑变形的影响在无积屑瘤的切削速度范围内，切削层公称厚度愈大，则切屑变形愈小。这是由于切削层公称厚度增大时，刀-屑接触面上的摩擦减小的缘故。（7）切屑的类型、变化、形状及控制按照切屑形成的机理可将切屑分为以下四类：前三种切屑是

7、切削塑性金属时得到的。形成带状切屑时，切削过程最平衡，切削力波动小，已加工表面粗糙度小。节状切屑与粒状切屑会引起较大的切削力波动，从而产生冲击和振动。生产中切削塑性金属时最常见的是带状切屑，有时得到节状切屑，粒状切屑则很少见。如果改变节状切屑的条件：进一步增大前角，提高切削速度，减小切削层公称厚度，就可以得到带状切屑；反之，则可以得到粒状切屑。这说明切屑的形态是可以随切削条件而转化的，掌握了它的变化规律，就可以控制切屑的变形、形态和尺寸，以达到断屑和卷屑的目的。影响切屑处理和运输的主要因素是切屑的外观形状，因此，还需按照切屑的外形将其分类，具体可

8、分为：带状屑C形屑崩碎屑宝塔状卷屑长紧卷屑发条状卷屑螺卷屑高速切削塑性金属时，如不采取适当的断屑措施，易形成带状屑。带状屑连绵不断，经常