第二章金属切削过程的基本规律及其应用

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1、第二章金属切削过程的基本规律及其应用金属切削过程是机械制造过程的一个重要组成部分。在这一过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，从而产生一系列现象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度以及有关刀具的磨损与刀具寿命、卷屑与断屑等。对这些现象进行研究，揭示其内在的机理，探索和掌握金属切削过程的基本规律，从而主动地加以有效的控制，对保证加工精度和表面质量，提高切削效率，降低生产成本和劳动强度具有十分重大的意义。2.1金属切削层的变形一、切屑形成过程及变形区的划分(见P19)1、切削变形金属的切削过程与金属的挤压

2、过程很相似。2、变形区的划分大量的实验和理论分析证明，塑性金属切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程。切削层的金属变形大致划分为三个变形区：第一变形区、第二变形区、第三变形区。返回第二变形区第三变形区第一变形区3、切屑的形成及变形特点(见P20)1）第一变形区（近切削刃处切削层内产生的塑性变形区）金属的剪切滑移变形。切削层受刀具前刀面与切削刃的挤压作用，使近切削刃处的金属先产生弹性变形，继而塑性变形，并同时使金属晶格产生滑移。经过第一变形区的塑性变形后形成切屑。在下图中，切削层上各点移动至AC线均开始滑移、离开AE线终止

3、滑移，在沿切削宽度范围内，称AC是始滑移面，AE是终滑移面。AC、AE之间为第一变形区。由于切屑形成时应变速度很快、时间极短，故AC、AE面相距很近，一般约为0.02一0.2mm，所以常用AB滑移面来表示第一变形区，AB面亦称为剪切面。剪切面AB与切削速度Vc之间的夹角φ称为剪切角。作用力Fr与切削速度Vc之间的夹角ω称为作用角。第一变形区就是形成切屑的变形区，其变形特点是切削层产生剪切滑移变形。2）第二变形区（与前刀面接触的切屑层产生的变形区）内金属的挤压磨擦变形经过第一变形区后，形成的切屑要沿前刀面方向排出，还必须克

4、服刀具前刀面对切屑挤压而产生的摩擦力。此时将产生挤压摩擦变形。应该指出，第一变形区与第二变形区是相互关联的。前刀面上的摩擦力大时，切屑排出不顺，挤压变形加剧，以致第一变形区的剪切滑移变形增大。3）第三变形区（近切削刃处已加工表面内产生的变形区）金属的挤压磨擦变形已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压摩擦，造成纤维化和加工硬化。二、切削变形程度的度量方法1、相对滑移ε相对滑移ε是用来量度第1变形区滑移变形的程度。如图，设切削层中A’B’线沿剪切面滑移至A’’B”时的距离为△y，事实上△y很小，故可认为滑移是在剪切面上进

5、行，其滑移量为△s。则相对滑移ε表示为：变形规律2.变形系数∧h变形系数∧h是表示切屑的外形尺寸变化大小的一个参数。如图所示，切屑经过剪切变形、又受到前刀面摩擦后，与切削层比较，它的长度缩短、厚度增加，这种切屑外形尺寸变化的变形现象称为切屑的收缩。变形系数∧h表示切屑收缩的程度，即(2.2)变形规律三、剪切角的确定剪切角是影响切削变形的一个重要因素。若能预测剪切角的值，则对了解与控制切削变形具有重要意义。为此，许多学者进行了大量研究，并推荐了若干剪切角的计算式。变形规律从前面知识可知，剪切角与前角γ0是影响切削变形的两个

6、主要因素。如果增大前角γ0和剪切角，使相对滑移ε、变形系数∧h减小，则切削变形减小。注意：由于切削过程是一个非常复杂的物理过程，切削变形除了产生滑移变形外，还有挤压、摩擦等作用，而ε值主要从剪切变形考虑；而∧h主要从塑性压缩方面分析。所以，ε与∧h都只能近似地表示切削变形程度。四、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响在中低速切削塑性金属材料时,常在刀具前刀面刃口处粘结一些工件材料,形成一块硬度很高的楔块，称之为积屑瘤。它的硬度很高，通常是工件材料的2—3倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。1、积屑瘤是如何形成的

7、?产生这种现象，是滞流层金属不断堆积的结果。前角增大积屑瘤是如何形成的?1）切屑对前刀面接触处的摩擦，使前刀面十分洁净。2）当两者的接触面达到一定温度同时压力又较高时，会产生粘结现象，即一般所谓的“冷焊”。切屑从粘在前刀面的底层上流过，形成“内摩擦”。3）如果温度与压力适当，底层上面的金属因内摩擦而变形，也会发生加工硬化，而被阻滞在底层，粘成一体。4）这样粘结层就逐步长大，直到该处的温度与压力不足以造成粘附为止。2、形成积屑瘤的条件：主要决定于切削温度。1）一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤；2）温度与

8、压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。3）走刀量保持一定时，积屑瘤高度与切削速度有密切关系。图2.9切削速度对积屑瘤的影响3、积屑瘤对切削过程的影响1）实际前角增大它加大了刀具的实际前角，可使切削力减小，对切削过程起积极的作用。2）使加工表面粗糙度增大积屑瘤的底部则相对稳定一些，其