金属切削过程中的物理现象资料.ppt

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1、金属切削过程中的物理现象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，

2、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。二、积屑瘤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

3、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

4、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

5、)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。三、残余应力和加工硬化在金属切削过程中，因刀具和工件表面的激烈挤压和摩擦，使已加工表面层的塑性变形非常强烈，晶格破坏，表层硬度提高，这种现象称为加工硬化。工件表面硬化可提高耐磨性。但加工硬化常伴有裂纹产生，降低零件的抗冲击性能。刀具和工件表面的激烈挤压和摩擦，以及切削热的作用，使已加工表面上常有残余应力存在。四、脆性材料的切削机理脆性被切削材料在外力作用下，先形成裂纹。裂纹尖端附近应力强度达到其临界值时，裂纹就会发生失稳扩展，导致被切削材料的断裂。五、切屑力1.概念切削加工

6、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、设计和选用机床刀具夹具的必要依据。2.切屑力的来源（1）来自工件的切削力：工件材料被切过程中所发生的弹性变形和塑性变形的抗力。（2）来自切屑的切屑力：切屑对刀具前刀面的摩擦力和加工表面对刀具后刀面的摩擦力。3.总切削力的几何分力Fp=FNcosKr;Ff=FNsinkr一般情况下，Fc最大，Fp和Ff小一些主切削力Fc：切削合力F在主运动方向的分力，又称切向分力。它与切削速度方向一致，在切削过程中做功最多

7、，占总切削功率的90%以上。Fc是计算机床动力、设备的强度及刚度的基本数据。进给抗力Ff：切削合力F在进给运动方向的合力，车外圆时，Ff与工件的轴线相平行，因此又称轴向分力。Ff作用在机床的进给机构上，它是设计进给机构必须的数据。切深抗力Fp:切削合力F在切削深度方向的分力。车外圆时，Fp与工件的径向重合，因此又称径向分力。Fp作用在机床及工件刚性最差的方向，容易引起切削振动和工件的弯曲变形，影响加工精度及工件表面质量。4.切削功率：是指切削时在切削区域内消耗的功率，通常进给消耗的功率略去不计，只计算主运动消耗的功