机械加工技术及设备.pptx

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1、机械制造技术MechanismManufactureTechnology孙庆群制作配套教材：第2章金属切削加工理论及其应用【学习目标】本章主要介绍金属切削加工过程中的切削变形、积屑瘤、加工硬化、切削力、切削热和切削温度、刀具磨损和刀具寿命等物理现象以及磨削当中的特点，同时介绍这些现象的影响因素和控制方法。通过对本章的学习，让学生了解产生这些现象的基本规律，能够通过调整某些影响因素来控制切削过程，从而达到实现工件切削加工要求之目的。金属切削加工过程是指通过切削运动，刀具从工件的表面上切下多余的金属层，形成切屑和合格的已加工表面的过程。在此过程中将产生许多物理现象，如切削变形、积屑瘤、鳞刺、振动

2、、表面硬化、切削力、切削热和切削温度、刀具磨损等。本章主要研究产生上述诸多现象的成因、本质及变化规律。掌握这些基本规律，对合理使用与设计刀具、夹具、机床，保证加工质量、降低加工成本、提高生产效率以及促进切削加工技术的进步都将具有非常重要的意义。2.1切削变形研究切削变形与切屑的形成非常复杂，下面以正交（直角）自由切削为研究模型进行简要说明。2.1.1金属切削层的切削变形1.切削变形的力学本质金属切削过程类似于金属材料受挤压的过程，当塑性金属材料受挤压时，金属先产生弹性变形而后是塑性变形，最大剪应力方向与最大主应力方向之间大致成45o夹角，即沿着OM或AB产生剪切滑移（如图2.1a所示）。图2

3、.1金属的挤压与切削的比较图2.1金属的挤压与切削的比较2.切削过程中的三个变形区在切削过程中存在着三个变形区（如图2.2所示）：（1）第一变形区。由始滑移面OA与终滑移面OM所围成的区域（Ⅰ）称为第一变形区，也称剪切滑移区。这是主要变形区（产生塑性变形形成切屑）。滑移面与切削速度的夹角称为剪切角φ。（2）第二变形区。它是指刀—屑接触区，即与前面接触的切屑底层内产生的变形区域（Ⅱ），切屑沿刀具前面流出时进一步受到刀具前面的挤压和摩擦，切屑卷曲，靠近前面处晶粒纤维化，其方向基本上和刀具前面平行。（3）第三变形区。它是指刀—工件接触区，亦即近切削刃处已加工表面层内产生的变形区域（Ⅲ）。已加工表面

4、受到切削刃钝圆部分与刀具后面的挤压和摩擦产生变形，造成晶粒纤维化与表面加工硬化。三个变形区的变形相互牵连，切削变形是一个整体，且整个变形过程是在极短的时间内完成的。a)b)图2.2切削变形状态a)正交平面中的受力情况b)金相照片1.切屑的形成过程切削层在刀具挤压和摩擦的作用，产生弹性变形和塑性变形，当切削层的承受的切应力达到材料的屈服强度极限时，便产生剪切滑移，切削层经过第一变形区形后即沿着刀具前面流出，便形成了切屑。a）b）图2.3切屑的形成过程形成切屑的剪切滑移过程b)切屑形成模型2.1.2切屑的形成与切屑类型2.切屑的类型由于工件材料和切削条件的不同，切削中的变形程度也不相同，因此，会

5、形成多种类型的切屑，如图2.4所示。a）b）c）d）图2.4切屑的类型a）带状切屑b）节状切屑c）粒状切屑d）崩碎切屑（1）带状切屑。产生条件：切削塑性材料（如软钢、铝等）时，如果切削速度较高、切削厚度较薄、刀具前角较大，容易形成内表面光滑、外表面呈毛茸状的带状切屑。优点：切削过程较平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。缺点：切屑连绵不断，有时会缠绕在刀具或工件上影响加工过程。（2）节状（挤裂）切屑产生条件：大多在切削塑性金属材料时，如果切削速度较低、进给量较大（亦即切削厚度较大）、刀具前角较小，容易产生这种屑型。特点：切削中切应变较大，切削力有波动和和振动，已加工表面粗糙度较大。对硬

6、质合金刀具易产生崩刃。（3）粒状（单元）切屑采用小前角或负前角，以极低的切削速度和大的切削厚度切削粗晶粒金属时，会产生粒状屑型，此时，切削过程更不稳定，加工表面的质量也会更差。（4）崩碎切屑在切削铸铁等脆性金属时，由于脆性材料抗拉强度低，刀具切入后，切削层未经塑性变形，就会在材料组织的石墨与铁素体之间疏松界上产生不规则崩裂，形成崩碎切屑。这种切屑的形状很不规则，加工出的工件表面也凹凸不平。工件材料越脆、切削厚度越大、刀具前角越小，就越容易产生这种切屑。2.1.3变形程度的表示方法通常可用切削变形系数来衡量切削变形程度。如果把切削时形成的切屑与切削层尺寸比较，会发现切屑厚度增加（＞）、切屑长度

7、缩短（＜），切屑宽度基本没发生变化。这是切屑流出时受到刀具前面摩擦作用的结果。切削变形系数就是切屑厚度hch与切削层厚度hD的比值，或者是切削层长Lc度和切屑长度Lch的比值。即：＞1（2.1）值越大，切屑越厚越短，则切削变形就越大。a）b）c）图2.5变形程度表示a）切屑与切削层的外形尺寸；b）切屑的厚度增加、长度缩短；c）前角、剪切角与切削变形的关系需要说明的是：在切削某些材料时，可能会出现＜1，这就不能