金属切削与刀具3个变形区

已加工表面的金属纤维被拉伸的又细又长，纤维方向平行 于已加工表面，金属晶粒被破坏，发生了剧烈的塑性变形，产 生加工硬化，表面残余应力，称之为加工变质层。
切屑的类型及控制
从变形观点出发，可将切屑归纳为四种形态：
切塑性材料 带状切屑
↓γ0 ↓v ↑ac ↑γ0↑v↓ac 切削平稳，力波动小 加工面光洁，断屑难
一般 Φ≈π/4 – β＋γ0
γ0↑
， Φ↑→
Λh ↓ε↓
刀-屑接触区的变形与摩擦
切屑与前刀面的摩擦
大量实验表明：切屑与前刀面之间的摩擦存在着两种 不同性质的摩擦：粘结摩擦和普通摩擦。且主要的摩 擦形式为粘结摩擦。
Fn Ft
Fn
Fn ( 足 够大 ）
F n ( 足 够大 ） Ft
F Ftt
峰点型接 触 （普 通摩擦）
二、变形程度的表示方法
1. 剪切角Φ ：剪切面与切削速度方向之间的夹角。 2. 相对滑移ε：滑移距离Δs与单元厚度Δy之比。
ε=Δs/ Δy =NP/MK =(NK+KP)/MK =ctan Φ+ tan(Φ -γ0）
3. 切削厚度压缩比Λh ：切屑厚度与切削层厚度的比值。
Λh＝cos (Φ -γ0）/ sin Φ
摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化和加工硬化。
厚 度 为 Δac 的 一薄层金属被 钝圆刃挤压塑 性变形后成为 已加工表面
ac
Δ ac
第三变形区的金属变形
三个变形区对切削加工的影响
第一变形区的切削变形对刀具产生较大 的切削抗力； 第二变形区主要对刀具产生（粘结）摩 擦阻力以及造成前刀面磨损；
第三变形区主要对工件已加工表面质量 产生重大影响。
第3 章
切割与挤压
金属切削过程的基本规律
錾子切割金属的情况
被切金属在刀具作用下的变形
塑性金属受压缩时，随着 外力的增加，金属先后产生弹性 变形、塑性变形，并使金属晶格 产生滑移，而后断裂。
以直角自由切削为例，如果忽 略了摩擦、温度、和应变速度的影 响，金属切削过程如同压缩过程， 切削层受刀具挤压后也产生塑性变 形。
（二）第二变形区
（挤压摩擦区）
切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩 擦，使靠近前刀面的金属纤维化，基本与前刀面平行。
晶粒滑移示意图
（二）第二变形区
（挤压摩擦区）
第 二 变 形 区 的 变 形 特 征

v
滑移与晶粒的伸长
（三）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
紧密型接触 峰点型接 触 （粘 结摩擦） 两种不同的摩擦 （普 通摩擦）
紧密型接触 （粘 结摩擦）
刀-屑接触区的变形与摩擦
滞流层：接近前刀面的切屑 底层晶粒拉长，形成与前刀 面平行的纤维层，流速很慢， 变形程度非常剧烈。
切塑性金属时前刀面上应力
分布情况→刀-屑接触区可分两部分： 粘接区lf1: 剪切滑移，内摩擦
滑动区lf2: 滑动摩擦，外摩擦
一般内摩擦力约占总摩擦力的85%
积屑瘤的生成机理
在中低速切削塑性金属材料时, 常在刀具前面刃口处粘结一 些工件材料, 形成一块硬度很高的楔块，称之为积屑瘤。
积屑瘤的利弊
积屑瘤粘结在前刀面上，减少了刀具的磨损； 积屑瘤使刀具的实际工作前角增大，有利于减小 切削力； 积屑瘤伸出刀刃之外，使切削厚度增加，降低了 工件的加工精度； 积屑瘤使工件已加工表面变得较为粗糙。 由此可见：积屑瘤对粗加工有利，生产中应加 以利用；而对精加工不利，应以避免。
积屑瘤的利弊
积屑瘤对切削加工的影响：
ac ac
H
积屑瘤 结瘤屑
消除积屑瘤的措施
• 采用高速切削或低速切削，避免中低速切削；
• 增大刀具前角，降低切削力； • 采用切削液。
刀-工接触区的变形与加工质量
刀刃钝圆半径 rn 后刀面磨损带VB 弹性恢复区CD
变形特征：
挤压、摩一变形 区时， 晶粒因压 缩而变长 ，因剪 切滑移而倾斜。 金属层接 近刀刃时 ，晶粒 更为伸长，成为包 围在刀 刃周围的纤维层，最后在O 点断裂。
第3 章
金属切削过程的基本规律
一、切屑形成过程
以塑性材料的切屑
形成为例，金属切削区 可大致划分为：
三个变形区
第一变形区 第二变形区 第三变形区
（一）第一变形区 （剪切滑移区）
OA—始滑移线 OM—终滑移线
变形的主要特征： • 剪切滑移变形 • 加工硬化
一般速度范围内一区 宽度为0.02～0.2mm， 速度越高，宽度越小， 可看作一个剪切平面
挤裂切屑
↓γ0 ↓v ↑ac ↑γ0↑v↓ac
单元切屑
滑移量较大，局部 剪应力达断裂强度
切削不平稳，力波动大 加工表面粗糙 , 少见