金属切削原理(基本理论)[业界优制]

一） 切屑的形成过程 我们将切屑形成过程近似地比拟为推挤一叠卡片的
形象化模型。
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刀具
工
件
切屑形成过程模拟
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金属被切削层好比一迭卡片1´、2 ´ 、3 ´ 、4 ´… 等,当刀具切入时这迭卡片被摞到1、2、3、4….的 位置。卡片之间发生滑移，这滑移的方向就是剪切 面。
当然卡片和前刀面接触 这一端应该是平整的，外侧 是锯齿的、或呈不明显的毛 茸状。
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剪切角随着切削条件不同而变化，根据纯剪切理 论：剪应力和主应力方向约呈45°，且主应力fa与作 用合力Fr一致，则可确定剪切角φ为： φ=45°-（β-γo） 其中β为摩擦角 。
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五） 前刀面的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响
1 前刀面上的摩擦
塑性金属在切削过程中，切屑与前刀面之间压力很大， 再加上几百度的高温，实际上切屑底层与前刀面呈粘结状 态。故切屑与前刀面之间不是一般的外摩擦，而是切屑和 前刀面粘结层与其上层金属之间的内摩擦。
第Ⅱ变形区
与前刀面接触的切屑底层内产生的变形区——挤压变形；
第Ⅲ变形区
近切削刃处已加工表层内产生的变形区——已加工表面变形。
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三） 第一变形区内金属的剪切变形
追踪切削层上任一点P，可以观察切屑的变形和形 成过程。
当切削层中金属某点P向切削刃逼近，到达点1时，此时 其剪切应力达到材料的屈服强度τs，故点1在向前移动 的同时，也沿OA滑移，其 合成运动使点l流动到点2。 2- 2 ´为滑移量，当P点依次 到达3、4点后，其流动方 向与前刀面平行，不再沿 OM线滑移。OA称为始剪 切滑移线，OM称为终剪切 滑移线。
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通常第一变形区较窄，宽度仅约为0.2～0.02mm， 可近似用一剪切面来代替该区域。
剪切面OC与切削速度间的夹角φ——剪切角φ。 OA线上的剪应力τ＝τs(屈服极限 )； OA、OB、OC、OM线上的剪应力由于变形加工硬 化而依次升高，在OM线达最大值τmax，若 τmax<τb (强度极限 )时，切屑为带状； τmax≥τb时， 切屑为节壮（挤裂状）。
在OA到OM之间的第一 变形区内，其变形的主要特 征是沿滑移线的剪切滑移变 形以及随之产生的加工硬化。
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四） 变形程度的表示方法
1、剪切角φ 实验证明剪切角φ的大小和切削力的大小有直接联
系。对于同一工件材料，用同样的刀具，切削同样大 小的切削层，如φ角较大，剪切面积变小，即变形程 度较小，切削比较省力。所以φ角本身就表示变形的 程度。
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2 变形系数ξ 切削时，切屑厚度ach通常都要大于切削深度ac，
而切屑宽度lch却小于切削长度lc 。
切削长度与切屑宽度之比或者切屑厚度与切削厚度之 比称为厚度变形系ξ 即：
lξ
Hale Waihona Puke Baidulccah
ach ac
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变形系数ξ是大于1的数，可以用剪切角Φ表示
ach OM sin(90 0 ) cos( )
这种内摩擦实际上就是金属内
部的滑移剪切，它不同于外摩擦
(外摩擦力的大小与摩擦系数以及
正压力有关，与接触面积无关)，
内摩擦与材料的流动应力特性以
及粘结面积大小有关。
金属切削原理与刀具
合肥工业大学技师学院
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第三章 金属切削基本理论
概述： 金属切削过程就是用刀具从工件表面上切去多余的
金属，形成已加工表面的过程，也是工件的切削层在 刀具前面挤压下产生塑性变形，形成切屑而被切下来 的过程。
伴随着切削过程的发生和发展，形成了许多物理现 象，金属切削理论总结了关于金属切削过程中的基本 物理现象及其变化规律，研究这些物理现象及其变化 规律对保证加工质量、提高生产率、降低成本和指导 生产实践有着十分重要的意义。
由图可见，切削过程中切削层金属的变形可大致划分 为三个变形区。
l 第一变形区
从OA线(称始剪切线) 开始发生塑性变形，到 OM线(称终剪切线)晶粒 的剪切滑移基本完成。这 一区域(I)称为第一变形区。
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2 第二变形区
切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩 擦，使靠近前刀面处的金属纤维化，纤维化方向基本 上和前刀面平行。这一区域称为第二变形区(Ⅱ)。
ac
OM sin
s in
上式也可写成 tg cos 0 sin 0
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ach cos( )
ac
sin
上式表明： 变形的大小与剪切角φ和前角有关。一般前角γo增大，
剪切角φ增大，ξ减小。
前角γo一定时，若剪切角φ增大，那么切削变形就小。
用剪切角φ来衡量变形的大小，测量比较麻烦；而变形 系数ξ可直观反映切屑的变形程度，并且容易测量。
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当刀具作用于切屑层，切削刃由a 相对运动至O时，整个切削单元 OMma就沿着OM面发生剪切滑移； 或者OM面不动，平行四边形 OMma受到剪切应力的作用，变成 了平行四边形OMm1a1 。
实际上切屑单元在刀具前面作用 下还受到挤压，因而底边膨胀为 Oa2，形成近似梯形的切屑单元 OMm2a2 。
3 第三变形区
已加工表面受到刀刃钝圆部分和后 刀面的挤压与摩擦，产生变形与回弹， 造成纤维化与加工硬化。这部分称为第 三变形区(Ⅲ )。
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这三个变形区汇集在刀刃附近，切削层金属在此处与 工件母体分离，一部分变成切屑，很小一部分留在已加 工表面上。
第Ⅰ变形区
近切削刃处切削层内产生的塑性变形区——剪切滑移变形；
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金属切削的基本物理现象包括：切削变形、切削 力、切削温度、刀具磨损与刀具耐用度。本章将针 对这些现象进行阐述。
§ 3-1 切削变形
切削过程中的各种物理现象，都是以切屑形成过程为 基础的。
了解切屑形成过程，对理解切削规律及其本质是非常 重要的，现以塑性金属材料为例，说明切屑的形成及切 削过程中的变形情况。
许多梯形叠加起来就迫使切屑
向逆时针方向转动而弯曲。因此也
可以说，金属切削过程是切削层受
到刀具前面的挤压后，产生以剪切
滑移为主的塑性变形，而形成为切
屑的过程。
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二） 三个变形区
根据切削实验时制作的金属切削层变形图片，可绘制 出如图所示的金属切削层的滑移线和流线示意图。流线 表示被切削金属的某一点在切削过程中流动的轨迹。