第三节 金属切削过程物理现象

第三节金属切削过程物理现象

教学目标：要求学生掌握金属切削过程的基本规律、切削过程中影响加工质量的因素，了解提高加工质量的途径

教学重点：切削过程的基本规律、切削力、切削热、刀具的磨损、刀具的使用寿命

教学难点：切削过程的基本规律、积屑瘤

研究金属切削过程意义

在金属切削过程中，工件材料在刀具的作用下发生弹、塑变形，从而产生：

（1）产生切削变形形成切屑。存在卷屑与断屑等问题。

（2）产生切削力。存在工艺系统变形等问题。

（3）产生切削热并使切削区域温度升高，存在加工精度和表面质量等问题

（4）刀具的磨损及其他现象。

研究金属切削过程的目的：

掌握金属切削过程的基本规律，

（1）对影响切削过程的各种因数加以有效的控制，保证加工精度和表面质量，提高切削加工效率，降低生产成本和劳动强度

（2）寻找切削加工中存在的问题及解决途径

2 切屑形成过程概述：

金属切削过程的实质：金属材料在刀具的挤压下产生剪切滑移变形

金属切削过程理论的建立基础：实验：

（1）侧面方格变形观察法

（2）用快速落刀法获得切屑根部。

通过对这两个实验的观察和分析，切削过程中的切削变形大致可分为三个区域：

1、第一变形区

2、第二变形区

3、第三变形区（插图）

1.第一变形区：

部位：从OA面到OM的AOM区域。OA：始滑移面；OM：终滑移面注:OA面、OM面实际上是许多等应力曲面中的两个。

变形过程：

在OA面的前方晶粒首先发生弹性变形，在OA面处晶粒沿OA方向开始发生剪切滑移，到OM面处晶粒的剪切滑移基本完成。故这部分区域也称为剪切滑移变形区。

注:由于始滑移面OA与终滑移面OM之间的距离很小(约0.02～0.2mm)，故可用剪切面OM 表示。剪切面与切削速度Vc方向之间的夹角称剪切角，用φ来表示。

特点：第一变形区的变形量最大，占总变形量的85%以上，故也称为基本变形区。

2.第二变形区：

部位：切屑与刀具前刀面接触的极薄一层金属内。

原因：第一变形区产生的切屑存在弹性变形，在排出时切屑给刀具的前刀面产生一个正压力，且切削时存在高温，在刀/屑界面之间存在强烈的挤压和摩擦，使切屑底部靠近前刀面处的金属纤维化，其方向基本上和前刀面相平行。

根据变形的特征，这部分也叫做前刀面挤压、摩擦变形区

*、第二变形区的大小，对第一变形区有影响用

第二变形区大剪切角φ小,切削变形大

4.第三变形区：

（1）部位：已加工表面上极薄的一层金属层

（2）原因:刀刃有钝圆有一点o：o点上面的金属，进入第一变形区形成切屑；

o点下面的金属，被刀刃压入工件表面基体形成已加工表面。该层金属与刀具后刀面接触、产生弹性、塑性变形。塑性变形使晶粒纤维化。

第三变形区也常称为后刀面的挤压、回弹，摩擦变形区

当后角αo小，刀刃钝时，晶粒纤维有时会拉断，产生微观裂纹。

∴第三变形区对已加工表面质量有直接影响

归纳

1.第一变形区内:剪切滑移变形

2.第二变形区内:挤压与摩擦变形

3.第三变形区内:挤压与摩擦变形

3 切屑的种类

工件材料不同, 切削条件不同, 切削过程中的变形程度也就不同, 产生的切屑也不同。

带状切屑

(带状切屑)：特征:内表面是光滑的, 外表面是毛茸呈带状;

形成条件:塑性材料, 切削厚度较小, 切削速度较高,刀具前角较大时,容易得到这类切屑。

对切削过程的影响:

切削过程比较平稳; 塑性变形均匀; 切削力波动小; 已加工表面粗糙度较小。

缺点：切屑不易处理

节状切屑(挤裂切屑)：特征:切屑外表面呈锯齿形, 内表面有裂纹

形成条件:比形成带状切屑的切削速度略低、切削厚度较大,工件材料塑性较差的情况下产生。粒状切屑(单元切屑)：特征:梯形状粒状切屑

当切屑形成时, 如果整个剪切面上剪应力超过了材料的破裂强度, 则整个单元被切离, 成为梯形状粒状切屑

形成条件:切削速度更低、切削厚度更大,工件材料塑性更差的情况下产生。

崩碎切屑：特征:不规则的碎块状切屑, 同时使工件加工表面凹凸不平

形成条件:切削脆性金属,

切削脆性金属时,由于材料的塑性很小、抗拉强度较低, 刀具切入后, 切屑层内靠近切削刃和前刀面的局部金属未经明显的塑性变形就在张应力状态下脆断, 形成不规则的碎块状切屑, 工件加工表面由凹凸不平的小坑组成。

归纳起来, 可分为以下四种类型

带状切屑、

节粒状切屑(单元切屑/挤裂切屑)

粒状切屑(单元切屑)

崩碎切屑。

切屑的控制

1.磨制断屑槽

2.适当调整条件切削

3.热处理

4.改变工件材料的成份

4 变形系数和相对滑移

一、变形系数

切屑变形的测量

切屑厚度h ch通常都大于工件上切削层的厚度h D而切屑长度l ch却小于切削层长度(l D)。

Λl=lD/lch Λa=hch/hD

工件上切削层变成切屑后宽度的变化很小, 根据体积不变原理, 显然

Λa=Λl=Λ

变形系数Λ一般大于1

1、变形系数Λ直观地反映了切屑变形程度

2、变形系数Λ比较容易测量:

l c是与切屑长度l ch对应的切削层长度;

l ch可用保险丝量出。

Λ值越大, 表示切屑越厚，长度越短, 标志着切屑变形越大。

这个方法很简便, 但也很粗略。表示切削变形有其局限性