金属切屑的研究
金属切削实验技术
•粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温度变化时，
产生的附加应变为零或相互抵消，这种应变片称为温度
自补偿应变片。利用这种应变片来实现温度补偿的方法 称为应变片自补偿法。
3）热敏电阻补偿
R5 分流电阻
+
R1＋⊿R U R3
0
T
R2 Rt
U0 URt
+
Ui
Rt
R4 U0
-
U = Ui - URt
U0
向不同，可用在多向分力的测量而避免分力的相互干 扰。压电晶体传感器的测力仪性能良好，自振频率可 达3-10kHz，适用于要求严格的科研试验。压电晶体 测力仪用于静态力的测量时，力容易产生另点漂移。
压电晶体测力仪使用性能较好，但价格昂贵，且使用
维护要求严格，因此适合在要求较高的科研试验中使 用。
电阻应变片测力传感器在测力仪中使用广泛、车、
半导体应变片受轴向力作用时, 其电阻相对变化为
d dR R (1 2 )
半导体应变片的电阻率相对变化量与所受的应变力有关：d E
式中： π——半导体材料的压阻系数;
σ——半导体材料的所受应力; E——半导体材料的弹性模量; ε——半导体材料的应变。
目前箔式应变片应用较多。
金属丝式应变片使用最早。金属丝式应变片蠕变较大，
金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势。但其价格
便宜，多用于应变、应力的大批量、一次性试验。
当传感器的弹性体很薄、尺寸很小时，采用箔式应变 片会由于基底材料和粘结剂的存在而对传感器特性产生 不利影响，可采用薄膜式应变片。
测平均切削力，实际已经被淘汰。电容和电感测力仪 虽可用于测量切削力的瞬时变化值，但由于结构限制，
第二章第1节-金属切削过程及切屑类型分析
lfi
lfo
切屑与前刀面的摩擦
第一节 金属切削过程及切屑类型
积屑瘤
在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢
料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面呈三角
状的硬块,称为积屑瘤。
它的硬度很高，通常是
工件材料的2—3倍，在
切屑
处于比较稳定的状态时，
能够代替刀刃进行切削。
积屑瘤
刀具
积屑瘤
切屑的种类
名称
带状切屑
切屑类型及形成条件
挤裂切屑
单元切屑
崩碎切屑
简图
形态 变形
形成 条件
影响
带状，底面光滑 ，背面呈毛茸状
剪切滑移尚未达 到断裂程度
加工塑性材料， 切削速度较高， 进给量较小， 刀具前角较大
切削过程平稳， 表面粗糙度小， 妨碍切削工作， 应设法断屑
节状，底面光滑有裂 纹，背面呈锯齿状
变形程度表示方法
变形系数
切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本 不变。可用其表示切削层的变形程度。
◆ 厚度变形系数
h
hch hD
◆ 长度变形系数
L
LD Lch
Lch LD
切屑与切削层尺寸
第一节 金属切削过程及切屑类型
根据体积不变原理，则
h
lc lch
hch hDOMຫໍສະໝຸດ sin(90 OM sin
第二章 金属切削基本理论及应用
第一节 金属切削过程及切屑类型
金属切削过程是指在刀具和切削力的作用下形成切屑的过 程，在这一过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切 削的矛盾，产生许多物理现象，如切削力、切削热、积屑瘤、刀 具磨损和加工硬化等。
切削铁屑形成原理
切削铁屑形成原理引言：切削铁屑形成是在金属切削过程中常见的现象，它是由切削工具与工件之间的相互作用引起的。
本文将以切削铁屑形成原理为主题，详细解析切削铁屑的形成过程以及影响因素。
一、切削铁屑的形成过程切削铁屑的形成是由于切削工具对工件进行切削时，金属材料被剪断而产生的。
具体而言，切削铁屑的形成过程可以分为以下几个阶段：1. 切削工具进入切削区域：切削工具以一定的速度和角度进入工件的切削区域，与工件表面接触。
2. 剪切力作用：切削工具施加剪切力，使工件产生塑性变形。
在这个过程中，切削工具与工件之间的摩擦力也起到了重要的作用。
3. 剪切屑的形成：在剪切力的作用下，工件的金属材料开始发生剪切断裂。
这时，金属材料从工件中剥离出来，形成切削铁屑。
4. 切削铁屑的排出：切削铁屑随着切削过程的进行，被切削液或气流带走，排出切削区域。
二、切削铁屑形态的分类切削铁屑的形态可以根据其外观和结构进行分类，常见的切削铁屑形态有以下几种：1. 连续切屑：连续切屑是切削过程中产生的一种常见切削铁屑形态。
它的形状规整，呈螺旋状或螺旋状曲线。
连续切屑的形成主要与工件材料的塑性变形特性和切削工具的几何形状有关。
2. 断续切屑：断续切屑是切削过程中产生的另一种常见切削铁屑形态。
它的形状不规则，呈不连续的碎片状。
断续切屑的形成主要与工件材料的脆性和切削工具的切削速度有关。
3. 螺旋切屑：螺旋切屑是连续切屑中的一种特殊形态，其形状呈螺旋状。
螺旋切屑的形成主要与切削工具的几何形状和切削速度有关。
4. 螺旋碎屑：螺旋碎屑是断续切屑中的一种特殊形态，其形状呈碎片状且具有螺旋结构。
螺旋碎屑的形成主要与工件材料的脆性和切削工具的切削速度有关。
三、影响切削铁屑形成的因素切削铁屑的形成受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 切削速度：切削速度是切削铁屑形成的重要因素之一。
过高或过低的切削速度都会导致切削铁屑形态异常，影响切削质量。
2. 切削深度：切削深度对切削铁屑形态有直接影响。
切削实验报告
切削实验一、实验目的1 观察切削变形的过程，以及所出现的现象。
2 研究切削速度、刀具前角和走刀量等因素对切削变形的影响规律。
在金属切削过程中，由于产生塑性变形，使切屑的外形尺寸发生变化，即与切削层尺寸比较，切屑的长度偏短，厚度增加，这种现象称为切屑收缩。
一般情况下，切屑收缩的大小能反映切削变形的程度。
二、实验内容1、切削速度υ对切削变形的影响刀具参数：κr＝45°；κr ＇＝ 8°；λs＝ 0°；γo ＝10°；αo ＝7°；r ＝0.1 mm 切削用量：f＝ 0.39 mm /r , ap＝40mm。
改变切削速度，从低速到高速，可先取υc＝ 5； 10； 20； 25； 30； 40； 60； 80； 110 m /min ；ｎ＝ 53；106；212；265；318；424；636；848；1166r/min ；用每一种转速切削一段试棒，停车收集切屑并观察切削颜色（注意安全，防止烫伤）。
测量并将结果填入表2-1 中。
2、刀具前角对切削变形的影响刀具参数：κr ＝ 45°；κr ＇＝ 8°；λs ＝ 0°；αo ＝ 7°； r ＝ 0.1 mm 。
切削用量： f＝ 0.39 mm /r , ap ＝40 mm υc＝ 60 m /min 。
改变车刀前角：γo ＝ 0°； 15°； 30°。
用不同前角的车刀分别切削一段试棒，停车收集切屑并观察切削颜色（注意安全，防止烫伤）。
3、进给量 f 对切削变形的影响刀具参数：κr＝45°；κr＇＝8°；λs＝0°；γo＝10°；αo＝7°；r＝0.1 mm 。
切削用量： ap ＝ 40 mm υc＝ 60 m /min 。
改变进给量： f＝ 0.2 ； 0.36 ； 0.51 ； 0.66 （ mm/r ）。
切屑控制-综述部分
切 屑 控 制 研 究 现 状
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2.5 专家系统与切屑形成动态仿真技术
切 屑 控 制 研 究 现 状
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2.6 激光辅助切屑控制技术
切 屑 控 制 研 究 现 状
切屑会挂在主轴、刀片、夹具和测量装置上，使自 动测量和装卸设备无法正常使用 缠绕在刀具和工件上的长切屑会在工件上形成擦伤 ，并会缩短刀具寿命 长切屑不能像细小切屑那样有制 研 究 现 状
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2.2 关于切屑卷曲的研究
切屑的上向卷曲
切 屑 控 制 研 究 现 状
切屑的三维卷曲 切屑产生二维卷曲(即上向卷曲和侧向卷曲)的同时 。还常常会产生第三个方向的卷曲。即产生三维卷 曲．第三向卷曲的转动速度同量，分别与上向卷曲 和侧向卷曲的转动角速度向量互相垂直。切屑的三 维卷曲的概念的提出是目前关于切屑卷曲研究的最 新成果。
切 屑 控 制 的 研 究 理 论 及 历 史
切屑的折断力学主要研究经过变形、卷曲和 空间运动的切屑是如何折断的。它包括切屑 碰到障碍物而被折断的机理和切屑被甩断的 机理。
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1.5 切屑研究历史成果
------障碍型断屑器 ------障碍型断屑器
切 屑 控 制 的 研 究 理 论 及 历 史
名称 带状切屑 挤裂切屑 单元切屑 崩碎切屑
控 制 的
简图
研 究
形态
理 论
变形
带状，底面光滑， 节状，底面光滑有裂 背面呈毛茸状 纹，背面呈锯齿状 剪切滑移尚未达 到断裂程度 加工塑性材料， 切削速度较高， 进给量较小， 刀具前角较大 切削过程平稳， 表面粗糙度小， 妨碍切削工作， 应设法断屑
金属切削中的切屑处理与管理方案
金属切削中的切屑处理与管理方案在机械加工过程中，金属切削是一种常见且重要的加工方法。
然而，金属切削过程中产生的切屑处理与管理成为了一个值得重视的问题。
合理的切屑处理与管理方案可以提高生产效率，减少能源浪费，且对环境保护也具有重要意义。
金属切削过程中产生的切屑主要包括连续切屑、螺旋切屑和碎裂切屑。
这些切屑的特性和数量与切削过程中的材料、切削速度、刀具状况等因素密切相关。
因此，切削过程中的切屑处理与管理需要根据不同的情况制定合适的方案。
首先，切削过程中的切屑处理应该进行及时清理。
及时清理切削产生的切屑可以保持工作环境的清洁与卫生，避免切削刀具因为积屑而损坏。
对于连续切屑和螺旋切屑，可以设置专门的切屑槽或切屑收集装置，在切削过程中将切屑直接引导至切屑槽中进行集中管理。
对于碎裂切屑和小颗粒切屑，可以采用切削油膜、水冷却等辅助手段，将切屑固定在切削液或切削液中形成悬浮液，然后通过切削液循环系统进行处理与过滤。
其次，切屑处理与管理方案还应注重资源利用。
金属切屑中含有大量的金属资源，如果直接丢弃，不仅造成了资源的浪费，还给环境带来了污染。
因此，切削中的切屑可以通过回收、再利用等方式得到合理利用。
例如，可以对切屑进行磁选、洗涤等处理，分离出切屑中的金属物质，然后通过回收再加工，利用于其他生产过程中。
这种方式不仅可以减少资源消耗和环境污染，还可以实现资源的循环利用。
同时，切屑处理与管理方案还需要考虑安全因素。
金属切削过程中产生的切屑往往具有高速旋转的趋势，并且会与刀具生产的高温碰撞，因此切屑会产生较高的温度和动能，并且可能对人员和设备造成伤害。
因此，在制定切屑处理与管理方案时，应考虑安全防护措施，如设置切屑防护罩、切屑收集装置等。
同时，也应加强对切屑清理与管理操作的培训，提高员工的安全意识和操作能力。
最后，切屑处理与管理方案还应考虑环境保护的因素。
金属切削过程中产生的切屑中可能含有有害物质，如重金属元素等，如果不妥善处理，可能会对环境造成污染。
金属切削加工中刀—屑紧密型接触长度的研究
ｄ ｒ ｅ ｈ ｏ ｃ ｌ Ａ ｅ ｎｌ ｇｔ ｈ ｏｍｕａ ｔ ｓｅ ａ ｉ ｅｅ ｈ ｔ ｈ ｏ ｌｃ ｉ ｅ ｖ ｄｔ ｅ ￣ａ ａ ｙ ｃ ｏ ：ｎ ｏｔ ｅｆｒ ｌ ．ｉ ｉ ｏ ｓ ｒｄｔ ａ ｔ ｅｔ － ｈｐｄｏｅ ｏ ｎａ ｔ ｉ ｈ 讲 ｐ ｅｒｓ ｌ 。 ｔｅ ｉ ｌ ｌ ａｄ ｏ ｓ ￣ ｔｃ ｋｎ 出 ｓｔ ｅｃ ｎ ０ ｕｔ ｆ ｈ ｅ
ｏ ｕ￣ ｇ ｅ ｐ ｒ ｎｓ Ｉ ｃ ｉｏ ， ｔｅ ｒｌ ｎｌｙ ａｄ ａｐ ｆｅｔｎ ｘ ｅｉ ｔ． ｎ ａｌ６ ｎ ｈ ａ ｏ ａ ｔ ｎ ｐ ￣ ｍｅ ｄ ｉ ｉ
ｃ ∞ Ｉ Ｉ ｌｔ ｇ
ｃ １ ａ ｅ ｌｔｄ ｒｓ ｌ ｗｉ ｈ ｘ ｅａ ｅ ｍｌ ｅ ｕ ｓ ８ Ｉｕ ａ ｅ ｕ￣ ｔ ｔ ｅｅ ０ ｒ ｎ ￣ ｓ ｌ ． ｃ ｅ ｈ ｒ ｔ
紧密型接触长度是切 削第一 、 第二变形 区综台作用 的结果 ； 过切 削试验 ， 通 讨论 了切削参数 对刀一 屑紧密型接触长 度的影响 ； 将计算结果与试验结果相 比较 ， 分折了该理论公式 的合 理性及适用 范围。 关键词 ： 刀一屑紧密型接触长度 ． 摩 擦角 ， 剪切角 Ｓ ｕ ｙ 加 Ｔｏｏ－ ｈ ｐ Ｃｌ ｓ ｎ ａ ｔＬｅ ｇ ｈ ｎ ｍ ｅａ ｕｔ ｇ ｔｄ ｌｃ ｉ ｏ ｅ Ｃｏ ｔ ｃ ｎ ｔ ｉ ｔ ｌｃ ｅｎ
ｉ ｔ ａ ｅ ｆｓ ｍ ｄ８ ｒ
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肚ｉＩｎｅ ．Ｔ ｅｉｔ ｅ ｅ 。 ｕｔ ｇｐ ｒ ｅｅｓ３ ｅｔｏ－￣ｐｃｏｅｃ ｎａ ｔｅｌＬ ｒ ｉｅ￣ｅ ｙｒＢ ０ｌ 【ａ ｈ ｎ ｕ ｎ ￣ ｆ ｔｎ ａｍ￣ ｔｒ １ｔ ｌ ｌ ｅ ｌ １１ｈ ｏ ｅ ｌｓ ｏ ｔｃ ｒ ｈａｅｄｓｕ ｄｂ ｌ ｇ ｎ ｉｔ ｆｔｅ ｔｅ￣６ ａ ａ ｕａｉｇ ｆｒ ｌ ｒ ａ ｌｙ ｏ ｈ ｈ ａ ｅｌ ｅＩ ｌｔ ｏｍｕａ ａｅ ｎ ｉ ｅ ｎ
金属切削原理实验报告
时针两个方向各 100°的刻度。其上的工作台 5
可以绕小轴 7 转动，转动的角度，由固连于工作
台 5 上的工作台，指针 6 指示出来。工作台 5 上
的定位块 4 和导条 3 因定在一起，能在工作台 5
的滑槽内平行滑动。
立柱 20 固定安装在底盘 2 上，它是一根矩
形螺纹丝杠，旋转丝杆上的大螺帽 19，可以使
（2）实验仪器
1) 设备： CA6140 普通车床。 2) 刀具：YT15 硬质合金车刀。 3) 试件：45# 钢。
（3）实验原理
切削层变形就是指被切屑层在刀具的切削刃与前刀面的影响作用下，经受挤压而产生的 剪切滑移变形。
（4）实验方法步骤
1) 将车床的参数调至如下结果：:n=80rpm；ap=0.5~1mm； =30°；f=0.2mm/r 时，观察 切屑形状。
偏角 的数值。
2
图 1-4 用车刀量角台测量车刀刃倾角
图 1-5 用车刀量角台测量车刀副偏角
5) 前角 的测量
前角 的测量，必须在测量完主偏角 kr 的数值之后才能进行。
从图 1-2 所示的原始位置起，按逆时针方向转动工作台，使工作台指针指到底
盘上Ψ =90°—Kr 的刻度数值处(或者从图 1-3 所示测完主偏角 kr 的位置起，按逆时
针方向使工作台转动 90°)，这时，主刀刃在基面上的投影恰好垂直于大指针前面
a(相当于 P0)，然后让大指针底面 c 落在通过主刀刃上选定点的前刀面上(紧密贴
合)，如图 1-6 所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是正交平面前角
的数值。指针在 0°右边时为+ ，指针在 0°左边时为– 。
6) 后角 的测量
1
平行于工作台 5 的平面。测量车刀角度时，就是根据被测角度的需要，转动工作台 5， 同时调整放在工作台 5 上的车刀位置，再旋转大螺帽 19，使滑体 13 带动大指 针 9 上升或下降而处于适当的位置，然向用大指针 9 的前面 a (或侧面 b、或底面 c)，与构成被测角度的面或线紧密贴合，从大刻度盘 12 上读出大指针 9 指示的被 测角度数值。
金属切削原理及其应用领域深度剖析
金属切削原理及其应用领域深度剖析金属切削是指通过切削工具对金属材料进行加工和切割的一种制造工艺。
这种切削工艺广泛应用于诸如机械制造、金属加工、航空航天、汽车制造等多个领域。
本文将深入探讨金属切削的原理和其在各个应用领域的具体应用。
金属切削的原理主要基于材料塑性变形与材料去除两个基本过程。
当刀具施加在金属工件上时，会使其产生塑性变形。
随着刀具的移动，金属工件的组织结构被剪切、拉伸和压缩，从而使材料被去除，完成切削加工。
在这个过程中，刀具和工件之间的相互作用是至关重要的。
因此，刀具的选择、切削速度、进给速度和切削液等参数都对金属切削过程的效果有影响。
金属切削可以应用于各种材料的加工，包括普通碳钢、合金钢、不锈钢、铜、铝和钛合金等。
不同材料的硬度和强度会对切削过程产生不同的影响。
为了达到理想的切削效果，需要根据具体材料的特性选择合适的切削工具和参数。
例如，对于硬度较高的材料，可以选择刀具材料更坚硬的硬质合金刀具进行切削。
此外，切削液的使用也是金属切削过程中重要的因素之一，它可以冷却工件和刀具、润滑切削面，并防止切削过程中产生的金属屑积聚在切削区域。
金属切削技术广泛应用于机械制造领域。
在机械零部件的制造过程中，往往需要对金属材料进行切割、车削、铣削、钻孔等工艺。
通过金属切削技术，可以实现加工精度更高、表面质量更好的产品。
在汽车制造领域，金属切削工艺用于加工发动机零部件、底盘组件等。
航空航天领域对于金属材料的切削加工要求更高，因为航空航天行业需要使用轻质高强度的金属材料制造飞机和发动机等关键部件。
随着科技的发展，金属切削技术不断创新和改进，涌现出许多新的应用。
例如，微切削技术是利用先进的加工设备和工艺对微尺度金属零件进行加工的一种技术。
微切削技术的应用领域广泛，包括微机械、微电子、生物医药等。
另外，快速切削技术是一种高效快速的切削加工技术，可以大幅提高生产效率。
这种技术主要应用于批量加工，如汽车制造、机械制造等领域。
金属切削过程及其基本规律 (2)
前刀面上的摩擦和积屑瘤
1.前刀面上的摩擦 前刀面上有两种摩擦形式：内摩擦和外摩擦；
一般情况下内摩擦力占总摩擦力的８５％
内摩擦：切削过程中，在高温高压作用下，切 屑底部与前刀面发生粘结现象，切屑与前刀面 间的摩擦就不是普通的摩擦，而是切屑和刀具 粘结层与其上层金属之间的内摩擦，这种内摩 擦实际就是金属内部的剪切滑移，它与材料的 流动应力特性以及粘结面积大小有关，和外摩 擦的规律不同。
1.带状切屑：内表面光滑，外表面成毛茸状。 切削过程平稳，波动小。塑性材料、切削速度 高、前角大、切削厚度小。
2.挤裂切屑：塑性金属，外表面可见明显裂纹 的连续带状切屑；切屑所受剪应力在局部超过 了工件材料的屈服强度，使切屑外表面产生了 明显的裂纹；有轻微振动。
3.单元切屑：塑性金属；切屑呈颗粒状。切屑 所受剪应力超过了工件材料的屈服强度，裂纹 贯穿了整个切屑；振动较大；工件表面可见明 显波纹。
金属切削过程及其基本规律
研究金属切削过程的方法
（1）侧面方格变形观察法 将工件侧面抛光，画出细小的方格，在
低速切削时观察直角自由切削工件材料 的变形过程。
（2）高速摄影法：利用高速摄影机拍摄 被切削试件的侧面，可以得到一个完整 的切屑形成过程的真实图像。常用的高 速摄影机每秒可拍几百幅到一万幅以上 。
利的。(到这里是六次课了）
影响切屑变形的各种因素
1.工件材料的性能:工件材料的强度硬度越高， 摩擦系数越小。原因是当工件材料的强度和硬 度大时，切削速度不变，切削温度增高，故摩 擦系数下降
2.刀具几何参数：一般前角越大，切削层的变 形越小，这是因为前角增大，虽然摩擦因数、 摩擦角也增大，但剪切角也增大，剪切面减小 ，变形减小。刃倾角的大小影响到实际工作前 角，对切削变形也会产生影响。
金属切削原理中的切削速度对切削力的影响研究
金属切削原理中的切削速度对切削力的影响研究金属切削是工程中常见的制造方法，它通过在金属工件上施加力和切削速度，从而将不需要的材料切削掉。
在切削过程中，切削速度是一个重要的参数，它对切削力产生着直接的影响。
本文将研究金属切削原理中切削速度对切削力的影响。
切削力是指在切削过程中施加在刀具上的力。
切削力的大小取决于多个因素，包括切削速度、进给速度、切削深度、刀具材料等。
其中，切削速度被认为是影响切削力的主要因素之一。
研究表明，切削速度的增加会导致切削力的增加，但这种关系并不是线性的。
当切削速度较低时，切屑的形成较为容易，切削力主要由切屑的形成和切削面的摩擦力引起。
随着切削速度的增加，切屑的形成变得更加困难，切屑的形态也发生了变化，由连续切屑转变为断续切屑。
这种断续切屑会增加刀具与切屑之间的摩擦，从而导致切削力的增加。
另外，切削速度的增加还会引起切削温度的升高。
当切削速度较低时，切削温度可以被切屑带走，保持在较低的水平。
然而，当切削速度增加时，切削屑的带走效果变差，切削温度会明显升高。
高切削温度会导致材料的塑性变形增加，而材料塑性变形是需要消耗大量能量的，这就导致了切削力的增加。
此外，切削速度还会影响切削形态和刀具磨损。
在较低的切削速度下，切屑的形态相对较好，切削表面也相对光滑。
然而，当切削速度增加时，由于切削力的增加和摩擦的增加，切削表面变得粗糙，有时甚至出现负切削角现象。
同时，高切削速度会加剧刀具与工件接触时的磨损，导致刀具寿命缩短。
总之，切削速度对切削力的影响是复杂且多方面的。
在选择切削速度时，需要综合考虑切削力、切削温度、切屑形态以及刀具磨损等因素，并根据具体工件和加工要求进行合理的调整。
此外，切削速度与切削力之间的关系还受到刀具材料、工件材料、切削方式等因素的影响，因此在实际生产过程中，还需要根据具体情况进行进一步的研究和优化。
综上所述，切削速度在金属切削原理中对切削力产生着显著的影响。
切削速度的增加会导致切削力的增加，同时还会引起切削温度的升高，影响切削形态和刀具磨损。
钻削过程切屑受力建模及有限元仿真研究
钻削过程切屑受力建模及有限元仿真研究一、概述钻削过程是金属加工中常见的加工工艺之一，其切削过程中切屑的形成和受力情况对加工质量和工件表面粗糙度有着重要影响。
本文将针对钻削过程中切屑受力建模及有限元仿真研究展开深入探讨，从宏观和微观两个角度分析切屑的形成机理和受力情况，旨在为钻削工艺提供更深入的理论基础和实用指导。
二、切屑形成机理分析1. 切屑形成的基本过程在钻削过程中，切屑的形成是由刀具对工件进行切削，其中金属材料在刀具作用下形成的薄层即为切屑。
切屑形成的基本过程可以简要概括为切屑的起始、发展和脱离三个阶段。
切屑的形成机理主要包括切削热、切削变形、切削厚度和切屑形状等因素的综合作用。
2. 切屑形成的影响因素切屑形成受到诸多因素的影响，包括工件材料性能、刀具的材料和几何形状、切削参数、冷却液的使用等。
不同的工件材料、刀具材料和切削参数组合会导致切屑的形态、厚度和温度等特性的差异，从而影响切屑的排屑能力、切屑的排屑性能和对切屑的进一步加工。
三、切屑受力情况分析1. 切屑的受力特点切屑在形成过程中会承受来自刀具的切削力、切削热和切屑自身的重力等多种力的作用。
其中，切削力是切屑受力的主要载荷，其大小和方向直接影响切屑的形状和质量。
切屑受力还与刀具的几何形状、切削参数和切削状态等因素相关。
2. 切屑的受力模型有限元分析是研究切屑受力的有效方法之一，通过建立钻削加工的切屑受力模型，可以分析切屑在加工过程中的受力情况。
通过有限元仿真可以得到切屑的应变、应力分布以及切屑的变形情况，从而为钻削工艺的优化提供理论支持。
四、有限元仿真研究1. 切屑受力的有限元模型建立在进行有限元仿真时，首先需要建立钻削过程中切屑受力的有限元模型。
该模型需要考虑刀具、工件、切屑和切削液等多个物理对象及其之间的相互作用，同时要考虑切屑受力的非线性、瞬态和热传导等特性。
通过对切屑受力的有限元模型建立，可以准确地模拟切屑在切削过程中的受力情况。
钻削过程切屑受力建模及有限元仿真研究
钻削过程切屑受力建模及有限元仿真研究【文章】钻削过程切屑受力建模及有限元仿真研究一、引言钻削作为金属加工中的一种重要工艺，其切屑受力情况一直备受关注。
本文旨在通过建模及有限元仿真研究，探讨钻削过程中切屑受力的特点及影响因素，从而提供深度的理论指导和实践应用价值。
二、切屑受力特点1. 切屑形成与受力关系在钻削过程中，切屑形成与受力密切相关。
切屑的形成主要受到切削力、切削温度和材料力学性能等因素的影响。
其中，切削力是切屑形成的主要驱动因素，在切削过程中产生的切削力将直接影响切屑的形态和受力情况。
2. 切屑受力影响因素切屑的受力情况受到多种因素的影响，包括钻具结构、切削参数、工件材料等。
钻具结构的合理设计和切削参数的选择对于降低切屑受力具有重要意义。
工件材料的硬度、塑性等力学性能也会对切屑受力产生影响。
3. 切屑受力模型建立针对切屑受力情况的复杂性，需要建立合理的数学模型来描述其受力特点。
基于切屑形成机理和材料力学性能，可以建立切屑受力模型，从而深入分析切屑在钻削过程中的受力情况。
三、有限元仿真研究1. 有限元建模通过有限元方法，可以对钻削过程中切屑受力进行深入研究。
在建立切屑受力模型的基础上，采用有限元方法进行建模和仿真，可以模拟实际的钻削过程，并获取切屑受力的详细信息。
2. 仿真结果分析通过有限元仿真，可以获取切屑受力的分布情况、受力大小和变化规律。
还可以对不同工艺参数和材料性能对切屑受力的影响进行系统分析，为钻削过程的优化提供理论依据。
四、个人观点与总结在钻削过程中，切屑受力的研究对于提高钻削效率和延长工具寿命具有重要意义。
通过深入分析切屑受力的特点和影响因素，可以为钻削工艺的优化提供理论依据。
有限元仿真作为一种重要的研究手段，为切屑受力的深入研究提供了新的途径和方法。
钻削过程切屑受力建模及有限元仿真研究具有重要的理论和应用价值，值得深入探讨和研究。
以上是本次文章的初稿，具体的细节和论证可以进一步完善。
金属切削实验技术
金属切削实验技术切屑变形的度量LOGOContents1、金属切削过程中的变形规律2、切屑变形的度量3、变形系数4、剪切角5、用网格法研究切削过程的金属变形切削变形过程示意工件刀具切屑1、金属切削过程中的变形规律1.1 切屑的形成过程切屑形成的过程，就起本质来说，是被切削层金属在道具切削刃和前刀面作用下，经受挤压而产生剪切滑移变形的过程。
1.2 切削过程的三个变形区OA、OM虚线实际就是上图中的等剪应力曲线。
OM为终剪切线（或终滑移线），OA叫始剪切线（或始滑移线）。
在OA到OM之间的第Ⅰ变形区内，其变形的主要特征是沿滑移线的剪切变形，以及随之产生的加工硬化。
在切削过程中，工件的已加工表面产生变形，金属晶粒伸长，成为纤维状，如图中Ⅲ区是为第三变形区。
第Ⅰ变形区金属的滑移在一般切削速度范围内，第一变形区宽度仅为0.02~0.2mm,可用一剪切面代替。
剪切角φ：剪切面和切削速度方向的夹角。
v c 切削层切屑剪切面第Ⅱ变形区内金属的挤压变形1.3.1 积屑瘤的形成积屑瘤的产生主要是切屑底面与前刀面之间的外摩擦力大于切屑上层与金属下层之间的内摩擦力的结果。
1.3.2影响积屑瘤的主要因素工件材料的性质切削速度积屑瘤刀具前角冷却条件1.3.2-a) 速度对积屑瘤的影响1.3.3积屑瘤对切削加工的影响有利方面：①保护刀具②增大刀具实际工作前角不利方面：③影响工件尺寸精度（增大切削厚度）④影响表面粗糙度2、切屑变形的度量2.相对滑移3剪切角1.变形系数切屑变形系数ξ表示为切削层长度ℓD 和切屑长度ℓch的比值，或者是切屑厚度和切削层厚度的比值。
式中γ为刀具前角。
该式为Merchant的剪切平面模型的理论公式。
剪切角可用来衡量切屑变形程度的大小。
金属变形主要形式是相对滑移（剪切滑移）。
在纯剪切条件下，(λs=0°κr′=0°)可用剪应变ε来衡量变形程度2.1 变形系数厚度变形系数ξh=hch /hD;长度变形系数ξℓ=ℓD /ℓch;一般情况下，切削层宽度方向变化很小，根据大塑性变形时材料不可压缩的假设，则变形后体积不变，显然ξ=ξh=ξℓ变形系数一般是大于1的数，约为1.5 ～4。
切屑形成机理与切屑控制技术
切屑形成机理与切屑控制技术引言：在金属加工过程中，切割金属材料时产生的切屑往往会对加工表面质量、切削力和工具寿命等产生重要影响。
因此，研究切屑的形成机理及采取相应的切屑控制技术，对于提高金属加工的效率和质量具有重要意义。
本文将深入探讨切屑的形成机理，并介绍一些常见的切屑控制技术。
一、切屑形成机理切削过程中，切削刃对工件材料产生剪切作用，使其沿剪切面断裂形成切屑。
切屑形成的主要机理可以总结如下：1. 剪切切屑机制剪切切屑在主要为金属材料由剪切力沿着剪切面发生形变和破坏，最终形成顺着剪切面滑移的切屑。
这种切屑机制在高速切削中最为常见。
2. 挤压切屑机制挤压切屑机制主要适用于某些低可塑性金属材料，例如铸铁、铝合金等。
在切削过程中，由于材料可塑性较低，无法顺利地进行流动，使其在切削区域发生挤压而形成切屑。
3. 破碎切屑机制破碎切屑机制主要适用于一些硬度较高的材料，例如高速钢、硬质合金等。
在切削过程中，由于材料的硬度较大，切削刃与材料发生剪切作用时，材料很难产生滑移，而是发生局部破碎，最终形成破碎切屑。
二、切屑控制技术为了克服切屑对金属加工过程的不利影响，研究人员提出了多种切屑控制技术，并在实践中取得了显著的效果。
以下列举几种常见的切屑控制技术：1. 切向切削切向切削是一种通过增大切削刃的前微倒角来控制切屑形状的技术。
通过增大切削刃的前微倒角，可以使切削刃对工件材料施加的剪切力变小，从而减少切屑的形成。
2. 冷却润滑技术冷却润滑技术是通过在切削过程中对切削区域进行冷却和润滑，减少切削温度和摩擦，从而降低切削力和改善切屑的形成。
常用的冷却润滑技术包括切削液喷射冷却、切削油润滑等。
3. 切屑断裂技术切屑断裂技术是通过在切削过程中断裂切屑来改善切削效果。
在切削过程中，通过添加切削冲击、振动等外力，可以使切屑发生断裂，减少其长度和表面质量，从而提高切削效率。
4. 切削参数优化技术切削参数优化技术是通过调整切削参数，如进给速度、转速、切削深度等，来改善切屑形成和控制效果。
基于有限元的金属切屑过程仿真研究
摘 要： 阐述了金属切 削有限元仿真的优势和理论 方法． 于大变形有 限元理论 ， 基 建立 了金属 切 削的有 限元模 型， 利用通 用的商业有限元软件 实现 了切屑形成过程 的仿真 ． 通过仿真结果 ， 可
以比较直观看到应力 ， 温度等在切屑形成过程 中的分布和变化 ． 关键词 ： 金属切 削； 有限元分析 ； 仿真 中图分 类号 ： Ｔ １ １ Ｈ ６ 文 献标 识码 ： Ａ 屑形成的仿真有 以下几个优势 ： １ 在应力 、 ． 应变率和温度方程中材料的性质
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第２卷 第３ ６ 期
２０ 年 ０ 月 ０８ ５
佳 木 斯 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） Ｊｕ ａ ｏＪ ｍ ｓＵ ｉ ｒｔ Ｎ ｔ ａ Ｓｉ ￣Ｅ ｉ ｎ ｏｒ ｌｆ ｉ ｕｉ ｎ ｅ ｉ ａ ｒ ｅ ｎ ａ ｖ ｓｙ（ ｕ ｌ ｃ ｍ ｄｉ ） ｔ ｏ
已经发展成切削过程仿真的强大工具 ． 切削过程中 的各种变量 ， 例如 ， 削力 、 切 切削温 度、 应变、 应变 率、 应力等 ， 都可以在仿真工程中表达 出来 ， 其中包 括那些通过实验很难测量到的参数 ．
１ 有 限元法的优势
对全世界 ５ 个重要的切削加工仿真研究机构 ５ 进行调查 ， 发现 ４ ％研究经验模型 ，２ ３ ３ ％研究分析 模型 ， ％研究数字模型， １ ８ 而在数字模型的研究 中， 有限元仿真技术的运用 占有绝对优势 ． ¨ 与实验法和分析法相比较 ， 有限元法应用与切
Ｏ 引 言
切 削加工是工件材料在刀具的剪切挤压作用 下。 首先发生弹性变形 ， 进而发生塑性变形、 产生
应变硬化 ， 最后撕裂 ， 沿前刀面流 出， 形成切屑 ， 是一个复杂的物理化学过程 ． 金属切削机理的研究 直是 国内外研究的重点和难点 ． 以往通常采用实
切屑形成过程的有限元仿真研究
切屑形成过程的有限元仿真研究本文探讨了切屑形成过程的3一D 实时模拟过程;获得了加工过程中工件和切屑中的应力、应变分布情况;获得了斜刃切削条件下切屑卷曲的有限元仿真结果。
仿真的结果与相关实验结果进行了比较，发现它们具有很好的一致性，表明了切屑形成过程的有限元模型在切屑形成控制上具有一定的实用价值和研究意义。
关键词:有限元法，切屑形成，数学建模，切削力仿真1.切屑形状参数数学模型的建立在金属切削加工过程中，切屑形状千变万化，要实现切屑形成过程仿真，必须将切屑形状参数化，并根据加工条件计算这些参数。
多年来，国内外学者对切屑形状及其形成进行了大量深入的研究，建立起十几种切屑形成模型，在切屑流动方向、切屑卷曲机理和切屑折断方式等方面取得了重要成果。
但由于切屑问题极为复杂，许多研究尚属于定性分析，特别是对切屑横向卷曲还没有量化计算的方法。
本文根据切屑的形成机理及变形规律，给出了切屑的分类，并将各种切屑抽象，分析了切屑量化的基本参数，建立了切屑形状参数数学模型，为切屑生成的实时仿真提供了依据。
切屑的种类与工件材料以及切削条件有关，可分为带状切屑、节状切屑、单元切屑和崩碎切屑等4种，本文主要研究对象为易形成带状切屑的塑性较好的材料。
根据CIRP 切屑分类法[1]，可将之分成如下四种基本类型: (1)连续螺旋屑; (2)发条屑;(3)C 形屑或弧片形屑;(4)垫圈形切屑。
刀具切入工件时，切削层金属经剪切面发生塑性滑移变形成为切屑，经刀具前刀面后，卷曲变形，自然形成一个等螺距螺旋形切屑。
其形状可由螺旋外径2ρ、螺距p 、螺旋面与轴的夹角θ确定(如图1)。
切屑流出后受工件、刀具及机床等阻碍引起再度变形切屑流出后受工件、刀具及机床等阻碍引起再度变形或折断，从而产生各种类型的切屑，因此，其它类型切屑均可视为螺旋切屑的演变和组合。
从切削机理方面分析，影响螺旋形切屑形状因素有: 上向卷曲曲率x ρ1，横向卷曲曲率z ρ1和切屑的流出角φ。
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金属变形过程
刀具的磨损
金属切削原理及刀具设计
(Principles of machining by cutting and design of cutter)
基本技能 高级要求
刀具材料选择 刀具几何形状设计 合理切削用量拟订 专用刀具设计
切削过程的模型及理论分析 计算机控制仿真切削过程 新型刀具材料的开发与应用 难加工材料的切削实践
金属切削原理及刀具设计
(Principles of machining by cutting and design of cutter)
前言（Preliminary information）
课程性质
研究金属切削过程与设备的技术科学
专业基础课
主要教学内容
第一章 金属切削过程的基本概念 第二章 金属切削刀具材料及选用 第三章 金属切削变形过程分析 第四章 切削力与切削热 第五章 刀具磨损破损与刀具耐用度 第六章 刀具合理几何参数的选择
主要教学内容
第七章 切削用量的选择 第八章 车削及车刀设计 第九章 磨削及砂轮选择 第十章 钻削及孔加工刀具设计 第十一章 铣削及铣刀设计 第十二章 拉削及拉刀设计 第十三章 齿形加工及刀具简介
金属切削原理及刀具设计
(Principles of machining by cutting and design of cutter)
刀具的起源
牙齿、指甲 旧石器 新石器 陶器 青铜器 铁器
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近代
优质碳素钢 碳素工具钢 合金工具钢 硬质合金 陶瓷 金刚石、CNC
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刀具的作用
毛坯ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
机加工
60%以上为切削加工
地位暂无可替代
新材料、新技术、新工艺
重要领域
成品
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金属切削原理及刀具设计
(Principles of machining by cutting and design of cutter)
刀具基本概述
刀具的起源
刀具的作用
刀具的发展
金属切削原理及刀具设计
(Principles of machining by cutting and design of cutter)
2. Principles of machining by cutting,abrasion and erosion
3. 陈日嚁. 金属切削原理. 机械工业出版社. 第二版，2012， 02.
4. 乐兑谦. 金属切削刀具. 机械工业出版社.第二版， 2012， 02.
5. 周泽华. 金属切削原理. 上海科学技术出版社. 第二版，
刀具的发展
新材料
新理 论
新工 艺
新运 用
金属切削原理及刀具设计
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学习要求
活学活用
Bi-language
参考书目
1. handbook of high-speed machining technology