金属切削原理 3第三章 金属切削的变形过程

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哈工大版金属切削原理与刀具课件第3章共23页

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• 在积屑瘤消失的速度范围内,实际工作前角不断 减小、变形系数不断上升至最大值,此时积屑瘤 完全消失。
Vc在3~20m/min范围内提高,积屑瘤高度随着增加,刀具实际前角增大, 使剪切角φ增大,故变形系数Λh减小。Vc=20m/min时,Λh值最小。
Vc在20~40m/min范围内提高,积屑瘤逐渐消失,刀具实际前角减小,使 φ减小,Λh增大。在无积屑瘤的切削速度范围,切削速度愈高,变形系数 愈小。
3.3.2切削变形系数
• 切削层经塑性变形后,厚度增加,长度缩小。 • 假设:宽度不变,体积不变。 • 厚度变形系数:切屑厚度hch/切削层厚度hD
h
hch hD
• 长度变形系数:切削层长度LD/切屑长度Lch
L
LD Lch
由体积相等可推出两变形系数相等


h

L
• 变形系数在一定条件下反映金属的平均挤压程度。
纤维化金属粘附在前刀面上,使其流动速度非常低,这种切屑底层流 动速度较其它部分缓慢的现象称为滞流现象,该金属层叫滞流层。刀 屑这种摩擦实质上是切屑底层内的剪切滑移。变形性质为塑性变形。 造成前刀面的磨损和积屑瘤的形成。
3.2.3第三变形区
• 在已加工表面上与刀具后面挤压、摩擦形成的变形区域称为第三变形 区(Ⅲ)。
3.3.3相对滑移与变形系数的关系
Ah
hch
OM
sin( 2
o )
cos(
o )
cos o
ctg
sin o
hD
OM sin
sin
ctg in o
1
Ah cos o
h
(3 3)
1.切削厚度压缩比 h并不等于相对滑移ε
2.当 h =1时,ε并不等于零;即切屑还是

金属切削原理与刀具设计课件3金属切削过程

金属切削原理与刀具设计课件3金属切削过程
相对滑移系数
cos 0 S y sin cos( 0 )
γ0
(3-3)
当γ0 = 0~30°,Λh ≥1.5时, Λh与ε相近 ε主要反映第Ⅰ变形区 的变形, Λh 还包含了第 Ⅱ变形区的影响。
M
φ
O
图3-9 相对滑移系数
3.4 切屑与前刀面的摩擦变形
特点
切屑类型
带状切屑
Real
挤裂切屑
Real
பைடு நூலகம்
节状切屑
Real
崩碎切屑
Real
图3-5 切屑形态照片
3.3 切屑类型与变形系数
切屑控制
为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量,应使切 屑卷曲和折断。 切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加 变形的结果(图3-6)
断屑是对已变形的切屑再附加一次变形(常需有断屑装置, 图3-7)
(3-5)
3.7 硬脆非金属材料切屑形成机理
脆性材料切削过程
◆ 大规模挤裂与小规模挤裂交替进行(图3-13)
a)
b)
c)
d)
e)
图3-12 硬脆材料切削过程
a)大规模挤裂(大块破碎切除) b)空切 c)小规模挤裂(小块破碎切除) d)小规模挤裂(次小块破碎切除) e)重复大规模挤裂(大块破碎切除)
局部剪切应力达到断 剪切应力完全达 到断裂强度 裂强度 加工塑性材料, 切削速度较低, 进给量较大, 刀具前角较小 切削过程欠平稳, 表面粗糙度欠佳 工件材料硬度较 高,韧性较低, 切削速度较低
影响
切削力波动较大, 切削力波动大,有 切削过程不平稳, 冲击,表面粗糙度 表面粗糙度不佳 恶劣,易崩刀
3.3 切屑类型与变形系数

金属切削过程的变形

金属切削过程的变形
11
课堂问题?
三个变形区如何划分及特点?
1.2.2 切削变形
二、切削变形 1.切屑形成过程:对塑性金属进行切削时,切屑 的形成过程就是切削层金属的变形过程。
•当工件受到刀具的挤压以后,切削层金属在始滑 移面OA以左发生弹性变形。 在OA面上,应力达到材料 的屈服强度,则发生 塑性变形,产生 滑移现象。
38
1.2.5 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
积屑瘤的形成原因
1)工件材料的塑性; 2)切削速度; 3)刀具前角; 4)冷却润滑条件。
39
1.2.5 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
(3)积屑瘤对切削过程的影响: a. 实际刀具前角增大 • 刀具前角γo指前刀面与基面之间的夹角。如图所 示,由于积屑瘤的粘附,刀具前角增大了一个γb 角度,如把切屑瘤看成是刀具一部分的话,无疑 实际刀具前角增大,现为γo + γb 。 • 刀具前角增大可减小切削力,对 切削过程有积极的作用。而且, 切削瘤的高度Hb 越大,实际刀 具前角也越大,切削更容易。
1.2.5 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
(1)积屑瘤的概念
在切削速度不高而又能形成连续切屑 的情况下,加工塑性材料时,常常在前刀面 处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。它的 硬度很高,通常是工件 材料的2—3倍,在处于 比较稳定的状态时,能 够代替刀刃进行切削。 这块冷焊在前刀面上的 金属称为积屑瘤或刀瘤。
此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。
10
1.2.1 概述
3. 第三变形区
在已加工表面上与刀具后面挤压、摩擦形成 的变形区域称为第三变形区(Ⅲ)。 由于刀具刃口不可能绝对锋利, 钝圆半径的 存在使切削层参数中公称切削厚度不可能完全切 除,会有很小一部分被挤压到已加工表面,与刀 具后刀面发生摩擦,并进一步产生弹、塑性变形, 从而影响已加工表面质量。 刃前区:三个变形区汇集在切削刃附近,此处的应 力集中而复杂,被切削层在此与工件本体材料分离

第三章金属切削过程及其变形规律

第三章金属切削过程及其变形规律

3.1.3 第二变形区的变形
1. 第二变形区内金属的挤压变形
Mm
刀具 b
Aa
3.1.3 第二变形区的变形
2. 前刀面上的摩擦
μ Ffγ τγ Af τγ Fnγ σγ Af σγ
1-单位切向力分布曲线 2-正应力分布曲线
lf-刀具-切屑接触区长度 lf1-粘结黏结区长度 lf2-滑动区长度
• (4) 采用预先热处理,适当提高工件材料硬度、降低 塑性,减小工件材料的加工硬化倾向。
3.1.4 变形程度的表示方法
1. 相对滑移
• 当平行四边形OHNM发生剪切变形
后,变为平行四边形OGPM,在切
削过程中,这个相对滑移,可以近
似地看成是发生在剪切面NH上。剪
切面NH被推移到PG的位置,故有
vc
金属切削原理与刀具
第三章 金属切削过程及其变形规律
目录
• 3.1 切屑的形成过程 • 3.2 切削力和切削功率 • 3.3 切削热和切削温度 • 3.4 刀具磨损和破损 • 3.5 已加工表面的形成 • 3.6 小 结
退出
第一节 切屑的形成过程
目录
• 3.1.1 切屑形成的力学模型和变形区的划分 • 3.1.2 第一变形区的变形及其简化 • 3.1.3 第二变形区的变形 • 3.1.4 变形程度的表示方法 • 3.1.5 切屑的类型与折断 • 3.1.6 切屑变形的变化规律
3.1.6 切屑变形的变化规律
2. 刀具 •刀具几何参数中影响变形系数最大的是前角
γo。实验结果表明: •(1) 刀具前角γo越大,变形系数越小。
6
5
4
h
3
γo=0°
γo=15°
2
γo=30°

金属切削过程基本规律

金属切削过程基本规律

6.光弹性、光塑性试验法
在实验观察金属切削过程的基础上,为了分析金属变 形区的应力情况,对切削刃前方的金属可进行弹性力学和 塑性力学的研究和实验。图3—5是一幅用偏光镜对切削过 程进行光弹试验的照片。图中的黑白条纹麦示在切削力作 用下工件材料内的等切应力曲线,在切削刃前方的正应力 是压应力,在它的后方则为拉应力,在这两组等切应力曲 线之间有一条分隔的中线(图中未标明)。塑性金属在切削 过程中,刃前区实际上产生塑性变形,并且是很大的塑性 变形,所以研究它的应力情况应该作光塑性试验。随着光 塑性理论的完善和新型光塑性材料的出现,已能用光塑性 法研究二维切削过程。浙扛大学已成功地以聚碳酸酯作工 件模型,获得模拟正交切削时以切应力差法求得的刃前区 应力分布的干涉条纹。
图3-2是一种弹簧式车削快速落刀装置。刀头 可绕小轴转动,在切削时它被半月形销轴 所固定。 要刀头脱离工件时,可扳动大齿轮,通过小齿轮 转动半月形销轴。当销轴脱开刀头末端时,刀头 即被弹簧快速掣回。这种装置在100m/min的切 削速度下可获得满意的结果。
4.在线瞬态体视摄影系统
图3—3a是用在线瞬志体视摄影系统所摄得 的实时流线照片,它只要在工件侧面刻若干细线, 用体视显徽镜、照相机和闪光源等即可组成(图 3—4)。从流线图即可求得剪切角和变形区厚度S, 如图3—3b所示。这个摄影系统的关键在于要选 择有足够光强度的闪光源和足够短的闪光时间, 以保证高速切削时图像清晰。
图3-1 金属切削层变形图像
2.高速摄影法
要观察高速切削情况下金属的变形过程,目 视就较困难,可用高速摄影机拍摄。常用的高速 摄影机每秒可拍几百幅到万幅以上。拍摄时要用 显微镜头或具有放大作用的长焦距镜头,并且要 有强的光源。
• 3.快速落刀法

电子课件-《金属切削原理与刀具(第五版)》-B01-3509 第三章

电子课件-《金属切削原理与刀具(第五版)》-B01-3509 第三章
例增大,使出屑角增大。出屑角的大小对切屑的卷曲和折 断后的屑形有很大影响。
第三章 切削加工的主要规律
出屑角对卷屑的影响
3)切削速度v
切削速度提高后,切削温度升高,在一般情况下, 切屑的塑性增大,不易折断。
第三章 切削加工的主要规律
(2)刀具角度 1)前角γo 前角γo 越大,排屑越顺利,切屑变形小,
第三章 切削加工的主要规律
二、积屑瘤对切削加工的影响
1.保护刀具 2.增大实际前角 3.影响加工精度和表面粗糙度
第三章 切削加工的主要规律
三、影响积屑瘤产生的因素
1.工件材料
切削脆性材料不会产生积屑瘤。塑性越好的材料越容易 产生积屑瘤。
2.切削用量
切削用量三要素中对积屑瘤的产生影响最大的是切削速 度v,其次是进给量f和背吃刀量ap。
不易断屑;反之,易断屑。 2)主偏角κr 在背吃刀量ap 和进给量f已选定的条件下,
主偏角κr越大,切削厚度ac越大,故切屑卷曲应力越大,越 易断屑。
3)刃倾角λs
①当λs为正值时,使切屑流向待加工表面或与后面相碰
形成“C”形切屑,也可能呈螺旋屑而甩断;
②当λs为负值时,切屑流向已加工表面或过渡表面,容
第三章 切削加工的主要规律
第一节 切削变形 第二节 切屑的类型与控制 第三节 积屑瘤 第四节 切削力与切削功率 第五节 切削热和切削温度 第六节 刀具磨损与刀具耐用度
第三章 切削加工的主要规律
第一节 切削变形 一、金属切削变形过程
金属切削变形的本质是金属材料在切应力作用下屈服 而沿剪切面发生滑移。
易碰断成“C”形或“6”形切屑。
第三章 切削加工的主要规律
(3)断屑槽开设情况 1)断屑槽的形状

金属切削第三章解析

金属切削第三章解析
• 在这过程中产生一系列现象,如形成切屑、切削 力、切削热与切削温度、刀具磨损等,它们产生 的根本原因时切削过程中的弹性变形和塑性变形
• 金属切削变形过程的研究是金属切削原理的基础 理论研究。是适应生产发展的需要,有助于保证 加工质量,提高生产率和降低成本。
研究切削变形的实验方法
侧面变形观察法 高速摄影法 快速落刀法 SEM观察法 光弹性、光塑性实验法 其它方法,如:X射线衍射等
第II变形区内金属的挤压变形
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。
第Ⅲ变形区:
➢刀工接触区。
➢已加工表面受到刀具刃口钝圆和后刀面挤压和摩 擦,晶粒进一步剪切滑移。
➢有时也呈纤维化,其方向平行已加工表面,也产 生加工硬化和回弹现象。
➢三个变形区汇集在切削刃附近,应力集中而又复 杂。三个变形区内的变形又相互影响。
• 通常加工塑性金属材料,切削厚度较小,切削速度 较高,刀具前角较大时得到。
• 切削力波动很小,切削过程平稳,已加工表面粗糙 度较小。
2、挤裂切屑
• 外侧面呈锯齿状,内侧面有时有裂纹 • 加工塑性金属材料,切削厚度较大,切削速
度较低,刀具前角较小时得到。加工硬化较 大,在局部剪应力超过破裂强度。
• 切削力波动较大,切削过程产生一定的振动, 已加工表面较粗糙。
摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的
主要原因。
➢ 第Ⅲ变形区:已加工面受到后刀面挤压与摩擦,产生变 形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要 原因。
切 削 变 形 金 相 显 微 照 片
第Ⅰ变形区:
➢从OA线(始滑移线)金属开始发生剪切变形,到 OM线(终滑移线)金属晶粒剪切滑移基本结束, AOM区域叫第一变形区。 ➢是切屑变形的基本区,其特征是晶粒的剪切滑移 ,伴随产生加工硬化。

金属切削原理与刀具教学课件

金属切削原理与刀具教学课件

刀具耐用度的三因素公式
T
CT vc f a p
1 m 1 m1 1 m2
K vc
注:考虑到切削条件与实验条件不同时应予以修正
切削用量对切削温度的影响
(1)切削速度对切削温度有显著的影响。实验证明,随 着切削速度的提高,切削温度将明显上升。 (2)进给量f对切削温度也有一定的影响。随着进给量
的增大,单位时间内的金属切除量增多,切削过程产
生的切削热也增多,使切削温度上升。但切削温度随 进给量增大而升高的幅度不如切削速度那样显著。
四、切削温度对切削变形的影响
对工件尺寸精度的影响:由于工件受热
膨胀,冷却后尺寸变小,切削时产生的
热直接影响加工精度。
对刀具材料的影响:对于硬质合金,适
当提高温度可提高韧性,提高刀具耐用
度。
3-4
刀具磨损与刀具耐用度
刀具在切削过程中将逐渐产生磨损。当刀具磨
损量达到一定程度时,可以明显地发现切削力 加大,切削温度上升,切屑颜色改变,甚至产 生振动。同时,工件尺寸可能会超出公差范围, 已加工表面质量也明显恶化。此时,必须对刀 具进行重磨或更换新刀。
第 一 变 形
刀具

第一变形区金属的滑移
第二变形区的摩擦特性
塑性金属切削层材料经第一变形区后验前面排 出。这是由于受前面的挤压和摩擦进一步加剧 变形,在靠近前面处形成第二变形区即摩擦区。 摩擦区的特征:使切屑底层靠近前面处纤维化, 流动速度减缓,甚至会停滞在前刀面上(实质 上就是滞留层);切屑弯曲,有摩擦而产生的 热量使切屑与刀具接触面温度升高等。 滞留层的特点:滞留层的变形程度要比上层剧 烈,约几倍到几十倍,厚度一般切削深度ap对切削温度的影响很小。因为切削深度
ap增大以后,切削区产生的热量虽然成正比例地增多, 但因改善了散热条件,所以切削温度的升高并不明显。

金属切削原理与刀具:第三章 金属切削过程的基本规律

金属切削原理与刀具:第三章  金属切削过程的基本规律
第三章 金属切削过程的基本规律
3.2 切削力和切削功率
3.2.1 切削力 1.切削力的产生
切削力是指切削时,刀具作用在工件上使工件材料 发生变形,并使多余材料变为切屑所需要的力。切削力 的来源有以下两个方面。 (1)变形抗力。 (2)摩擦阻力。
由变形抗力和摩擦阻力形成作用在刀具上的切削合 力F,切削合力也称为总切削力F,如图3.5所示。
第三章 金属切削过程的基本规律
到材料的屈服强度时,金属便沿AD方向产生滑移,随 着刀具切削的继续进行,切削层沿AD方向滑移并脱离 母体,成为切屑。
图3.1 金属的切削与挤压
第三章 金属切削过程的基本规律
2.3个变形区的分析 通常把切削层分为3个变形区,如图3.2所示。
(1)第Ⅰ变形区。当刀具与工件接触,其前面推挤切削 层,工件先产生弹性变形,随着切削的进行,挤压作用加 强,其应力和应变增大,当达到屈服强度时,被切削的金 属层开始沿着切应力最大的方向滑移,产生塑性变形。此 后,当材料继续受挤压,则不断发生滑移,当达到OM线 时,剪切应力达到材料的断裂强度,挤裂而成为切屑。 (2)第Ⅱ变形区。材料经过第Ⅰ变形区后,切离工件基 体,形成切屑流出,其靠近前面的切屑底层仍受到刀具的 挤压和接触面之间强烈的摩擦作用,继续进行剪切滑移变
在切削塑性金属时,因刀屑之间强烈的摩擦,产生很 高的压力和温度,前面在不断磨损使得切屑底层和前面形 成新鲜的表面,切屑底层便被冷焊在前面上,在后续切屑 的推动下,切屑底层便与上层发生剪切滑移破坏分离开,
第三章 金属切削过程的基本规律
与切屑脱离的切屑底层金属冷焊并滞留在前面上,在前面 上形成了第一层积屑瘤。后续切屑从其上流过,在原有的 切削条件下又发生新的冷焊,并堆积在第一层积屑瘤上。 如此逐层在前刀面上堆积和长大,最后长成积屑瘤。 变化规律:积屑瘤的产生、成长、脱落过程是在短时期内 进行的,并在切削过程中不断地周期出现。 2.积屑瘤对切削过程的影响 (1)保护刀具。如图3.3所示。 (2)增大刀具前角。 (3)增大切削厚度。 (4)增大已加工表面粗糙度。

第三节金属切削过程

第三节金属切削过程
1. 总切削力的来源
其一是来自于金属 切削过程中克服被加工 材料的弹、塑性变形抵 抗所需要的力。
其二是克服切屑 与刀具前刀面,工件 表面与刀具后刀面之 间的摩擦阻力所需要 的力。
这两方面的合力就是总切削力F
切削力的来源
2.切削力的分解
切削力Fc
切削力Fc是总切削力在 主运动方向的分力,因此它 垂直于基面。它是切削过程 中消耗功率最大的一个切削 分力。是计算切削功率、确 定机床动力、校核刀具、夹 具以及机床主运动系统中零 件的强度、刚度的主要依据。
26
切削热的产生与传出
切削热传出
工件 切屑 刀具 周围介质
当产生的热量于传出的热量平衡时,切削区的平 均温度即为切削温度
27
切削温度分布
➢ 切削温度--------切削区的平均温度即为切削温度
切削区温度分布规律
1)剪切区内,沿剪切面方 向上各点温度几乎相同,而 在垂直于剪切面方向上的温 度有变化。
(4)影响刀具寿命。
积屑瘤前角和伸出量
一般积屑瘤对切削加工过程的影响是不利
的,在精加工时应尽可能避免积屑瘤的产生, 但在粗加工时,有时可充分利用积屑瘤。
抑制或消除积屑瘤的措施
➢ 控制切削温度是抑制积屑瘤的有效方法之一,
即采用低速或高速切削。
➢ 采用高润滑性的切削液,提高刀具的刃磨质量,
使摩擦和粘结减少;
刀具总使用寿命=刀具使用寿命×刃磨次数
46
刀具使用寿命是表征刀具材料切削性 能优劣的综合性指标。
在相同切削条件下,使用寿命越高, 表明刀具材料的耐磨性越好。在比较 不同的工件材料切削加工性时,刀具 使用寿命也是一个重要的指标,刀具 使用寿命越高,表明工件材料的切削 加工性越好。

金属切削过程与其变形规律

金属切削过程与其变形规律

5
1
Λh
b
3.1.6 切屑变形的变化规律
工件材料的强度和硬度增大,变形 系数减小。这是由于工件材料的强度和 硬度增大,使前刀面上的法向应力σav 增大,摩擦系数μ减小,摩擦系数μ减 小,摩擦角β减小,剪切角φ增大,所 以变形系数减小。 表3-1 不同材料的摩擦系数μ
工件材料 σb/M HBS Pa hD/mm
s
3.1.3 第二变形区的变形
3. 积屑瘤 • 切削钢、球墨铸铁、和铝合金等塑 性金属时,在切削速度不高,而又 能形成带状切屑的情况下,常常有 一些从切屑和工件上来的金属冷焊 (黏结)并层积在前刀面上,形成硬 度很高的楔块,它能够代替刀面和 切削刃进行切削,这个楔块称为积 屑瘤。积屑瘤的硬度可达工件材料 硬度的2~3.5倍。 积屑瘤
AD Fr sin cos( o )
dFr 0 ,可求出Fr为最小值时 求微商,并令 d φ之值。
π o 4 2 2
3.1.2 第一变形区的变形及其简化
2) 李和谢弗(Lee and Shaffer)公式
• 也称为切削第一定律,是根据主应力方向与最 大切应力方向之间的夹角为45°的原理来计算 剪切角。
3.1.1 切屑形成的力学模型和变形区的划分
3. 变形区的划分
Ⅰ A
M
Ⅱ Ⅲ
O
3.1.2 第一变形区的变形及其简化
1. 第一变形区内金属的剪切变形 B''
B' B A (a) (b)
A' (c)
A''
ψ
hch 刀具 M
A
hD
3.1.2 第一变形区的变形及其简化
2. 剪切角的计算
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25
二、剪切角φ与前刀面摩擦角β的关系
剪切角Φ可衡量切屑变形程度,如果能建立 φ=(γ0,β)的理论公式,对预测切屑变形程度和切削 力的大小有重要的实际意义。 最大主应力方向与最大剪应力方向夹角为π/4。
φ + β −γ0 = φ= π π
4
4 4 ω为合力与切削速度方向的夹角,称作用角
− (β − γ 0 ) =
金属切削原理与刀具
Principle of Metal Cutting and Cutting Tools
第三章 金属切削的变形过程
主讲:张东民
1
第三章 金属切削的变形过程
3.1 研究金属切削变形过程的意义和方法 3.2 金属切削层的变形 3.3 前面上的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响 3.4 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响 3.5 影响切屑变形的主要因素 3.6 切屑的类型 3.7 3-14 作用在切屑上的力
a) 切屑受到来自工件和刀具的作用力 b) 切屑作为隔离体的受力分析
刀具与切屑之间的作用力分析如图3-14所示。 在直角自由切削的前提下,作用在切屑上的力有:前面对其作用的 法向力Fn和摩擦力Ff,剪切面上的剪切力Fs和法向力Fns,两对力的 合力分别为Fr 和 Fr′。 假设这两个合力相互平衡(严格地讲,这两个合力不共 线,有一个使切屑弯曲的力矩),Fr称为切屑形成力, φ是剪切角;β是Fn与Fr之间的夹角,称为摩擦角; 24 γo是刀具前角。
π
−ω
1.前角γ0 ↑,Φ ↑,变形减小。在保证切削刃强度前提 下,增大刀具前角利于改善切削过程。 2.摩擦角β↑,Φ↓ ,变形增大↑ 。提高刀具刃磨质量 ,施加切削液以减少前刀面上的摩擦对切削有利。
26
三、前刀面上的摩擦
前刀面摩擦系数 μ=
τs σav
图3-16
切屑和前面摩擦情况示意图
切屑离开粘结区后进入滑动区。在该区域内刀屑 间的摩擦仅为外摩擦。 刀屑接触面间有二个摩擦区域:粘结(内摩擦)区和 滑动(外摩擦)区。 金属的内摩擦力要比外摩擦力大得多,因此,应 27 着重考虑内摩擦。
34
第三章 金属切削的变形过程
3.5 影响切屑变形的主要因素
1、工件材料对切削变形的影响 材料强度越高,塑性越小,则变形系数越小,切削变形减小 。
图3-23 工件材料强度对变形系数的影响
35
2、刀具前角对切削变形的影响 刀具前角愈大,切削变形愈小(图3-24)。
图 前角对变形系数的影响
36
3、切削速度对切削变形的影响
11
变形区的划分
第一变形区
(剪切滑移) 刀具
第二变形区
(前刀面挤压摩 擦)
形区 变
后刀面摩擦区
第三变形区12
三、 第一变形区内金属的剪切变形
剪切面OM
图3-7 第一变形区金属的滑移
13
切屑形成本质
在第一变形区中,切削变形的主要特征是切削层 金属沿滑移面的剪切变形,并伴有加工硬化现象。 切削层金属沿滑移面的剪切变形,从金属晶体结 构的角度来看,就是沿晶格中晶面所进行的滑移。 金属材料的晶粒,可假定为圆形颗粒。晶粒在到 达始滑移线OA之前,仅产生弹性变形,晶粒不呈方 向性,仍为圆形(图3-8 a) 。 晶粒进入第一变形区后,因受剪应力作用产生滑 移,致使晶粒变为椭圆形。椭圆的长轴方向就是晶 粒伸长的方向或金属纤维化的方向,它与剪切面的 方向不重合,两者之间成一夹角Ψ(图3-9)。 14
9
二、变形区的划分
OA线:始滑移线(受剪开
始)
OM线:终滑移线(受剪结
束)
发生变形的主要区域 随着切削速度的增加而变薄,一般 厚度0.02-0.2mm,用平面表示
流线被切削金属某点在 切削过程中流动的轨迹
10
第一变形区(I):工件材料在刀具前刀面挤压作用下 , 从图中 OA 线开始发生塑性变形到 OM 线晶格的剪切滑移基 本完成为止。因此这一区域是切削过程中的主要变形区,又 称剪切区。 第二变形区(Ⅱ): 切屑沿前刀面滑移排出时紧贴前刀面 的底层金属进一步受前刀面的挤压阻滞和摩擦,再次剪切滑 移变形而纤维化。因其变形主要是摩擦引起的,故这一区域 又称摩擦变形区。 第三变形区(Ⅲ):已加工表面受到切削刃纯圆部分与后 刀面的挤压、摩擦和回弹 ,造成纤维化和加工硬化。第三变 形区直接影响已加工表面的质量和刀具的磨损。 三个变形区汇集在切削刃附近,该处应力比较集中而且复 杂,被切金属在此与材料本体分离形成切屑和已加工表面。 切削刃对于切屑和已加工表面的形成,起着很重要的作用。
在粘结区,切屑的底层与前面呈现冷焊状态,切屑与 前面之间不是一般的外摩擦,这时切屑底层的流速要比 上层缓慢得多,从而在切屑底部形成一个滞流层 。 所谓“内摩擦”就是指滞流层与上层流屑层内部之间的 摩擦,这种内摩擦也就是金属内部的剪切滑移。其摩擦 力的大小与材料的流动应力特性及粘结面积的大小有
四、影响前刀面摩擦系数的因素
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积屑瘤的产生原因
前刀面和切 屑底面的挤 切屑底 压和摩擦 层产生 滞留层
积屑瘤产生动画
f内>f外 滞留层与切屑分 离,粘结在前刀 面。“冷焊”、“内 摩擦” 逐层滞 留粘结 冲击 振动 加工硬化 不断破 形成楔块 裂,脱落 再生
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图3-21 积屑瘤高度与切削速度关系示意图
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4、积屑瘤对切削过程的影响
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切屑变形参数的讨论
ξ 2 - 2ξ sinγ 0 + 1 ε= ξ cosγ 0
ε
ξ>=1.5: ξ大, ε也大,比较接近 实际情况 ξ<1.5,特别 ξ≈1,或者前角 为负时,不能用ξ 来表示变形程度 切削变形的参数计 算都是近似的,有 相当的局限性
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第三章 金属切削的变形过程
3.3 前面上的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响 一、作用在切屑上的力 二、剪切角φ与前刀面摩擦角β的关系 三、前刀面上的摩擦 四、影响前刀面摩擦系数的主要因素
测定前刀面摩擦系数μ
τ ⋅ Ac Fs = τ ⋅ As = sin φ
Fs Fr = cos(φ + β − γ 0 ) Fz = Fr cos ( β − γ 0 ) Fy = Fr sin ( β − γ 0 ) Fy Fz = tg ( β − γ 0 )
μ = tgβ
μ前刀面摩擦系数
图3-15 直角自由切削时力 与角度的关系
研究金属切削变形过程的实验方法
1、侧面变形观察法 2、高速摄影法 3、快速落刀法 4、在线瞬态体视摄影系统 5、扫描电镜显微观察法 6、光弹法、光塑性试验法
4
5
第三章 金属切削的变形过程
3.2 金属切削层的变形 一、切断作用与切削作用 二、变形区的划分 三、第一变形区内金属的剪切变形 四、变形程度的表示方法
实际前角增大,起积极作用 增大切削厚度,可能引起震动
图3-22 积屑瘤前角和伸出量
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使加工表面粗糙度增大,精加工时需设法避免 或减小积屑瘤;
工件表面的积屑瘤 对刀具寿命的影响,稳定时,可减少刀具磨损, 提高刀具耐用度。不稳定时,使刀具磨损加剧。
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5、抑制或消除积屑瘤的措施
1) 降低切削速度,使温度较低,使粘结现象不易发生 。以切削45钢为例,低速vc<3m/min; 2) 采用高速切削,使切削温度高于积屑瘤消失的相应 温度。以切削45钢为例,较高速度vc≥60m/min; 3) 采用高润滑性的切削液,使摩擦和粘结减少; 4) 增加刀具前角,以减小刀屑接触区压力; 5) 适当提高工件材料的硬度,以减少加工硬化倾向。
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2. 相对滑移 ε
定义:单位厚度的金属产生的滑移量。切削过程 中金属变形主要形式是剪切滑移,剪应变即相对 滑移ε与φ之间关系:
Δs NP NK + KP = = ε= Δy MK MK cosγ 0 ε= sinφ cos(φ − γ 0 )
四边形OHNM--OGPM
式中φ是剪切角 ε与φ和γ0有关 ε↑,变形↑
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一、 切断作用与切削作用 1. 切断作用
楔角大,刀具强度高 楔角较大情况
工件塑性变形较大 工件尺寸精度很低 工件表面十分粗糙 工件表面加工硬化严重
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2. 切断向切削过渡
工件塑性变形减小 工件尺寸精度低 工件表面粗糙 工件表面加工硬化 严重
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3. 切削加工
形成后角 后刀面所对的工件塑 性变形大大减小 工件尺寸精度高 工件表面平整
4、切削厚度(进给量)对切削变形的影响 切削厚度↑,前刀面上的摩擦系数↓,使β与ω↓ ,剪切角↑ φ= π/4-(γo- β)。切削厚度(进给量) ↑,变形系数ξ↓。

切削厚度与变形系数的关系
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图 刀尖圆弧半径对变形系数的影响
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第三章 金属切削的变形过程
3.6 切屑的类型
a) 、b)、C)可转化, 切屑颜色判断
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3. 变形系数ξ
切屑厚度ach与切削层的 厚度ac之比称为厚度变 形系数,用ξa 表示, ξa = ach/ac 切削层长度lc与切屑长 度lch之比称为长度变形 系数,用ξl表示, ξl=lc/lch 根据体积不变原理, 则 ξa =ξl =ξ 变形系数ξ↑,切屑越厚 越短,切削变形↑ 。
c
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2. 挤裂切屑
变形系数ξ大于1
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变形系数ξ与相对滑移ε之间关系:
cos(φ - γ 0 ) ξ= sinφ
ξ 2 - 2ξ sinγ 0 + 1 ε= ξ cosγ 0
剪切角φ、相对滑移ε和变形系数ξ是通常表示 切削变形程度的三种方法。 剪切角φ比较麻烦,一般要获得切屑根部图片, 才能量出;变形系数ξ则比较直观,容易测量。
图3-26 切削速度对变形系数的影响
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切削速度对切削变形的影响(图3-26) 切削速度是通过积屑瘤的生长消失过程影响切削变 形大小。 在积屑瘤增长的速度范围内, 因积屑瘤导致实际工 作前角增加、剪切角φ增大、变形系数减小。 在积屑瘤消失的速度范围内,实际工作前角不断减 小、变形系数ξ不断上升至最大值,此时积屑瘤完全 消失。 在无积屑瘤的切削速度范围,切削速度愈高,变形 系数愈小。 切削铸铁等脆性金属时,一般不产生积屑瘤。随着 切削速度增大,变形系数逐渐地减小。 38
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