工作项目二 金属切削加工中的主要现象及规律
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三、相关知识 (一) 切屑的形成
如图所示是在直角自由切削情况下的切屑形成过程。当切削层金属接
近始滑移面OA时，将产生弹性变形。进入OA以后，内部切应力达到材料的
屈服点，此时将产生塑性变形，即产生金属晶格的一部分与另一部分的相
对滑移。如图中质点P由点1向前移动的同时，将沿OA面滑移，其合成运动 使点1流动到点2。2~2′就是该滑移量。还有3~3′、4~4′等滑移量。
任务1 切削中的变形
(二) 金属切削过程中的变形 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。根据切削过程中整个切 削区域金属材料的变形特点，可 将刀具切削刃附近的切削层划分 为3个变形区，如图所示。
第一变形区是在切削刃前面的 切削层内的区域；第二变形区是 在切屑底层与前刀面的接触区域； 第三变形区发生在后刀面与工件 已加工表面接触的区域。但这3个 变形区并非绝然分开、互不相关， 而是相互关联、相互影响、相互 渗透。下面将分别介绍3个变形区 的变形特点。
【知识链接】 实验证明，第一变形区的厚度随着切削速 度增大而变薄。一般情况下，其厚度仅为0.02~0.2mm， 故可用一个平面来表示。
任务1 切削中的变形
2. 第二变形区 当切屑沿前刀面流出时，切屑在与前刀
面接触的区域，与前刀面挤压摩擦，进一 步产生剪切滑移，这就是第二变形区。在 第二变形区内，沿前刀面流出的切屑，其 底层受到刀具的挤压和接触面间强烈的摩 擦，继续进行剪切滑移变形，使切屑底层 的晶粒趋向与前刀面平行而成纤维状，其 接近前刀面部分的切屑流动速度降低。这 层流速较慢的金属层称为滞流层。
片之间发生相对滑移，滑移方向就是最大切应力的剪切面。
切屑形成过程
任务1 切削中的变形
在实用条件下，剪切区一般很窄，在0.02～0.2mm之间。 【知识链接】 由工程力学和金属材料学知识可以知道，塑性金 属材料在受压缩或拉伸时，随着外力增加，金属将相继产生弹 性变形、塑性变形，并使金属晶格产生滑移，最终断裂。
衡量切削变形程度大小的方法有多种，实用中较常用也较方便的是用变形
系数ζ来衡量变形程度大小。
任务1 切削中的变形 如图所示，切削层经过剪切
滑移变形变为切屑，其长度lc 比切削层长度l短，厚度hch比 切削层厚度hD厚，而宽度基本 相等(设为bD)。设金属材料在 变形前后体积不变，则
hDbDl hchbDlc
在高温和高压的作用下，变软的切屑底 层的滞流层会嵌入凹凸不平的前刀面的平 面中，形成全面积接触，阻力增大，滞流 层底层的流动速度趋于零，此时产生粘结 现象，这个区域称为粘结区(如图所示的 lf1)。
前刀面上的摩擦
任务1 切削中的变形
当切屑继续沿前刀面流动时，粘结区内的摩擦现象不是发生在切屑 底层与前刀面之间，而是发生在滞流层内部，滞流层内部金属材料的 剪切滑移(切应力大于或等于金属材料的屈服强度τs)代替了切屑底层与 前刀面之间的相对滑移，这种摩擦称为内摩擦。在粘结区以外的范围 内，如图所示的lf2，由于切削温度降低，切屑底层金属塑性变形减小， 切屑与前刀面接触面积减少，进入滑动区。该区域的摩擦称为滑动摩 擦，即外摩擦。
图 切削时的三个变形区
任务1 切削中的变形
1. 第一变形区
1) 变形特点
第一变形区是指在切削层内产生剪切滑移的塑性变形区，切削过程中的
塑性变形主要发生在这里，所以它是主要变形区。
由于此变形区一般是很窄的，因此在实际中常用一个剪切面OM 来代替。
如图所示的OM 剪切面。根据材料力学可知，剪切滑移产生在切应力最大
工作项目二 金属切削加工中的主要现象及规律
任务1 切削中的变形 任务2 切屑的种类及断屑 任务3 积屑瘤、加工硬化 任务4 切削力与切削热 任务5 刀具磨损与刀具耐用度
任务1 切削中的变形
一、任务引入 二、任务分析 三、相关知识
金属切削过程是指从工件表面切除多余金属形成已加工 表面的过程，即切屑的形成过程。伴随着切屑的形成，产 生切削变形、积屑瘤、表面硬化、切削力、切削热和刀具 磨损等现象。
任务1 切削中的变形
金属切削变形过程-紫铜应力也逐渐增大。在终滑
移面OM上，切应力和切应变达到最大值，滑移变形基本结束。如图(b)所 示是切屑形成的示意图。将金属材料的被切层看作一叠卡片，如1′、2′、 3′、4′、5′等，当刀具切入时，卡片被推移到1、2、3、4、5等位置，卡
金属的切削加工
任务1 切削中的变形
二、任务分析 金属切削加工过程是在刀具作用下进行的，因为刀具的作用，在刀具切
削刃附近必然存在变形和不同的变形区域。由于被切削材料的性能及刀具 几何参数的不同，造成了切屑变形的巨大差异，并且在切削加工中出现了 多种物理现象，例如形成各种切屑、产生积屑瘤和刀具磨损等。这些现象 的出现对切削加工必然产生相应的影响，例如降低表面质量和加剧刀具磨 损等。为了满足加工要求，必须对加工中的变形进行严格的控制，这就要 求我们了解切削加工的本质和现象，熟悉加工中的变形规律。
本任务将从加工现象出发，认识切削加工的本质和规律， 以帮助大家更合理地使用刀具和机床，保证切削加工质量， 减小能量消耗，提高生产效率。
任务1 切削中的变形
知识点
＊切削加工中的主要现象。
＊3个变形区。 技能点
＊熟悉3个变形区。
一、任务引入 如图所示，在切削加工
过程中，随着切削层在刀具 作用下变成切屑的同时将伴 随有各种现象。这些现象的 出现均源于加工过程中的变 形。那么，在切削加工过程 中，到底发生了怎样的变形？ 如何去衡量这些变形呢？
于是变形系数ζ为
l hch 1
lc hD
变形系数
任务1 切削中的变形
当工件材料相同而切削条件不同时，ζ值越大说明塑性 变形大；当切削条件相同而工件材料不同时，ζ值愈大说 明材料塑性大。
在应用中，切削层的长度l为已知，只要用细钢丝量出切 屑的长度lc，便可计算出变形系数。这个方法很简便，但 也很较粗略。 变形程度大小的衡量还可由相对滑移ε或剪切角φ大小来衡 量。
的平面OM 上，它和作用力F方向间的夹角为 。通 常把切削速度vc与剪
切面OM 间的夹角φ称为剪切角。
4
剪切角
任务1 切削中的变形
剪切角φ可按下式计算：
π 4
(
0
)
式中
φ——剪切角；
β——摩擦角，即切削合力F与前刀面垂直力FN之间的夹角； ro——前角。 2) 变形程度的衡量
金属切削过程中的许多物理现象都与切削过程中的变形程度大小直接有关。
如图所示是在直角自由切削情况下的切屑形成过程。当切削层金属接
近始滑移面OA时，将产生弹性变形。进入OA以后，内部切应力达到材料的
屈服点，此时将产生塑性变形，即产生金属晶格的一部分与另一部分的相
对滑移。如图中质点P由点1向前移动的同时，将沿OA面滑移，其合成运动 使点1流动到点2。2~2′就是该滑移量。还有3~3′、4~4′等滑移量。
任务1 切削中的变形
(二) 金属切削过程中的变形 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。根据切削过程中整个切 削区域金属材料的变形特点，可 将刀具切削刃附近的切削层划分 为3个变形区，如图所示。
第一变形区是在切削刃前面的 切削层内的区域；第二变形区是 在切屑底层与前刀面的接触区域； 第三变形区发生在后刀面与工件 已加工表面接触的区域。但这3个 变形区并非绝然分开、互不相关， 而是相互关联、相互影响、相互 渗透。下面将分别介绍3个变形区 的变形特点。
【知识链接】 实验证明，第一变形区的厚度随着切削速 度增大而变薄。一般情况下，其厚度仅为0.02~0.2mm， 故可用一个平面来表示。
任务1 切削中的变形
2. 第二变形区 当切屑沿前刀面流出时，切屑在与前刀
面接触的区域，与前刀面挤压摩擦，进一 步产生剪切滑移，这就是第二变形区。在 第二变形区内，沿前刀面流出的切屑，其 底层受到刀具的挤压和接触面间强烈的摩 擦，继续进行剪切滑移变形，使切屑底层 的晶粒趋向与前刀面平行而成纤维状，其 接近前刀面部分的切屑流动速度降低。这 层流速较慢的金属层称为滞流层。
片之间发生相对滑移，滑移方向就是最大切应力的剪切面。
切屑形成过程
任务1 切削中的变形
在实用条件下，剪切区一般很窄，在0.02～0.2mm之间。 【知识链接】 由工程力学和金属材料学知识可以知道，塑性金 属材料在受压缩或拉伸时，随着外力增加，金属将相继产生弹 性变形、塑性变形，并使金属晶格产生滑移，最终断裂。
衡量切削变形程度大小的方法有多种，实用中较常用也较方便的是用变形
系数ζ来衡量变形程度大小。
任务1 切削中的变形 如图所示，切削层经过剪切
滑移变形变为切屑，其长度lc 比切削层长度l短，厚度hch比 切削层厚度hD厚，而宽度基本 相等(设为bD)。设金属材料在 变形前后体积不变，则
hDbDl hchbDlc
在高温和高压的作用下，变软的切屑底 层的滞流层会嵌入凹凸不平的前刀面的平 面中，形成全面积接触，阻力增大，滞流 层底层的流动速度趋于零，此时产生粘结 现象，这个区域称为粘结区(如图所示的 lf1)。
前刀面上的摩擦
任务1 切削中的变形
当切屑继续沿前刀面流动时，粘结区内的摩擦现象不是发生在切屑 底层与前刀面之间，而是发生在滞流层内部，滞流层内部金属材料的 剪切滑移(切应力大于或等于金属材料的屈服强度τs)代替了切屑底层与 前刀面之间的相对滑移，这种摩擦称为内摩擦。在粘结区以外的范围 内，如图所示的lf2，由于切削温度降低，切屑底层金属塑性变形减小， 切屑与前刀面接触面积减少，进入滑动区。该区域的摩擦称为滑动摩 擦，即外摩擦。
图 切削时的三个变形区
任务1 切削中的变形
1. 第一变形区
1) 变形特点
第一变形区是指在切削层内产生剪切滑移的塑性变形区，切削过程中的
塑性变形主要发生在这里，所以它是主要变形区。
由于此变形区一般是很窄的，因此在实际中常用一个剪切面OM 来代替。
如图所示的OM 剪切面。根据材料力学可知，剪切滑移产生在切应力最大
工作项目二 金属切削加工中的主要现象及规律
任务1 切削中的变形 任务2 切屑的种类及断屑 任务3 积屑瘤、加工硬化 任务4 切削力与切削热 任务5 刀具磨损与刀具耐用度
任务1 切削中的变形
一、任务引入 二、任务分析 三、相关知识
金属切削过程是指从工件表面切除多余金属形成已加工 表面的过程，即切屑的形成过程。伴随着切屑的形成，产 生切削变形、积屑瘤、表面硬化、切削力、切削热和刀具 磨损等现象。
任务1 切削中的变形
金属切削变形过程-紫铜应力也逐渐增大。在终滑
移面OM上，切应力和切应变达到最大值，滑移变形基本结束。如图(b)所 示是切屑形成的示意图。将金属材料的被切层看作一叠卡片，如1′、2′、 3′、4′、5′等，当刀具切入时，卡片被推移到1、2、3、4、5等位置，卡
金属的切削加工
任务1 切削中的变形
二、任务分析 金属切削加工过程是在刀具作用下进行的，因为刀具的作用，在刀具切
削刃附近必然存在变形和不同的变形区域。由于被切削材料的性能及刀具 几何参数的不同，造成了切屑变形的巨大差异，并且在切削加工中出现了 多种物理现象，例如形成各种切屑、产生积屑瘤和刀具磨损等。这些现象 的出现对切削加工必然产生相应的影响，例如降低表面质量和加剧刀具磨 损等。为了满足加工要求，必须对加工中的变形进行严格的控制，这就要 求我们了解切削加工的本质和现象，熟悉加工中的变形规律。
本任务将从加工现象出发，认识切削加工的本质和规律， 以帮助大家更合理地使用刀具和机床，保证切削加工质量， 减小能量消耗，提高生产效率。
任务1 切削中的变形
知识点
＊切削加工中的主要现象。
＊3个变形区。 技能点
＊熟悉3个变形区。
一、任务引入 如图所示，在切削加工
过程中，随着切削层在刀具 作用下变成切屑的同时将伴 随有各种现象。这些现象的 出现均源于加工过程中的变 形。那么，在切削加工过程 中，到底发生了怎样的变形？ 如何去衡量这些变形呢？
于是变形系数ζ为
l hch 1
lc hD
变形系数
任务1 切削中的变形
当工件材料相同而切削条件不同时，ζ值越大说明塑性 变形大；当切削条件相同而工件材料不同时，ζ值愈大说 明材料塑性大。
在应用中，切削层的长度l为已知，只要用细钢丝量出切 屑的长度lc，便可计算出变形系数。这个方法很简便，但 也很较粗略。 变形程度大小的衡量还可由相对滑移ε或剪切角φ大小来衡 量。
的平面OM 上，它和作用力F方向间的夹角为 。通 常把切削速度vc与剪
切面OM 间的夹角φ称为剪切角。
4
剪切角
任务1 切削中的变形
剪切角φ可按下式计算：
π 4
(
0
)
式中
φ——剪切角；
β——摩擦角，即切削合力F与前刀面垂直力FN之间的夹角； ro——前角。 2) 变形程度的衡量
金属切削过程中的许多物理现象都与切削过程中的变形程度大小直接有关。