切削过程

3.3 切屑变形的表达方法
切削层塑变形态
厚度增加 长度缩小
变形系数 1 厚度变形系数
宽度基本不变
hch Λ h hD
2 长度变形系数
L
LD Lch
Lch LD
切屑与切削层尺寸
3.5 前刀面上的摩擦与积屑瘤现象
一 前刀面上的摩擦
1 分布：lf1段 lf1段 2 特征 接触界面处压强大
s
t
切削速度
切削塑性金属 对切削变形影响较复杂 切削脆性材料 一般不形成积屑瘤 切削速度增大 切削变形相应减小 切削厚度 切削厚度是通过摩擦系数影响切削变形 厚度增加 前刀面法向力增大 摩擦系数减小 切削变形减小
3.7 切屑类型及其控制
一 类型 产生条件：切削塑性材料 高速hD 小、大前角 1 带 状 形状：切屑呈带状 底面光滑 背面呈毛茸状 切屑很薄 形成原因：前角大 hD小 切削速度高 切削层未充分变形 只塑性滑移无断裂 特 点 过程变形小 切削力小且稳定 已加工表面粗糙度低 对生产安全有危害
平均1.9～2.9GPa
摩擦力不符合库仑摩擦定律
smax
t ts
O
剪应力t
X
A
B
紧密型接触区摩擦力占85%以上 lf1段内两接触面间分子亲合力非常大 切屑底面的新鲜表面 →未形成氧化膜、油膜 前刀面上lf1段内油膜不断被切屑破坏 3 现象 粘接 冷焊 积屑瘤
lf1
lf2
二 前刀面上的积屑瘤现象 1 特点：前刀面上生成一个非常坚硬的金属堆积物 硬度比基体高2～3倍
二 切屑控制 1 切屑流出方向 流屑角：切屑流速υch方向与正交平面夹角 自由切削
直角切削时 流屑角ηch = 0
切屑沿切削刃垂直方向流出 斜角自由切削时 流屑角ψλ =λs 非自由切削
υch 垂直于AB
AB：主 副刃上参与切削的终点连线 ηC ：AB与主切削刃间夹角
2 流向控制 刃倾角λs ：+ λs 流向待加工表面 主偏角κr = 900 偏向已加工表面 前角：-γo 易流向加工工件一侧 3 类型控制 前角γo 增大：节状向带状过渡 进给量 f 增大：带状向节状过渡 切削速度uc高 易产生带状
3.1 切屑的形成过程
1 切削过程 刀具 磨损 破损 加工表面
工件 切削
切 屑
2 金属挤压与金属切削时工件受力分析
金属挤压 金属偏挤压 金属切削
切屑形成过程的力学模型
F
剪切滑移线 剪切滑移线 材料受压 F 较小 塑性变形 弹性变形
撤 去 F
恢复原状
被压扁 (塑性材料)
断 裂 (脆性材料)
切屑形成、类型及切削影响因素
积屑瘤以一定频率反复生长、脱落 2 产生条件：切削塑性材料 切削区温度、压力、界面状况符合材料在刀面冷焊和内部相对流动条件
3 影响
优点：积屑瘤稳定堆积前刀面上 代替刀刃切削 延长刀具寿命 积屑瘤加大实际工作前角 使变形减小、切削易进行 缺点：积屑瘤不规则 影响加工精度、表面粗糙度 积屑瘤频繁脱落加速刀具磨损 并产生振动 结论：要 人为控制 积屑瘤生成 粗加工使积屑瘤稳定存在 精加工抑制积屑瘤产生
3.2 切削过程中的三个变形区
1 晶粒变形：OA以左区域 →弹性变形
2 滑移：OAM区域 →塑性变形 3 挤裂：OM线上 →挤裂破坏 4 切离：OM以右区域 →切离成切屑 切屑 M
终滑移线
A Φ剪切角 刀具
始滑移线τ=τs
O
第一变形区 OA~OM间区域 切削力和切削热的主要来源 主要特征：剪切面的滑移变形 第二变形区 切屑底层与前刀面之间摩擦变形区 影响切屑变形和积屑瘤生成 第三变形区 已加工表面与刀具后刀面间挤压、摩擦变形区域 造成 工件表面的纤维化与加工硬化 影响工件表面的残余应力及后刀面磨损
4 积屑瘤控制 影响因素：工件材料切削用量刀具角度切削液等 控制措施 避免中温 中速加工塑性材料 增大前角可减小积屑瘤高度 减小切削变形 降低切削温度
采用润滑性能优良的切削液
积屑瘤Hb
ⅰ
ⅱ
ⅲ
切削速度uc
ⅳ
3.6 影响切削变形的因素
工件材料 强度 硬度越大 则摩擦系数越小 变形系数减小
刀具角度 前角大 切削刃锋利 切削变形就越小
形状：切屑沿挤裂面完全断开成单元状
形成原因：整个剪切面剪应力超过材料的破坏强度
特 点 切削力波动大 振动明显
已加工表面非常粗糙 有振纹
4 崩碎切屑 产生条件：切削脆性材料→铸铁 黄铜
形状：切屑呈不规则的碎块状 形成原因：塑性差 抗拉强度低
受前刀面推挤时几乎无塑性变形便脆断成碎块 特 点
切削力较小 但波动幅度大 易产生振动 加工表面粗糙度高
4 断屑措施 断屑槽类型 折线型 直线圆弧型 碳钢 合金钢 不锈钢 工具钢 全圆弧型 塑性高的金属材料和重型刀具 槽形斜角 外倾式：作成-λS 切屑易折小段 并流向加工表面 断屑范围广
槽形斜角 平行式：作成λS = 00 短盘螺旋切屑状碰到切削表面折断 内斜式：作成+λS 切屑流向刀具后刀面而折断 用于小ap 半精加工 精加工及孔加工 主要参数 槽宽 LBn 应使切屑流出时碰到断屑台 f 大、切屑不易卷曲 LBn 相应增大 槽深 hbn（rBn） f 大 LBn 应相应减小
2 挤裂切屑 产生条件：切削塑性材料hD 较大中速切削前角较小 形状：宏观上自然连接、外表面呈锯齿形 →如竹节状 形成原因：切削层经过充分变形全过程 最后被挤裂 特 点 切屑冷硬度高 脆且易断 便于处理 变形较大 切削力波动较大 易产生振动 已加工表面粗糙度较高
Hale Waihona Puke Baidu
3 单元切屑
产生条件：切削塑性较差材料、V很低、hD很大、前角很小