【学习课件】第三章-第二章金属切削基本理论

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图3－3
第一变形区金属的滑移 ppt课件
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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3-4） 。
➢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3-5）。
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图3－4 晶粒滑移示意图
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图3－5
滑移与晶粒的伸长
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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关。
➢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，应着重考虑
内摩擦。
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图3－13 积屑瘤前角和伸出量
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5）抑制或消除积屑瘤的措施
➢ 采用低速或高速切削，由于切削速度是通过切削温度
影响积屑瘤的，以切削45钢为例，在低速vc＜3m/min 和较高速度vc≥60m/min范围内，摩擦系数都较小，故 不易形成积屑瘤；
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图3－2 金属切削过程中的滑移线和流线示意图
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2. 第二变形区
切屑沿刀具前面排出时会进一步受到 前刀面的阻碍，在刀具和切屑界面之间存 在强烈的挤压和摩擦，使切屑底部靠近前 刀面处的金属发生“纤维化”的二次变形。 这部分区域称为第二变形区（Ⅱ）。
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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）。
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二、三个变形区
根据实验时的切削层变形图片可绘制如图3-2所示的 切削变形模型，其变形大致可分为三个变形区。
1. 第一变形区
塑性变形从始滑移面OA开始至终滑移面OM终了， 之间形成AOM塑性变形区，由于塑性变形的主要特点是 晶格间的剪切滑移，所以AOM叫剪切区，也称为第一变 形区（Ⅰ）。
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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。
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三、第一变形区内金属的剪切变形
实验表明，切屑的形成过程是被切削 层金属受到刀具前面的挤压作用，迫使 其产生弹性变形，当剪切应力达到金属 材料屈服强度时，产生塑性变形。切屑 的变形和形成过程如图3-3所示。
图3－10 切屑和前面摩擦情况示意图
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六、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
1）什么是积屑瘤
在中低速切削塑性金属材料时, 常在刀具前面刃口处粘 结一些工件材料, 形成一块硬度很高的楔块，称之为积屑瘤。
2）积屑瘤的形成原因
产生这种现象，是滞流层金属不断堆积的结果。
3）影响积屑瘤的因素
积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化程度
•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；γo是刀具前角。
而切削层长度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。 ➢变形系数越大,切屑越厚越短,切削变形越大。
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五．前面上的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响
1. 作用在切屑上的力
•刀具与切屑之间的作用力分析如图3-8所示。
有关，也与刀刃前区的温度和ppt课压件力状况有关。
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图3－12
积屑瘤高度与切削速度关系示意图 ppt课件
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4）积屑瘤对起削过程的影响
❖实际前角增大（图3-13）； ❖增大切削厚度（图3-13） ； ❖使加工表面粗糙度增大； ❖对刀具寿命的影响。
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。
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第一节 金属切削过程及切屑类型
一、切屑的形成过程
1．切削变形的力学本质 2．切屑形成过程模型
切削金属形成切屑的 过程是一个类似于金属材 料受挤压作用，产生塑性 变形进而产生剪切滑移的 变形过程 （图）。
图3－1
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图 挤压与切削的比较
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图3－1 切屑pp形t课件成过程模型
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图3－8 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
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2. 前刀面上的摩擦
➢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
四、切削变形程度的表示方法
1. 剪切角φ
剪切角φ ↑ →剪切面 积↓→变形程度↓→切削力↓。 图3－6
剪切面 pφ与切削速度(主运动)方向之间的夹角称为 剪切角，用φ表示
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图3－6 φ角与剪切面面积的关系 图3－7 变形系数ξ的求法
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2. 变形系数ξ
➢切屑厚度hch与切削层的厚度hD之比称为厚度变形系数， ➢用ξh 表示，ξh = ach/ac ；
第三章 切削过程及控制
在金属切削过程中，始终存在着刀具切
削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，从而产 生一系列物理现象，如切削变形、切削力、 切削热与切削温度以及有关刀具的磨损与刀 具寿命、卷屑与断屑等。
研究、掌握并能灵活应用金属切削基本理 论, 对有效控制切削过程、保证加工精度和表 面质量，提高切削效率、降低生产成本，合理 改进、设计刀具几何参数，减轻工人的劳动强 度等有重要的指导意义。