金属切削过程详解

对切削过程的影响:
切削过程比较平稳; 塑性变形均匀; 切削力波动小; 已加工表面粗糙度较小。
缺点：切屑不易处理
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节状切屑(挤裂切屑) 特征:切屑外表面呈锯齿形, 内表面有裂纹 形成条件:比形成带状切屑的切削速度略低、
切削厚度较大,工件材料塑性较差的情况下 产生。
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粒状切屑(单元切屑) 特征:梯形状粒状切屑
切屑层内靠近切削刃和 前刀面的局部金属未经 明显的塑性变形就在张应 力状态下脆断, 形成不规则的碎块状切屑,
工件加工表面由凹凸不平的小坑组成。
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由于工件材料不同, 切削条件不同, 切削过程中的变形程度也就不同, 因而 所产生的切屑种类也就多种多样
归纳起来, 可分为以下四种类型 带状切屑、 节粒状切屑(单元切屑/挤裂切屑) 粒状切屑(单元切屑) 崩碎切屑。
通过对切削过程的研究，掌握切削过程的基 本规律， （1）对影响切削过程的各种因数加以有效的控 制，保证加工精度和表面质量，提高切削加工效 率，降低生产成本和劳动强度 （2）寻找切削加工中存在的问题及解决途径
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第一节 切屑形成过程概述
金属切削过程的实质：
通过实验研究表明，切削过程的实质是： 金属材料在刀具的挤压下产生剪切滑移变形
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二、相对滑移
切削过程中金属变形的主要形式既然是剪切滑 移, 那么, 采用"相对滑移"这一指标来衡量变 形程度, 应该说是比较合理的。
金属切削过程理论的建立：
建立在实验的基础上。 最能说明问题的两个实验：
（1）侧面方格变形观察法 （2）用快速落刀法获得切屑根部。
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通过对这两个实验的观察和分析， 切削过程中的切削变形大致可分为 三个区域： 1、第一变形区 2、第二变形区 3、第三变形区（插图）
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1.第一变形区：
部位：从OA面开始到OM面结束的AOM区域内。
当切屑形成时, 如果整个剪切面上剪应力超过了 材料的破裂强度, 则整个单元被切离, 成为梯形状 粒状切屑 形成条件: 比形成带状切屑的切削速度更低、 切削厚度更大,工件材料 塑性更差的情况下产生。
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崩碎切屑:不规则碎块状切屑, 工件加工表面凹凸不平 形成条件:切削脆性金属,
切削脆性金属时,由于 材料的塑性很小、抗拉 强度较低, 刀具切入后,
削速度Vc方向之间的夹角称剪切角，用φ来表示。
特点：第一变形区的变形量最大，占总变形量的85%以上， 故也称为基本变形区。
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2.第二变形区：
部位：切屑与刀具前刀面接触的极薄一层金属内。
原因：第一变形区产生的切屑存在弹性变形，在排
出时切屑给刀具的前刀面产生一个正压力，且切 削时存在高温，在刀/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纤维化， 其方向基本上和前刀面相平行。 根据变形的特征，这部分也叫做前刀面挤压、摩擦 变形区
其中：OA面称为始滑移面；OM称为终滑移面
注:OA面、OM面实际上是许多等应力曲面中的两个。
变形过程：
在OA面的前方晶粒首先发生弹性变形，在OA面处晶 粒沿OA方向开始发生剪切滑移，到OM面处晶粒的剪 切滑移基本完成。故这部分区域也称为剪切滑移变形区。
注:由于始滑移面OA与终滑移面OM之间的距离很小(约 0.02～0.2mm)，故可用剪切面OM表示。剪切面与切
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切屑的控制
1.磨制断屑槽 2.适当调整条件切削 3.热处理
4.改变工件材料的成份
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(增加)
4 变形系数和相对滑移
切屑变形的测量 在金属切削加工中, 刀具切下的切屑厚度hch通
常都要大于工件上切削层的厚度hD 而切屑长度lch 却小于切削层长度(lD)。
ξl=lc/lch ξa=hch/hD
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第三变形区也常称为后刀面的挤压、回弹， 摩擦变形区 当后角αo小，刀刃钝时，后刀面与已加工 表面接触长度大，晶粒纤维有时会拉断，产 生微观裂纹。 当第三变形区大时，则工件的冷硬程度大
∴第三变形区对已加工表面质量有直接影 响
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归纳
1.第一变形区内:剪切滑移变形 2.第二变形区内:挤压与摩擦变形 3.第三变形区内:挤压与摩擦变形
*、第二变形区的大小，对第一变形区有影响用
第二变形区大剪切角φ小,切削变形大
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4.第三变形区：
（1）部位：已加工表面上极薄的一层金属层 （2）原因:刀刃有钝圆,在这个圆上，有一点o：
o点上面的金属，进入第一变形区形成切屑； o点下面的金属，被刀刃压入工件表面基体形成已加工 表面。该层金属 与刀具后刀面接触、 产生弹性、塑性变形。 塑性变形使 晶粒纤维化。
在这个过程中，工件材料在刀具的作用下发生弹性、塑
性变形，从而产生一系列物理现象，如： （1）产生切削变形形成切屑。存在卷屑与断屑等问题。 （2）产生切削力。存在工艺系统变形等问题。 （3）产生切削热并使切削区域温度升高，存在加工精度
和表面质量等问题 （4）刀具的磨损及其他现象。
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研究金属切削过程的目的：
第三章 金属切削过程物理现象 1 研究金属切削过程研的意义和方法 2金属切削过程概述 3切屑的种类 4变形系数和相对滑移 5积屑瘤的形成及其对切削过程的影响 6各种因素对切屑变形的影响
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研究金属切削过程意义和方法
一、研究金属切削过程意义
在金属切削过程中，预留在工件表面上的金属层在 刀具作用下转变成切屑，从刀具前刀面上流出， 在工件上形成已加工表面。
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工件上切削层变成切屑后宽度的变化很小, 根据体积 不变原理, 显然
ξa=ξl=ξ 变形系数ξ一般大于1
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1、变形系数ξ直观地反映了切屑变形程度 2、变形系数ξ比较容易测量:
lc是与切屑长度lch对应的切削层长度; lch可用保险丝量出。 ξ值越大, 表示切屑越厚，长度越短, 标志着切 屑变形越大。 这个方法很简便, 但也很粗略。表示切削变形 有其局限性
这三变形区汇集在切削刃附近, 应力 比较集中而且复杂, 金属的被切削层就在 此分离, 一部分变成切屑, 一部分留在已 加工表面上。
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3 切屑的种类
工件材料、切削条件不同, 切削过程中的变形程度 也就不同, 产生的切屑也不同。
带状切屑 ：内表面是光滑的, 外表面是毛茸呈带状;
形成条件: 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,容易得到这类切屑。