切削与磨削原理课件

（3-2）
γo
➢ 当γo = 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
P
M
N
φ
G
OH
图3-7 相对滑移系数
10
3.1.3 前刀面上刀－屑摩擦与积屑瘤
特点
在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生粘结，切屑与前 刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦
➢ 偏挤压：金属材料一部分受挤压，
B
O
（a）正挤压
45° M A F
BO
OB线以下金属由于母体阻碍，不能沿 AB线滑移，而只能沿OM线滑移
（b）偏挤压
➢ 切削：与偏挤压情况类似。弹性变
M
形→剪切应力增大，达到屈服点→产 生塑性变形，沿 OM 线滑移→剪切应
O F
力与滑移量继续增大，达到断裂强度
（c）切削
积屑瘤
刀具
图3-10 积屑瘤
12
3.1.4 影响切削变形的因素
工件材料
6
工件材料强度和硬 Λh
00
度越大，刀－屑接触 5
10
长度越小，变形系数
h 也越小
15 4
3
20
20Cr
9Cr60
4CrWSi
2
T8-1 30 40 2Cr13
35Cr3MoNii
50
18CrNi3 T8
T12
1Cr18Ni9Ti
图3-1 直角、斜角（Oblique，Bevel）自由切削与不自由切削
3
3.1.1 切屑的形成过程
挤压与切削（Extrusion & Cutting） 45° M A
➢ 切屑的形成与切离过程，是切削层
F
受到刀具前刀面的挤压而产生以滑移 为主的塑性变形过程
➢ 正挤压：金属材料受挤压时，最大 剪应力方向与作用力方向约成45°
Λh
hc h hD
Baidu Nhomakorabea
（3-3）
➢ 长度变形系数（Chip Length Compression Ratio）
ΛL
lc lch
（3-3a）
lch lc
图3-8 切屑与切削层尺寸
9
3.1.2 切屑变形程度的表示方法
相对滑移系数（剪应变——Shear Strain）
Δs
cos o
Δ y sin cos( o )
➢ 产生积屑瘤速度范围，
vc通过积屑瘤的前角（工
作前角oe）影响变形系数
1 0
Λh ，出现“驼峰曲线”
γo = 0° γo = 15°
γo = 30°
20 40 60 80 100 120 140 Vc /（m/min）
图3-12 o －h 关系曲线
14
3.1.4 影响切削变形的因素
Λh
➢ 驼峰曲线：vc－Λh
1 300 400 500 600 700 800 900
图3-11 b－h关系曲线
35CrNi3
b/MPa
13
3.1.4 影响切削变形的因素
刀具几何参数
6
刀具前角影响最大，o Λh
增大，剪切角 变大， 5
变形系数 h 减小
切削用量
4
➢ 无积屑瘤速度范围，切 3
削速度vc越高，变形系数
Λh越小
2
2.4
➢ f－Λh关系曲线
2.0
➢ ap影响不大
ap=2 mm ap=4 mm
1.6 0 40 80 120 160 200 240 280
第3章 切削与磨削原理
本章要点
理解切屑的形成过程、切屑变形程度表示方法及3个变形区， 了解影响切削变形的因素及切屑类型（3.1） 理解切削力的产生、分解与经验公式，了解影响切削力的主 要因素（3.2） 理解切削热的产生、传出，了解切削温度分布及主要影响因 素（3.3） 了解刀具磨损形式与磨损原因，理解刀具寿命概念及影响刀 具寿命的主要因素（3.4） 掌握切削用量的选择方法，了解切削用量的优化（3.5） 了解磨削机理与磨削特点（3.6） 了解高速切削技术特点与进展（3.7）
两个摩擦区
➢ 粘结区：高温高压使切屑底层 软化，粘嵌在前刀面高低不平的
凹坑中，形成粘结区 lfi 。切屑的 粘结层与上层金属之间产生相对
滑移，其间的摩擦属于内摩擦
➢ 滑动区：切屑在脱离前刀面之
前，与前刀面只在一些突出点接 触，切屑与前刀面之间的摩擦属
lfi
lfo
于外摩擦
补图3-3 切屑与前刀面的摩擦
1
机械制造技术基础
第3章 切削与磨削原理
Theory of Cutting and Grinding
3.1 切削过程
Process of Cutting
2
3.1.1 切屑的形成过程
直角切削（Orthogonal Cutting）
没有副刃参加切削，且 λs = 0°
（a）直角切削
（b）斜角切削
（c）不自由切削
11
3.1.3 前刀面上刀－屑摩擦与积屑瘤
积屑瘤（Built-in Edge，Filing lump）
积屑瘤成因
➢ 一定温度、压力作用下，切屑底层与前刀面发生粘结 ➢ 粘结金属严重塑性变形，产生加工硬化
积屑瘤形成过程
滞留－粘结－长大
切屑
积屑瘤影响
➢ 增大前角，保护 刀刃 ➢ 影响加工精度和 表面粗糙度
τ
AC E F
τ σn
补图3-2 已加工表面变形
8
3.1.2 切屑变形程度的表示方法
变形系数（Chip Compression Ratio ）
切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本保持 不变。可用其表示切削层的变形程度（图3-8）
➢ 厚度变形系数（Chip Thickness Compression Ratio）
三个变形区（Deformation Zone）分析
➢ 第Ⅰ变形区（剪切变形区） 金属剪切滑移，成为切屑。
金属切削过程的塑性变形主要 集中于此区域
➢ 第Ⅱ变形区 靠近前刀面处切屑排出时受
前刀面挤压与摩擦，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
Ⅱ Ⅰ
Ⅲ
图3-6 切削部位三个变形区
➢ 第Ⅲ变形区 已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变形。此变形区变
→切屑与母体脱离
图3-3 金属挤压与切削 4
3.1.1 切屑的形成过程
金属切削变形过程
M
切屑
终滑移线
A
始滑移线：τ=τs
φ 剪切角（Shear Plane Angle）
刀具
O
图3-4 切屑根部金相照片
5
3.1.1 切屑的形成过程
刀具
摄像头 计算机
工件
补图3-1 切削变形实验设备与录像装置
6
3.1.1 切屑的形成过程
形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因
7
3.1.1 切屑的形成过程
已加工面变形
变形情况
A点以上部分沿前刀面流出，形成切屑；A点以下部分受挤 压和摩擦留在加工表面上，并有弹性恢复
应力分布
➢ A点前方正应力最大， 剪应力为 0
hD ΔhD Δh
➢ A点两侧正应力逐渐减 小，剪应力逐渐增大， 继而减小