哈工大版金属切削原理与刀具课件第3章.ppt

第三章 金属切削过程 3.1切屑的形成过程 塑性金属受挤压，?随外力F的增加，金属内部应力增加，先产生弹性变形继而产生塑性变形，使金属的晶格沿晶面发生滑移，最后产生破裂。 3.2切削过程中的三个变形区 3.2.1第一变形区 :塑性变形区,因为晶粒的位错滑移而形成。 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)。 剪切角φ : 剪切面和切削速度方向的夹角。Ф值小，反映剪切变形的程度大 3.2.2第Ⅱ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，其方向基本上和前面相平行。这部分区域称为第二变形区（Ⅱ）。 3.2.3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）。 是第一变形区的塑性变形扩展到切削层的下方金属，在后刀面的法向力和摩擦力的作用下，使工件继续产生径向的塑性变形和弹性变形。该变形区的变形及应力状态对已加工表面的质量影响最大。会造成已加工面塑性变形、晶粒纤维化、加工硬化和残余应力。 引起变形的主要因素： ⑴刀刃都有钝圆半径，被切金属与基体的分离点在该圆弧段上是随机的。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。 ⑵刀具由于磨损，在后刀面上会产生一无后角的磨损平面。 ⑶由于工件材料的弹性恢复，使已加工表面与后刀面接触变长。 纵上所述，金属切削过程的本质就是：被切削金属层在刀具的作用下，经受挤压而产生的剪切滑移变形的过程。 3.3切屑变形的表示方法 切削过程中，切削层金属变形主要表现在剪切面上的剪切滑移，其次表现在切屑的收缩、卷曲和加工过程中的硬化。变形程度的度量方法一般用切削厚度压缩比和相对滑移ε表示。 3.3.1相对滑移 （纯剪切） 3.3.2切削变形系数 切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小。 假设：宽度不变，体积不变。 厚度变形系数：切屑厚度hch/切削层厚度hD 长度变形系数：切削层长度LD/切屑长度Lch 由体积相等可推出两变形系数相等 变形系数在一定条件下反映金属的平均挤压程度。 3.3.3相对滑移与变形系数的关系 3.4剪切角 佐列夫经验公式： Φ＋ ω ≈40°－ 50°＝C Φ≈C－ ω ω ＝β-γ0 Φ≈C－β＋γ0 作用角ω ：Frγ与Vc间夹角 前刀面摩擦角β： Frγ与Fnγ间 夹角 3.5前刀面上的摩擦与积屑瘤 3.5.1前刀面上的摩擦与积屑瘤 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。 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。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 。内摩擦就是指滞流层与上层流屑层内部之间的摩擦，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。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。 Ffγ：前刀面上的摩擦力 Fnγ：前刀面上的法向力 Af ：粘结面积 Lf1： 切削温度升高， τ s略有下降；工件材料强度和硬度越高，或切削厚度越大、刀具前角越小，刀屑间正压力σav越大，摩擦系数越小。 3.5.2积屑瘤 在一定的切削速度范围内切削钢、铝合金、铜合金等塑性材料时，常有一部分被切工件材料堆积于刀具刃口附近的前刀面上。这层堆积物大体成三角形，质地十分坚硬，其硬度可为工具材料的2倍~3倍，处于稳定状态时可代替刀尖进行切削。该堆积物称为积屑瘤，俗称刀瘤。 反复生长和脱落，脱落后粘附在已加工表面上。顶部凹凸不平，使加工表面粗糙度增加。 3.6影响切屑变形的因素 切屑变形的程度主要决定于：工件材料、刀具几何参数、切削用量。 3.6.1工件材料 工件材料的机械性能不同，切屑变形也不同。材料的强度、硬度增高，正压力Fn增大，平均正应力σav增大，因此，摩擦系数μ下降，剪切角φ增大，切屑变形减小。所以，切削强度、硬度高的材料，不易产生变形。要达到一定变形量，应施较大作用力和消耗较多的功率。而切削塑性较高的材料，则变形较大。 3