机械制造技术3

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1、第三章第三章第三章第三章第三章第三章 切削过程及控制切削过程及控制切削过程及控制切削过程及控制切削过程及控制切削过程及控制 在金属切削过程中，始终存在着刀具切在金属切削过程中，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、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。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研究、掌握并能灵活应用金属切削基本理论论, , 对有效控制切削过程、保证加工精度和表对有效控制切削

2、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。度等有重要的指导意义。第一节第一节 金属切削过程及切屑类型金属切削过程及切屑类型一、切屑的形成过程一、切屑的形成过程1切削变形的力学本质切削变形的力学本质 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）。2切屑形成过程模型切屑形成过程模型图31图图 挤压与切削的比较挤压与切削的比较图图31 切屑形成过程模型切屑形成过程模型二、三个变形区二、

3、三个变形区 根据实验时的切削层变形图片可绘制如图根据实验时的切削层变形图片可绘制如图3-2所示的所示的切削变形模型，切削变形模型，其变形大致可分为三个变形区。其变形大致可分为三个变形区。1. 第一变形区第一变形区 塑性变形从始滑移面塑性变形从始滑移面OA开始至终滑移面开始至终滑移面OM终了，终了，之间形成之间形成AOM塑性变形区，由于塑性变形的主要特点是塑性变形区，由于塑性变形的主要特点是晶格间的剪切滑移，所以晶格间的剪切滑移，所以AOM叫剪切区，也称为叫剪切区，也称为第一变第一变形区（形区（）。）。 图图32 金属切削过程中的滑移线和流线示意图金属切削过程中的滑移线和流线示意图 切屑沿刀具前

4、面排出时会进一步受到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刀面处的金属发生“纤维化纤维化”的二次变形。的二次变形。这部分区域称为这部分区域称为第二变形区（第二变形区（）。2. 第二变形区第二变形区 在已加工表面上与刀具后面挤压、摩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擦形成的变形区域称为第三变形区（第三变形区（）。 由于刀具刃口不可能绝对锋利由于刀具刃口不可能绝对锋利, 钝圆半钝圆半径的存在使切削层参数中公称切削厚度不径的存在使

5、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，从而影响已加进一步产生弹、塑性变形，从而影响已加工表面质量。工表面质量。3. 第三变形区第三变形区 实验表明，实验表明，切屑的形成过程是被切削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。切屑材料屈服强度时，产生塑性变形。切屑的变形和形成过程如的变形和形成过程如图

6、图图图图图3-33-33-3所示。所示。三、第一变形区内金属的剪切变形三、第一变形区内金属的剪切变形 图图33 第一变形区金属的滑移第一变形区金属的滑移在第一变形区中，切削变形的主要特征是切削层在第一变形区中，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。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。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。晶粒在到金属材料的晶粒，可假定为圆形颗粒。晶粒在到达始滑移线达始滑移线

7、OA之前，仅产生弹性变形，晶粒不呈方之前，仅产生弹性变形，晶粒不呈方向性，仍为圆形向性，仍为圆形（图图图图图图3-43-43-4） 。晶粒进入第一变形区后，因受剪应力作用产生滑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，两者之间成一夹角方向不重合，两者之间成一夹角（图图图图图图3-53-53-5）。）。切屑形成本质切屑形成本质图图34 晶粒滑移示意图晶粒滑移示意图 图图35 滑移与晶粒的伸长滑移与晶粒的伸长1.

8、 剪切角剪切角四、四、切削变形程度的表示方法切削变形程度的表示方法 剪切角 剪切面积变形程度切削力。 图36 剪切面剪切面 p与切削速度与切削速度(主运动主运动)方向之间的夹角称为方向之间的夹角称为剪切角，用剪切角，用表示表示 图36 角与剪切面面积的关系 图37 变形系数的求法切屑厚度hch与切削层的厚度hD之比称为厚度变形系数，用h 表示，h = ach/ac ；而切削层长度lc与切屑长度lch之比称为长度变形系数，用l表示，l=lc/lch 。根据体积不变原理, 则 a l。变形系数越大,切屑越厚越短,切削变形越大。2. 变形系数变形系数五前面上的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响五前面上的

9、挤压与摩擦及其对切屑变形的影响1. 作用在切屑上的力作用在切屑上的力 刀具与切屑之间的作用力分析如图3-8所示。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，是剪切角；是Fn与Fr之间的夹角，称为摩擦角；o是刀具前角。 图图38 作用在切屑上的力作用在切屑上的力 a) 切屑受到来自工件和刀具的作用力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切屑作为隔离体的受力分析 2. 前

10、刀面上的摩擦前刀面上的摩擦 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。 图图310 切屑和前面摩擦情况示意图切屑和前面摩擦情况示意图六、六、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响

11、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响 在中低速切削塑性金属材料时在中低速切削塑性金属材料时, 常在刀具前面刃口处粘常在刀具前面刃口处粘结一些工件材料结一些工件材料, 形成一块硬度很高的楔块，称之为形成一块硬度很高的楔块，称之为积屑瘤积屑瘤。 产生这种现象，是产生这种现象，是滞流层金属不断堆积的结果。滞流层金属不断堆积的结果。 积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化程度积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化程度有关，也与刀刃前区的温度和压力状况有关。有关，也与刀刃前区的温度和压力状况有关。 3）影响积屑瘤的因素）影响积屑瘤的因素2）积屑瘤的形成原因）积屑瘤的形成原因1）什么是积屑瘤）什么