第一章金属切削过程中的基本规律
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1、第二节 金属切削过程中的基本规律 金属切削过程从工件表面切除多余金属，形成已加工表面的过程。这个过程也是切屑形成的过程。 切削过程中的物理现象伴随着切屑的形成，会产生切削变形、积屑瘤、表面硬化、切削力、切削热、刀具磨损等物理现象。 切屑形成过程在金属切削过程中，被切削金属层经受刀具的挤压作用，发生弹性变形、塑性变形、直至切离工件，形成切屑沿刀具前刀面排出。切削变形变形区的划分滑移线即等剪切应力曲线，图中OA、OM曲线等。cvcvcvcvcv流线被切金属的某一点在切削过程中流动的轨迹。基本概念：变形区示意图：切削变形变形区的划分 通常将切削过程分为3个变形区：（1）第一变形区（2）第二变形区（3
2、）第三变形区 即剪切滑移区。由OA曲线和OM曲线围成的区域I。 即刀-屑接触区II。切屑沿前刀面流出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处晶粒纤维化，其方向基本上和前刀面平行。 即刀-工件接触区III。已加工表面受到切削刃钝圆部分与后刀面的挤压和摩擦产生变形，造成晶粒纤维化和表面加工硬化。切削变形变形区的划分cvcvcvcvcv剪切滑移区I、刀-屑接触区II、刀-工件接触区III切削变形切屑形成过程 当切应力达到材料的屈服强度s 时，材料将沿着 与走刀方向成45的剪切面滑移，即产生塑性变形。 当切应力超过工件材料的强度极限时，切削层金属与工件基体分离，从而形成切屑沿前刀面流出。切削变形
3、切屑形成过程 实验证明，在一般切削速度下，第一变形区的宽度为0.020.2mm，因此可以用一个平面OM表示第一变形区，剪切面OM与切削速度方向的夹角称为剪切角 。 切削变形切屑形成过程 当切屑沿前刀面流出时，受到前刀面的挤压与摩擦，使得靠近前刀面的切屑底层金属再次产生剪切变形，晶粒再度伸长，沿着前刀面的方向纤维化，其变形程度比切屑上层严重几倍到几十倍。 切屑形成过程的本质被切削层金属在刀具切削刃和前刀面作用下，经受挤压而产生剪切滑移变形的过程。 由于工件材料性质和切削条件不同，切屑层变形程度也不同，因而产生的切屑形态多种多样，主要有4 种类型。 切削变形切屑形态 （a）带状切屑（b）挤裂切屑（
4、c）单元切屑（d）崩碎切屑切削变形程度的度量与计算 衡量切屑变形程度的指标：相对滑移、变形系数和剪切角 。 相对滑移 切削层的金属是通过在剪切面上产生滑移变形成为切屑的，因此可以用相对滑移（切应变）来近似衡量切削中的变形。相对滑移)cos(sincosoo增大前角o 和剪切角,则相对滑移减小，即切削变形减小。 切削层中mn线滑移至mn ，瞬时位移为y ，滑移量为s 。变形系数 将切削时形成的切屑与切削层尺寸比较，可知切屑的长度缩短而厚度增加。 变形系数就是切屑厚度和切削层厚度的比值，或者是切削层长度和切屑长度的比值。1DhDDDhLLhh剪切角 增大，前角o增大，则变形系数减小，切削变形减小。
5、 剪切角 剪切角越大，切削变形程度越小。 剪切角随前角o的增大而增大。前刀面上的摩擦与积屑瘤 刀-屑接触区分为粘结区和滑动区两部分。 在粘结区内的摩擦为内摩擦，该处所受的剪应力y等于材料的剪切屈服强度s 。 在滑动区内的摩擦为外摩擦，该处的剪应力y 由s 逐渐减小到零。 正应力 在刀刃处最大，离切削刃越远，前刀面上的正应力越小，并逐渐减小到零。 刀-屑接触面上的摩擦特性 刀-屑接触面上的摩擦特性 前刀面上的摩擦系数是变化的，其计算公式如下：avs 式中 s 工件材料的剪切屈服强度，随温度升高而略有下降 av前刀面上的平均正压力，随材料硬度、切削层厚度、切削速度、刀具前角的变化而变化。积屑瘤 积
6、屑瘤在用中等或较低的切削速度切削塑性较大的金属材料时，往往会在切削刃上粘附一个楔形硬块，其硬度约为工件的23倍，可以代替刀刃进行切削，这个硬块称为积屑瘤。积屑瘤 （1）积屑瘤的成因 （2）积屑瘤对切削过程的影响 保护刀具 积屑瘤代替切削刃和前刀面进行切削。 增大前角 积屑瘤具有30左右的前角。 增大切削厚度 切削厚度增大了hD。 增大已加工表面粗糙度 原因：积屑瘤不规则的形状和非周期性的生成与脱落、可能引起的振动、积屑瘤碎片残留在已加工表面上。 通常认为是切屑底层材料在前刀面上粘结并不断层积的结果。积屑瘤 （3）影响积屑瘤的主要因素 工件材料 塑性大的工件材料易生产积屑瘤。 切削速度 在中等速
7、度范围内最容易产生积屑瘤。 刀具前角 切削液 增大刀具前角0，或使用切削液，可以抑制积屑瘤的产生，或减小积屑瘤的高度。 （4）抑制积屑瘤产生或减小积屑瘤高度的方法 采用很低或很高的切削速度进行切削； 增大刀具前角； 使用切削液。影响切削变形的主要因素 主要因素有：工件材料、刀具前角、切削速度、切削厚度。 （1）工件材料 工件材料的强度（剪切屈服强度s )和硬度增大，切削变形减小。（2）刀具前角o 刀具前角越大，切削刃越锋利，前刀面对切削层的挤压作用越小，切削变形就越小。影响切削变形的主要因素 （3）切削速度c 在有积屑瘤的切削速度范围内（c 40m/min），切削速度通过积屑瘤来影响切削变形。
