机械制造技术 教学课件 作者 朱亚声 第3章 金属切削中的物理现象及基本规律.ppt

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1、第3章金属切削中的物理现象及基本规律金属切削过程中的物理现象及其影响3.1金属切削基本规律的应用3.23.1金属切削过程中的物理现象及其影响3.1.1切削变形1．形成切屑（1）切屑形成的过程第1阶段是弹性变形阶段。第2阶段为塑性变形阶段。第3阶段为挤裂阶段。第4阶段为切离阶段。图3.l切屑形成的四个阶段切屑的形成过程，主要是在图3.2所示的I变形区内进行滑移。图3.2三个变形区（2）切屑的种类①带状切屑②节状切屑2．刀瘤（1）刀瘤的生成图3.3切屑的种类（2）刀瘤的利弊刀瘤的硬度很高，约为工件材料硬度的

2、3倍左右。因此它可以代替刀刃进行切削。刀瘤产生时，增大了前角，使切削工作轻快省力，这对粗加工有些好处。但刀瘤在切削时，经常被切屑带走，其高度不断变化，切削厚度就有变化，使切削过程产生振动。刀瘤有时还会嵌入或粘附在已加工表面上，使已加工表面的粗糙度下降，如图3.4（b）所示。图3.4刀瘤（3）避免刀瘤产生的措施①采用高速或低速切削。②增大刀具的前角、研磨刀具的前刀面、使用切削液，都可以减小切削变形和摩擦，避免产生刀瘤。3.1.2切削力1．切削力的来源（1）金属的变形抗力。（2）切屑、工件与刀具的摩擦阻力。

3、如图3.5中所示的F和F'。图3.5切削力的来源2．切削力的分解变形抗力与摩擦阻力的合力P是一个空间力，如图3.6所示。图3.6切削力的分解①PZ——主切削力。②PX——走刀抗力。③PY——吃刀抗力。3．影响切削力的主要因素图3.7主偏角对PX、PY的影响4．切削力的估算计算切削力的方法很多，现推荐粗略估算车削力的公式如下。车钢料时PZ≈2t·s（千牛）≈200t·s（公斤力）车铸铁时PZ≈1t·s（千牛）≈100t·s（公斤力）3.1.3切削热和切削温度1．切削热切削热主要来源于3个热源，如图3.8所

4、示。①金属切削过程中的弹性变形和塑性变形消耗的功，转化成的热。②切屑底层与前刀面之间由于摩擦而产生的热。③刀具后刀面与工件之间的摩擦所产生的热。图3.8切削热来源切削热由切屑、工件、刀具和周围介质（如空气、切削液等）传出。当不加切削液用中等切削速度车削钢材时，切屑传出的热量占50%～86%，工件传出的热量占10%～40%，刀具传出的热量占3%～9%，介质传出的热量占1%。2．切削温度（1）切削时，尽量使用切削液。（2）适当增大前角，可以减少切削热，降低切削温度。（3）实验证明，切削速度降低一倍，切削温度

5、降低30%左右；走刀量降低一倍，切削温度降低15%左右；而吃刀深度降低一倍时，切削温度只降低7%～8%。如果要降低切削温度，首先要降低切削速度。（4）适当减小主偏角，可增加刀刃的散热长度和刀尖处的散热面积，也能降低切削温度。3.1.4刀具磨损和耐用度1．刀具磨损（1）刀具磨损的原因①机械摩擦②热效应（2）刀具的磨损部位①后刀面磨损②前刀面磨损③前、后刀面磨损图3.9刀具的磨损部位（3）刀具的磨损限度为了既准确又方便地控制换刀时刻，可按一定的要求，在车刀的后刀面上规定出一个最大的磨损高度h后（见图3.9（

6、a））。当刀具后刀面磨损到h后时，就应该重磨或换刀了，h后就称为磨损限度。2．刀具耐用度刀具耐用度就是根据刀具的磨损限度而规定的两次磨刀之间的切削时间。它的单位是min。3.2金属切削基本规律的应用3.2.1工件材料切削加工性的改善1．加工表面的冷作硬化经过切削加工的表面，它的硬度提高而塑性降低的现象，叫做加工硬化。硬化层的深度为0.07～0.5mm，硬度为材料原来硬度的1.2～2倍。2．加工表面的残余应力表面层产生残余应力有下列几方面的原因。（1）切削加工中表面材料受切削力而引起塑性变形，造成冷硬增加

7、、比容增加、体积膨胀。（2）沿切削方向的切削力使被加工表面金属产生拉伸作用，刀具后面与金属表面的摩擦力增强了上述作用，使已加工的表面层带有纤维的方向性。（3）切削时在切削区域产生很高温度，使金属的塑性大大增加。（4）对淬火钢进行加工时，特别是进行磨削时，切削热将使表面层金属产生相应的组织转变，引起金属体积的变化，因而引起残余应力。3.2.2刀具材料的合理选用1．刀具材料应具备的性能（1）高的硬度和耐磨性（2）足够的强度和韧性（3）高的耐热性（4）好的抗粘附性2．刀具材料的种类（1）高速钢（2）硬质合金（

8、3）非金属材料①陶瓷②人造金刚石③立方氮化硼3．刀体材料刀体起支承刀具切削部分工作的作用和传力的作用。因此要求它有足够的强度、刚性和硬度。3.2.3刀具的几何参数及其对切削性能的影响1．刀具的组成（1）前刀面（Ar）（2）主后刀面（Aa）（3）副后刀面（Aa'）（4）主切削刃（5）副切削刃（6）刀尖（7）过渡刃1—刀柄；2—前刀面；3—副切削刃；4—副后刀面；5—刀尖；6—后刀面；7—主切削刃图3.11刀具各部分名称2．辅助平面（1）基面图