切削过程基本规律及应用

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1、第二章金属切削过程的基本规律及其应用本章提要2.1金属切削过程的基本规律2.2金属切削过程基本规律的应用本章提要本章主要介绍了金属切削过程四个方面的基本规律及其生产上五个方面的应用。在切削过程中，产生了切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损与耐用度变化等各种现象，严重影响了生产的进行。针对上述现象，本章分析了产生诸现象的原因及对切削过程的影响，并在此基础上总结出切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损与耐用度变化四大规律。应用这些规律，很好地解决了生产上出现的各种问题，如改善工件材料的切削加工性，

2、合理选择切削液，合理选择刀具几何参数与切削用量等，并对促进机械加工技术的发展起着很重要的作用。2.1.1切削变形2.1金属切削过程的基本规律2.1.2切削力2.1.3切削热与切削温度2.1.4刀具磨损与刀具耐用度2.1.1切削变形金属切削过程与金属受压缩（拉伸）过程比较：(a)压缩（b）切削塑性金属受压缩时，随着外力的增加，金属先后产生弹性变形、塑性变形，并使金属晶格产生滑移，而后断裂以直角自由切削为例，如果忽略了摩擦、温度、和应变速度的影响，金属切削过程如同压缩过程，切削层受刀具挤压后也产生塑性变形。图2

3、.1金属的压缩与切削图2.1金属的压缩与切削通常把切削刃作用部分的金属层划分为三个变型区，如图2.1（c）所示：第Ⅰ变形区近切削刃处切削层内产生的塑性变形区；第Ⅱ变形区与前刀面接触的切屑层内产生的变形区；第Ⅲ变形区近切削刃处已加工表层内产生的变形区。（c）三个变形区2.1.1切削变形2.1.1.5切削变形的变化规律2.1.1.1切屑的形成及变形特点2.1.1.2切屑的类型2.1.1.3变形程度的量度方法2.1.1.4前刀面的挤压摩擦与积屑瘤(1)第一变形区金属的剪切滑移变形切削层受刀具的作用，经过第一变形区

4、的塑性变形后形成了切屑，下面以直角自由切削为例，分析较典型的连续切屑的形成过程。（a）质点滑移过程图2.2切屑形成过程2.1.1.1切屑的形成及变形特点(2)第二变形区内金属的挤压摩擦变形经过第一变形区后，形成的切屑要沿前刀面方向排出，还必须克服刀具前刀面对切屑挤压而产生的摩擦力。切屑在受前刀面挤压摩擦过程中进一步发生变形（第二变形区的变形）这个变形主要集中在与前刀面摩擦的切屑底面一薄层金属里，表现为该处晶粒纤维化的方向和前刀面平行。(3)第三变形区内金属的挤压摩擦变形已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的

5、挤压摩擦，造成纤维化与加工硬化。（1）带状切屑：外形呈带状。由于工件材料不同，切削条件不同，切削过程的变形也不同，所形成的切屑多种多样。通常将切屑分为四类：2.1.1.2切屑的类型（2）挤裂切屑：切屑上与前刀面接触的一面较光洁，其背面局部开裂成节状。(3)单元切屑切屑沿厚度断裂成均匀的颗粒状。（4）崩碎切屑切削层几乎不经过塑性变形就产生脆性崩裂，得到的切屑呈不规则的细粒状。切屑的类型是由材料的应力—应变特性和塑性变形程度决定的。(1)相对滑移ε相对滑移ε是用来量度第Ⅰ变形区滑移变形的程度。如图2.4，设切削

6、层中A’B’线沿剪切面滑移至A”B”时的距离为△y，事实上△y很小，故可认为滑移是在剪切面上进行，其滑移量为△S。相对滑移ε表示为：2.1.1.3变形程度的量度方法图2.4相对滑移(2.1)变形系数是衡量变形的另一个参数，用它来表示切屑的外形尺寸变化大小。如图2.5所示，切屑经过剪切变形、又受到前刀面摩擦后，与切削层比较，它的长度缩短lchhD(宽度不变)，这种切屑外形尺寸变化的变形现象称为切屑的收缩。变形系数Λh表示切屑收缩的程度，即：(2.2)式中lc、hD—切削层长度和厚度；

7、lch、hch－切屑长度和厚度。图2.5切屑的收缩（2）变形系数Λh由图2.5可知剪切角φ变化对切屑收缩的影响，φ增大剪切面AB减短，切屑厚度hD减小，故且Λh变小，它们之间的关系如下：公式(2.1)、(2.3)表明，剪切角φ与前角γ0变化是影响切削变形的两个主要因素。因此，切削时塑性变形是很大的。如果增大前角γ0和剪切角φ，使ε、Λh减小，则切削变形减小。ε与Λh只能近似地表示切削变形等程度。(2.3)2.1.1.4前刀面的挤压摩擦与积屑瘤(1)作用力分析如图2.6所示，以切屑作为研究对象，设刀具作用的正

8、压力Fn与摩擦力Ff组成的合力Fr与剪切面上反作用力共线，并处于平衡。将合力F’r分解成二组分力：在运动方向的水平分力Fz、垂直分力Fy；在剪切面上的剪切力Fs、法向力Fns。分力Fz、Fy可利用测力仪测得。由于剪切力Fs的作用，使切削层在剪切面上产生剪切变形。图2.6切屑上受力分析正压力Fn摩擦力Ff合力Fr剪切力Fs法向力Fns合力F’rFs按下列公式计算：剪切面上产生的剪应力τ应为：上两式中β——摩擦角；A