金属切削过程

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1、制造工程基础第二章金属切削过程1金属切削的变形过程1）切削过程的本质金属的切削过程实质上是工件材料的切削层在刀具的刀刃和前刀面作用下受到挤压，沿剪切面产生剪切滑移变形，而转变为切屑，同时形成已加工表面的过程。剪切滑移变形挤压刀刃、前刀面工件切削层切屑已加工表面切削过程中产生的切削力，切削热直接影响着刀具的磨损和已加工表面质量，所以只有深入研究切削过程才能从根本上理解切削变形机理、切屑和加工表面的形成，了解切削力、切削温度的变化规律，及其对刀具磨损和加工质量的影响；有助于理解加工过程的优化措施，达到提高加工效率，降低成本，提高产品质量。2）切削中的三个变形区在图2-7

2、中，工件上划出一些正交网格，假设刀具不动，工件从左向右运动，到达A—O线后开始发生变形，方格扭曲，切削层金属大部沿前刀面向上运动成为切屑，通过O—M线后变形大部分完成。在沿前刀面继续运动中，接触前刀面的一部分与前刀面剧烈摩擦，继续变形，切削层下边缘金属由刀刃O点下方流过，成为新切出的工件表层。一般称AOM区为第一变形区，切屑底部与前刀面摩擦而继续变形的区域称为第二变形区，从刀刃下面流过留在工件表面的变形区称为第三变形区。制造工程基础第一变形区实际宽度只有0.02~0.2mm，可用一平面近似代替，称为剪切面(图2-8)，其与切削速度夹角称剪切角f。3）第一变形区变形程

3、度的表示（1）变形系数（p37）这一参数是利用切削层变形前后形状的差异来表示变形程度，切削层受到挤压成为切屑后变得又厚又短，变形前后厚度比值称为厚度变形系数：（2－1）hD为切削厚度（图1-28）hch为切屑厚度（图2-8）变形前后的长度比值为长度变形系数：（2－2）lc为切削层长度（沿切削速度方向）lch切屑长度而切削宽度bD基本不变，同时因为体积不可压缩，所以：（2－3）（2）剪应变（相对滑移）e（p37）二平行表面间的剪应变等于滑移前后的位移量与二平行表面距离之比。（2－5）（3）剪切角f由图2-8可见，剪切角变小，切屑变厚，变形系数增大。所以剪切角可以直观判

4、断切屑变形程度。制造工程基础2前刀面的摩擦与变形本节主要讲第二变形区的变形，这一区域内的塑性变形程度大于第一变形区，第二变形区变形=第一变形区变形+前刀面摩擦产生变形。1）前刀面的摩擦（1）外摩擦物体之间的摩擦一般是外摩擦。两摩擦表面之间是峰点接触（图2-21）：即物体表面只是微观凸峰接触，实际接触面积Ar远小于名义接触面积Aa。峰点处的变形正应力总和与压力平衡：（2-12）峰点处的变形剪应力ts总和等于摩擦力Fg：对于给定材料，ts、ss是常数，摩擦系数m为常数，即符合古典摩擦定律。（2）内摩擦由式2-12见，ArµFgn，当Fgn持续增大直到Ar=Aa时，接触表

5、面由峰点接触变为紧密型接触（图2-22），由于接触面积不再增大，ts等于材料屈服极限，基本不变，所以正压力增大时摩擦力不再增大，即正压力增大时摩擦系数减小（2-15），古典摩擦定律不再适用。存在内摩擦现象是前刀面摩擦第一大特点。（3）前刀面内、外摩擦分布接近切削刃的部位为内摩擦区，又称为粘结区；远离切削刃部分为外摩擦区，又称为滑动区。制造工程基础内摩擦区：摩擦应力＝材料剪切屈服极限＝常数；外摩擦区：摩擦系数＝常数（图2-23）。整个刀—屑接触区分为粘结区和滑动区——前刀面摩擦第二大特点。（4）内、外摩擦的物理实质前刀面工况：①刀—屑压力大于工件材料屈服应力②温度↑（

6、数百、上千）金属软化，原子活性↑③切屑底层是无氧化，油污的干净表面，有利于焊合。在上述工作状况下切屑底层同前刀面要发生焊合，称冷焊，此时切屑还要继续流动，于是就产生了切屑金属层之间的相对滑移，而刀—屑界面上无相对运动，这就是“内摩擦”一词的来历，也是内摩擦运动的实质。切屑沿前面流出粘结区范围后，正压力减小，刀屑界面上成为峰点接触，周围介质（冷却液、空气）活性元素渗入使界面上迅速生成润滑膜，切屑底层同前刀面间发生滑动，刀—屑之间成为外摩擦。2）滞流层和积屑瘤（1）滞流层冷焊在前刀面的切屑层又称为滞流层。滞流层与切屑本体没有明显的界线，切屑材料沿前刀面的流动在整个切屑厚

7、度方向上形成非线性速度梯度，越接近前刀面，速度越低，刀—屑界面上速度为零(举例：河水)。产生运动速度梯度的实质是切屑材料发生平行于前刀面的剪切流动变形，这是第二变形区塑性变形的特点之一。滞流层特征：晶粒严重纤维化，材料各向异性，剪应变极大（至数百）。制造工程基础（2）积屑瘤a)形成机理、条件机理：在一定的条件下滞流层逐渐堆积，一层层叠起来就会在前刀面上堆起一个瘤状物（图2-24），称为积屑瘤(built-up-edgeBUE)。条件：中等切削速度下（图2-25），前刀面摩擦最大—前刀面摩擦的第三大特点。刀具前角小加工塑性合金材料(加工纯金属不形成BUE)b)对切