金属切削过程的基本理论

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1、第三章金属切削过程的基本理论教学目的与要求:通过本章的学习,掌握金属切削变形、切削力、切削热和刀具的破损与磨损的原因和刀具耐用度的基本概念。教学内容摘要：本章主要介绍切削变形区、变形程度的表示方法、切削力的来源与影响因素；切削热的产生与传出、计算、对切削加工的影响；刀具磨损与破损的形态、磨损的原因和刀具耐用度的选用。教学重点与难点：重点是切削变形程度的表示方法、切屑的种类及积屑瘤成因、切削力的影响因素、切削热的计算及影响因素分析、刀具磨损与破损的原因和刀具耐用度的选择。难点是切削变形、切削力与切削热影响因素分析。第三章金属

2、切削过程的基本理论研究、掌握并能灵活应用金属切削基本理论,对有效控制切削过程、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。在金属切削过程(cuttingprocess)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具寿命、卷屑与断屑等。一、切屑的形成过程及切屑类型（一）切屑的形成过程1.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

3、性变形进而产生剪切滑移的变形过程。第一节金属切削层的变形压缩变形后沿45o方向开裂(a)压缩塑性金属受压缩时，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（b）切削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。金属切削层的变形和切屑金属切削过程与挤压过程相似。切塑性金属时：1）金属受前刀面的挤压,在OA(始滑移面)以左产生弹性变形;2）应力逐渐变大，在AOE内产生塑性变形;3）应力达到强度极限，在OE(终滑移面)上发

4、生剪切滑移;4）在OE(终滑移面)以上,金属被切离形成切屑。塑性金属的切削过程经历了四个阶段：弹性变形、塑性变形、剪切滑移和切离过程。切削塑性金属的三个变形区（一）第一变形区OA—始滑移线OM—终滑移线变形的主要特征：剪切滑移变形加工硬化一般速度范围内一区宽度为0.02～0.2mm，速度越高，宽度越小，可看作一个剪切平面（剪切滑移区）（二）第二变形区切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面的金属纤维化，基本与前刀面平行。（挤压摩擦区）（三）第三变形区已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，产生

5、变形与回弹，造成纤维化和加工硬化。（挤压摩擦回弹区）刃前区：三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应力集中而复杂，被切削层在此与工件本体材料分离刀刃钝圆情况下已加工表面的形成过程：绝对滑移∆S相对滑移ε变形系数ξ剪切角ϕ二、金属切削变形程度的表示方法1.绝对滑移∆S，相对滑移ε切屑厚度hch与切削层的厚度hD之比称为厚度变形系数，用ξh表示，ξh=hch/hD；而切削层长度lc与切屑长度lch之比称为长度变形系数，用ξl表示，ξl=l/lc。变形系数越大,切屑越厚越短,切削变形越大。2.变形系数ξ剪切角:剪切角是出自金属切削层

6、产生剪切滑移的一个特定参数。φ=45º-β+γ0β——刀和屑界面的摩擦角（º）；tanβ=μ；μ为刀和屑界面的摩擦系数。当刀和屑界面出现粘结和滞留层时，μ值（内磨擦）比一般外摩擦时大得多。剪切角φ↑→剪切面积↓→变形程度↓→切削力↓。剪切角φ↑→变形系数↓影响切削变形和前刀面摩擦系数的主要因素工件材料切削厚度刀具前角切削速度进给量上述五个因素是影响前刀面摩擦系数的主要因素。切削厚度ac增加时，μ也略为下降，如10钢的ac从0.1mm增大到0.18mm，μ从0.74降至0.72。切削厚度：切削厚度增加，正应力随之增大，μ略为

7、下降，变形系数ξ下降μ=τs/σav工件材料：σ增加，μ值下降，变形系数ξ越小工存材料的强度、硬度提高，切削温度增高，摩擦系数μ下降，剪切角φ增大，切屑变形减小。所以，切削强度、硬度高的材料，不易产生变形。而切削塑性较高的材料，则变形较大。前角对变形系数的影响增大前角γ0，使剪切角φ增大，变形系数ξ减小，因此，切屑变形减小。前角对摩擦系数的影响增大前角γ0，摩擦系数增加。切削速度：随着v增大，μ值先升后降切削速度对变形系数的影响以中碳钢为例。vc超过40m/min继续增高，由于切削温度逐渐升高，致使摩擦系数μ下降，故变形系

8、数Λh减小。vc在3~20m/min范围内提高，积屑瘤高度随着增加，刀具实际前角增大，使剪切角φ增大，故变形系数Λh减小vc＝20m/min时，Λh值最小vc在20~40m/min范围内提高，积屑瘤逐渐消失，刀具实际前角减小，使φ减小，Λh增大。此外，在高速时，也由于切削层受力小，切削速度又快，切削变形