机械制造工程学第2章

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1、第2章切屑形成过程及加工表面质量金属切削过程，就是使毛坯上多余金属变成切屑，同时形成工件的加工表面的过程。1．研究金属切削变形过程的意义对于保证加工质量、降低生产成本、提高生产效率，都有着十分重要的意义。金属切削加工中的各种物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损以及已加工表面质量等，都以切屑形成过程为基础，而实际生产中出现的鳞刺、积屑瘤、振动、卷屑与断屑等，都与切削变形过程有关。2．研究金属切削变形过程的实验方法(1)侧面方格变形观察法为了直观看清金属切削层各点的变形，在工件侧面作出细小的方格，察看切削过程中这些方格如何被扭曲，借以判断和认识切

2、削层的塑性变形、切削层变为切屑的实际情形。方格的复印方法是先将工件侧面抛光，镀上一层薄铜，然后用照相法将铜腐蚀掉。(2)高频摄影法利用带有显微镜头的高频摄影机，拍摄切削试件的侧面，可以得到一个完整的从切削变形开始至形成切屑的真实过程。常用的高频摄影机每秒可拍摄几百幅到一万幅以上。高频摄影机为研究高速切削时切削变形过程提供了可能性。(3)快速落刀法利用一种叫作“快速落刀”装置的特殊刀架，在切削过程的某一瞬间使刀具以极快的速度突然脱离工件，把在某一切削条件下切削层的变形情况“冻结”下来。落刀后从工件上锯下切屑根部，制成金相标本，用显微镜观察。快速

3、落刀装置主要有手锤敲击式和爆炸型两种。(4)扫描电镜和透视电镜显微观察法借助于扫描电镜，可以观察到金属晶粒内部的微观滑移情况，使我们能够用金属物理的观点来理解金属切削变形过程及其现象。(5)光弹性和光塑性试验法在实验观察金属切削变形过程的基础上，为了分析金属变形区的应力状况，应对切削刃前方的金属进行弹性力学和塑性力学的研究和实验。3．金属切削变形过程的基本特征金属材料受压其内部产生应力应变，大约与受力方向成45º的斜平面内，剪应力随载荷增大而逐渐增大，并且有剪应变产生。开始是弹性变形，此时若去掉载荷，则材料将恢复原状；若载荷增大到一定程度，剪

4、切变形进入塑性流动阶段，金属材料内部沿着剪切面发生相对滑移，于是金属材料被压扁(对于塑性材料)或剪断(对于脆性材料)。应用上述理论来分析切削时金属层受前刀面挤压的情况，二者有相似之处，只是受压金属层只能沿剪切面向上滑移。如果是脆性材料(如铸铁)，则沿此剪切面被剪断。如果刀具不断向前移动，则此种滑移将持续下去，于是被切金属层就转变为切屑。金属切削过程就是工件的被切金属层在刀具前刀面的推挤下，沿着剪切面(滑移面)产生剪切变形并转变为切屑的过程。可以说，金属切削过程就是金属内部不断滑移变形的过程。2．1切屑形成的过程切屑层金属在刀具作用下，经过三个

5、变形区的变形而成为切屑。2．1．1第一变形区中切屑的变形及其特征1．变形过程终滑移面OM始滑移面OA2．第一变形区的变形特征(1)沿滑移面的剪切变形，其变形会深入到切削层以下；(2)经剪切滑移变成切屑后该切屑产生加工硬化现象，即切屑的硬度大大增加；(3)金属组织产生纤维化，即晶体结构在剪切力作用下伸长。(4)切屑厚度a变厚，大于切削层厚度a。其剪切滑移变形越大，a随chcch之增加；(5)切屑背面呈锯齿形。3．切屑变形程度的表示方法（1）变形系数ξ是一种常用的度量切屑变形程度的方法。其中又有两种表示方法：(a)切屑厚度变形系数ξ；(b)切屑长

6、度变形系数ξ，其定义aL用以下公式表示：aLchcaLaLcch式中L为切削长度，L为切屑长度。cch(2)剪切角φ的大小也能反应切屑变形程度。根据实验证明，剪切角φ的大小与切削力的大小有直接联系。对同一种材料，用同样刀具，相同大小的切削层，当切削速度高时，φ角大，剪切面积变小，切削比较省力，说明切屑变形较小。相反，当φ角小时，切削力较大，说明切屑变形较大。(3)相对滑移ε。当平行四边形OHNM发生剪切变形后，其相对滑移为：2scos2sin100ysinco（s）cos002．1．2第二变形区的

7、变形及其特征1．变形过程及特征塑性金属切削层经第一变形区后沿着刀面排除时，受前刀面的挤压和摩擦而进一步加剧变形，在靠近前刀面处形成第二变形区。第二变形区的特征是：(1)使切屑底层靠近前刀面处流动速度减慢，甚至停滞在前刀面上，使切屑产生内摩擦；(2)由摩擦而产生的热使切屑与刀具接触面温度进一步升高，达几百度甚至上千度；(3)切屑底层因摩擦变形而纤维化，底层长度伸长，切屑发生向上弯曲，与前刀面的接触面积减小；(4)切屑底层进一步产生加工硬化，硬度大于切屑的上层硬度。底面因摩擦呈光滑面。2．作用在切屑上的力由于作用在切屑上的力，对前刀面摩擦和切屑变

8、形影响很大，因此必须首先对它进行分析。在直角自由切削时，作用在切屑上的力有：前刀面上的法向力Fn和摩擦力Ff，在剪切面上也有正压力Fns，和剪切力Fs。这两对力的合