工业生产过程6金属切削过程和切削力

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1、工业生产过程金属切削过程和切削力ZZQ2014-10-13本节课内容：工件切削层产生塑性变形，变成切屑的复杂过程。上述过程所产生的力。2014-10-13今天的课程学完后，预期学习结果：了解金属切削的切削层变形、切屑形成等过程；了解金属切削过程前刀面上的摩擦与积屑瘤等现象；了解影响切削变形的主要因素；掌握切削力、切削功率等概念；了解建立切削力经验公式的方法；了解影响切削力的因素。2014-10-13CDIO相关能力在今天课程中的培养：应用基础科学知识与工程基础知识，通过切削变形程度的理论推导，实行工程推理并解决问题。通过金属切削过程各种现象的观察、切削力经验公式的建立，提高实验和发现知识的

2、能力，提高创新思维——概念化和抽象化能力。对各项学习任务进行合理的时间安排，有效高质量地完成。2014-10-13案例导入金属切削过程——将工件上多余的金属层，通过切削加工被刀具切除而形成切屑的过程。要加工如图所示短轴。怎样才能把多余的材料去掉？要多大的切削力？如何选择刀具的几何参数和切削用量？2014-10-13金属切削基本原理金属切削的目的是用刀具把工件表面上多余的金属切掉，以获得需要的工件形状和尺寸。切削过程的实质是工件切削层在刀具前刀面的挤压下产生塑性变形，变成切屑的复杂过程。过程中，许多物理现象如：切削力、切削热和刀具的磨损与刀具寿命、卷屑与断屑等，都与金属的变形有密切的关系，都

3、会影响加工质量、生产率和生产成本。通过金属切削过程基本原理的学习，掌握金属切削变形过程的规律，并主动地加以有效的控制，可创造出更先进的加工方法和高效率的切削刀具，以适应制造技术发展的需要。2014-10-13本章主要内容切削变形切削力切削热刀具磨损刀具几何参数选择切削用量选择2014-10-13金属切削过程金属切削过程是指将工件上多余的金属层，通过切削加工被刀具切除而形成切屑的过程。研究切削过程的物理本质及其变化规律，对提高切削加工生产率，保证加工质量，降低加工成本有着很重要的意义。2014-10-13切削层切削层——在切削过程中，主运动一个切削循环内，刀具从工件上所切除的金属层。如图所示

4、，车削时工件旋转一周，刀具从位置II移到了I，I与II之间的材料层即为切削层。2014-10-13复习：切削层参数切削层公称厚度hD（mm）指垂直于过渡表面测量的切削层尺寸，即相邻两过渡表面间的距离。hD反映了切削刃单位长度上的切削负荷。由图可知hD﹦fsinκr切削层公称宽度bD（mm）指沿过渡表面测量的切削层尺寸。bD反映了切削刃参加切削的长度。由图可知bD﹦ap/sinκr切削层公称横截面积AD（mm2）指在切削层尺寸平面里测量的横截面积。即为切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积。由图可知AD﹦hDbD﹦apf2014-10-13切削变形的本质从材料力学中得知，金属材料受挤压时，其内

5、部材料产生应力应变（下页图所示），在大约与受力方向成45°（图中ＣＢ和ＤＡ方向即剪切方向）的斜截面内剪应力最大，开始是弹性变形，当剪应力达到材料的屈服极限时，剪切变形进入塑性流动阶段，材料内部沿着剪切面发生相对滑移，材料就被压扁（塑性材料）或剪断（脆性材料）。切削加工与上述挤压相似，只是在切削加工时，受切削层下方（ＢＤ线以下）材料的阻碍，切削层材料不能沿ＣＢ方向滑移，只能沿剪切面向上滑移，于是，切削层材料就转变为切屑，见后页图。2014-10-13金属的挤压与切削2014-10-13切削变形与切屑的形成图2.4切削过程示意图塑性材料切削加工时，切削层材料被挤压而沿剪切面滑移，逐步转变为切屑

6、。2014-10-13切屑形成过程与三个变形区如下页图所示，在刀具切入工件后，由于切削刃和前刀面的推挤，工件材料内部的每一点都要产生一定的内应力，离刀具愈近的地方，应力愈大。第一变形区——位于刀刃前方，是切屑形成的主要区域(后面图中Ⅰ区)。在第一变形区中，在刀具前刀面推挤下，切削层金属发生塑性变形。第一变形区是一个很薄的区域，可视为一平面——剪切面。剪切面与切削速度方向的夹角称为剪切角。2014-10-13切屑的形成过程图2.5第一变形区金属的滑移2014-10-13切屑形成过程与三个变形区第二变形区——位于与刀具前刀面接触的切屑底层(下页图中Ⅱ区)。切屑沿前面流动时，进一步受到刀具前刀面

7、的挤压，在刀具前刀面与切屑底层之间产生了剧烈的内摩擦，使切屑底层的金属进一步变形，使晶粒纤维化，其方向基本上和刀具前面平行。第二变形区对切削过程也会产生较显著的影响。2014-10-13金属切削过程中的滑移线和流线2014-10-13切屑形成过程与三个变形区第三变形区——位于与刀具后刀面接触的已加工表面表层(上页图中Ⅲ区)。切削层金属进入第一变形区和第二变形区后，逐步被刀具切削刃和前刀面从工件基体材料上剥离下来转变为切屑