机械制造工程 教学课件 作者 勋建国 主编第一章Sect.2.ppt

《机械制造工程 教学课件 作者 勋建国 主编第一章Sect.2.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二节金属切削过程中的基本规律机械制造工程——第一章金属切削过程是指从工件表面切除多余金属形成已加工表面的过程，该过程也是一个切屑形成的过程。伴随着切屑的形成，会产生切削变形、积屑瘤、表面硬化、切削力、切削热和刀具磨损等物理现象。在金属切削过程中，被切削金属层经刀具的挤压作用，发生弹性变形、塑性变形、直至切离工件形成切屑沿刀具前刀面排出。通常将这个过程大致分为三个变形区。一、切削变形1．变形区的划分第一变形区由OA线和OM线围成的区域（Ⅰ）称为第一变形区，也称剪切滑移区，是切削过程中产生变形的主要区域OA

2、为始滑移线，OM为终滑移线一般切削速度下，第一变形区的宽度仅为0.020.2mm。所以可用一个平面OM（剪切面）表示第一变形区。剪切面OM与切削速度方向的夹角称为剪切角第二变形区它是指刀—屑接触区（Ⅱ）切屑沿前刀面流出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处金属纤维化，其方向基本上和前刀面平行。又称为挤压变形区第三变形区指刀—工件接触区（Ⅲ）。在第三变形区里，后刀面施加法向力Frn和摩擦力Fr于工件。Frn使工件产生径向的塑性和弹性变形，Fr使已加工表面产生切向的塑性和弹性变形。切削层金属以vc

3、进入第一变形区后便开始塑性变形，晶粒伸长运动到刀刃时，晶粒成纤维状，最后包围刀尖刀尖以上部分沿前刀面流出，成为刀屑底层；刀尖以下部分沿后刀面流出，且纤维越伸越长、越细，最后拉断，成为已加工表面层。切削层部分金属进入第三变形区后发生塑性变形，随着进入第三变形区深度的增大，塑性变形亦增大。在第一变形区发生纤维化的金属，有很小一部分进入第三变形区。第三变形区以外的金属发生弹性变形，这些金属离开弹性变形区后，弹性变形便恢复。由此可知，已加工表面受到挤压、摩擦、变形、切削热等作用。2．切屑的形成过程刀具和工件接

4、触，材料受到挤压，内部产生应力和弹性变形外力F↗，材料内部应力和变形↗弹性变形↗当剪应力达到材料的屈服强度τs时，材料将沿着与走刀方向成45的剪切面滑移，即产生塑性变形外力F↗，滑移量↗切削层金属与工件基体分离，形成切屑，沿前刀面流出。切屑的形成过程3．切屑的形态切屑形态主要有四种类型带状切屑挤裂切屑（又称节状切屑）单元切屑（又称粒状切屑）崩碎切屑通常用切屑厚度压缩比Λh(λ的大写)（以前称为切屑变形系数ξ）、剪切变形（以前称为相对滑移）ε和剪切角作为衡量切屑变形程度的指标。4．切屑变形程度

5、的衡量相对滑移（剪切变形）ε是个反映切削变形中金属滑移本质的系数切削层中HN线滑移至GP位置时的瞬时位移为Δy，其滑移量为Δs。滑移量Δs越大，说明变形越严重。相对滑移ε表示为：ε=Δs/Δy=(n’p+pn”)/MP=cot+tan(-γo)相对滑移切屑厚度压缩比Λh切屑厚度压缩比Λh是指切屑外形尺寸变化的程度剪切角剪切角是影响切屑变形的重要因素，也可反映切屑变形程度计算剪切角的公式：剪切面上，金属产生了滑移变形，最大剪应力就在剪切面上(M.E.Merchant)计算剪切角的公式：根据材料力学平面

6、应力状态理论，主应力方向与最大剪应力方向的夹角应为45º(LeeandShaffer)结论：由切屑厚度压缩比、剪切变形和剪切角公式可知：Λh↗变形↗反映变形程度γo↗φ↗ε↘在保证切削刃强度的前提下增大γo有利切削β↗φ↘ε↗说明施用切削液减小β有利切削5．前刀面上的摩擦与积屑瘤刀-屑接触区的摩擦特性及摩擦系数在前刀面上存在着刀-屑的摩擦，它影响切削变形、切削力、切削温度和刀具磨损；此外还影响积屑瘤和鳞刺的形成，从而影响已加工表面的质量。刀—屑接触区的摩擦特点切屑沿前面流出切屑与前刀面间压力大

7、(2~3Gpa)、温度高(400~1000℃)，切屑底部严重塑性变形且与前刀面发生粘结刀-屑间的摩擦不再是外摩擦，而是粘结层与金属层的内摩擦刀-屑接触区内摩擦力占85%，整个接触区正应力σ以刀尖处最大刀-屑接触区实际上存在两个分区：滑动区、粘结区前刀面上的平均摩擦系数令μ代表前刀面上的平均摩擦系数，则按内摩擦的规律得积屑瘤切削塑性较大的金属材料（如钢、铝合金）时，在切削速度不高、又能形成带状切屑的情况下，常常有一些从切屑和工件上下来的金属冷焊并层积在前刀面上，形成硬度很高的楔块，能代替刀面和切削刃进

8、行切削，这一小硬块称为积屑瘤。它的硬度约为工件材料的2～3倍。积屑瘤积屑瘤的形成过程切屑在前刀面上流动产生粘结，底层金属形成滞流层滞流层以上的金属流过时产生内摩擦底面上面的金属变形，发生加工硬化，被阻滞并与底层粘在一起逐渐扩大，积屑瘤形成积屑瘤形成是一个动态过程：局部形成、长大局部断裂或脱落形成、长大、稳定、脱落形成、长大……积屑瘤对切削过程的影响保护刀具增大前角增大切削厚度，改变背吃刀量增大表面粗糙度、降低表面