金属切削原理与刀具教学课件 作者 张若锋 邓健平 第3章.ppt

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1、3.1切削过程中的金属变形3.1.1切削变形的原理1．切削变形的本质金属切削过程的本质是切削层在受到刀具前面的挤压而产生剪切滑移的塑性变形过程。如图3.1a所示。金属切削加工的切削如图3.1（b）所示，切削层在刀具的挤压作用下，首先产生弹性变形，随着刀具的不断挤压切入，金属内部的应力、应变不断增加，当应力达第三章金属切削过程的基本规律第三章金属切削过程的基本规律图3.1金属的切削与挤压到材料的屈服强度时，金属便沿AD方向产生滑移，随着刀具切削的继续进行，切削层沿AD方向滑移并脱离母体，成为切屑。第三章金属切削过程的基本规律2．3个变形区的分析通常把切削层

2、分为3个变形区，如图3.2所示。（1）第Ⅰ变形区。当刀具与工件接触，其前面推挤切削层，工件先产生弹性变形，随着切削的进行，挤压作用加强，其应力和应变增大，当达到屈服强度时，被切削的金属层开始沿着切应力最大的方向滑移，产生塑性变形。此后，当材料继续受挤压，则不断发生滑移，当达到OM线时，剪切应力达到材料的断裂强度，挤裂而成为切屑。（2）第Ⅱ变形区。材料经过第Ⅰ变形区后，切离工件基体，形成切屑流出，其靠近前面的切屑底层仍受到刀具的挤压和接触面之间强烈的摩擦作用，继续进行剪切滑移变第三章金属切削过程的基本规律形，使切屑底层的晶粒趋向与前面平行而形成纤维状，其接

3、近前面部分的切屑流动速度较其他部分缓慢得多，甚至滞留在前面上，使切屑产生弯曲。该变形主要由摩擦引起，其特点是摩擦生热使刀—屑接触面的温度升高。所以这一变形区也称摩擦变形区。（3）第Ⅲ变形区。从图3.2中可以看出，在已加工表面处也形成了显著的变形层，这是工件已加工表面受到切削刃钝圆半径和后刀面的挤压和摩擦而产生塑性变形引起的，这一部分称为第Ⅲ变形区。从以上分析可知，大部分的塑性变形集中在第Ⅰ变形区，所以切削变形的大小主要由第Ⅰ变形区决定。第三章金属切削过程的基本规律图3.2切削过程的3个变形区第三章金属切削过程的基本规律3.1.2积屑瘤与鳞刺在某一切削速度

4、范围内，切削钢、有色金属等塑性材料时，常常在刀具切削刃附近的前刀面上粘结着一块与工件材质相同，但硬度高于工件材料2～3.5倍的楔块，其形状好像在刀具上长了一个瘤，所以称为积屑瘤。1．积屑瘤的形成及变化规律在切削塑性金属时，因刀屑之间强烈的摩擦，产生很高的压力和温度，前面在不断磨损使得切屑底层和前面形成新鲜的表面，切屑底层便被冷焊在前面上，在后续切屑的推动下，切屑底层便与上层发生剪切滑移破坏分离开，第三章金属切削过程的基本规律与切屑脱离的切屑底层金属冷焊并滞留在前面上，在前面上形成了第一层积屑瘤。后续切屑从其上流过，在原有的切削条件下又发生新的冷焊，并堆积

5、在第一层积屑瘤上。如此逐层在前刀面上堆积和长大，最后长成积屑瘤。变化规律：积屑瘤的产生、成长、脱落过程是在短时期内进行的，并在切削过程中不断地周期出现。2．积屑瘤对切削过程的影响（1）保护刀具。如图3.3所示。（2）增大刀具前角。（3）增大切削厚度。（4）增大已加工表面粗糙度。第三章金属切削过程的基本规律图3.3积屑瘤对切削过程的影响精加工时要避免积屑瘤的产生；在粗加工时，可利用积屑瘤，但采用硬质合金刀具时，不希望产生积屑瘤。第三章金属切削过程的基本规律3．控制积屑瘤的措施（1）控制切削速度。其是影响积屑瘤的主要因素，所以应使用低速或高速切削。以切削中碳

6、钢为例，低速切削时，产生的切削温度低于300℃，不易形成积屑瘤；高速切削时，产生的切削温度超过500℃，也不易形成积屑瘤。在中速切削时，产生的切削温度为300℃～400℃，是形成积屑瘤的适宜温度，积屑瘤的高度达到最大值。（2）增大刀具前角。（3）降低材料的塑性。（4）合理使用切削液。第三章金属切削过程的基本规律4．鳞刺鳞刺是已加工表面上出现的一种鳞片状有裂口的毛刺。鳞刺经过以下4个阶段而形成，如图3.4所示。（1）抹拭阶段。（2）导裂阶段。（3）层积阶段。（4）切顶阶段。第三章金属切削过程的基本规律图3.4鳞刺的形成过程3.1.3影响切削变形的因素及控制

7、措施1．工件材料的影响工件材料塑性越大，也容易产生积屑瘤和鳞刺。采用热处理来提高工件材料的硬度，可以减少切削变形。2．切削用量的影响进给速度增大，切削变形增大；背吃刀量增大，切削变形减小；切削速度增大，切削变形呈波浪形变化。所以应选择较小的进给速度、较大的背吃刀量和合理的切削速度。3．刀具几何参数的影响刀具前角越小，切削变形增加；主偏角越大，切削变形增加。所以应选择较大的前角、较小主偏角。第三章金属切削过程的基本规律3.2切削力和切削功率3.2.1切削力1．切削力的产生切削力是指切削时，刀具作用在工件上使工件材料发生变形，并使多余材料变为切屑所需要的力。

8、切削力的来源有以下两个方面。（1）变形抗力。（2）摩擦阻力。由变形抗力和摩擦阻力