金属切削加工与刀具教学课件作者武友德教学单元3金属切削的基本理论.ppt

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1、教学单元3金属切削的基本理论3.1知识引入3.2切削变形3.3切削力3.4切削热与切削温度3.5刀具磨损教学单元3金属切削的基本理论金属切削的基本理论是关于金属切削过程中基本物理现象变化规律的理论。金属切削过程就是刀具从工件表面上切除多余的金属，形成切屑和已加工表面的过程。伴随这一过程将产生一系列物理现象，包括切削变形、切削力、切削温度和刀具磨损等，而这些现象均以切削过程中金属的弹性、塑性变形为基础，将直接或间接地影响工件的加工质量和生产率等。生产实践中出现的积屑瘤、鳞刺、振动等问题，又都同切削过程中

2、的变形规律有关。因此，了解并掌握这些变化规律，对分析解决切削加工中出现的问题有着十分重要的意义。返回3.1知识引入金属切削的过程中到底会发生什么样的变形?变形的规律如何?若某中碳钢零件在某数控机床上加工时，出现了不易折断的带状切屑，严重影响了加工的进行，如何解决该问题?在切削加工塑性金属材料工件时，有时会出现以下现象:某工人在以15m/min的速度进给0.2mm/:加工直径为60mm的某中碳钢工件后，发现在刀具前刀面上主切削刃附近“长出”了一个硬度很高的楔块，如图3-1所示，并且工件已加工表面也变得比

3、较粗糙。这是怎么回事呢?下一页返回3.1知识引入车削短轴外圆时，在CKS6116车床(7.5kW)上加工，进给量为0.3mm/r,背吃刀量为1.5mm，转速为800r/min,设机床的传动效率为80%，要求计算主切削力并验算电动机功率。另在车削该外圆时，如果切屑颜色变为深蓝色，则车刀刀尖部位的温度大约是多少?在切削工件时，新刀用起来比较轻快，但用了一段时间后，加工表面出现亮点，表面粗糙度明显恶化，分析其原因?如何防止这种现象的产生?上一页返回3.2切削变形切削变形实质上是工件切削层金属受刀具的作用后，

4、产生弹性变形和塑性变形，使切削层金属与工件本体分离变为切屑的过程。一、切屑的形成与变形原理有些人认为金属的切削过程就像斧子劈木头一样，由于刀刃楔入的作用使切屑离开工件，这种看法是不对的。如果我们仔细观察一下，就会发现两者的过程及结果截然不同。在用斧子劈木头时，通常木头总是按照劈的方向顺着纹理裂成两片，在长度与厚度方向上基本不产生变形，劈开的两片木头仍能合成一块。下一页返回3.2切削变形而金属材料的切削过程却不一样，例如在刨床上切削钢类工件，只要将刨下来的切屑量一量，就会发现它的长度减短，厚度增厚;同时

5、切屑呈卷曲状，一面光滑，另一面则毛松松地裂开，这说明金属在切削过程中实际上并不是真正被简单地切下来的，而是在刀刃的切割和前刀面的推挤作用下，经过一系列复杂的变形过程，使被切削层成为切屑而离开工件的。1.切削时的三个变形区切削过程中的金属的变形大致发生在三个区域内，如图3-2所示。第Ⅰ变形区靠近切削刃处，切削层内产生塑性变形的区域，称为第Ⅰ变形区，如图3-2所示。上一页下一页返回3.2切削变形它与刀具作用力约呈45°角。在该区域内，塑性材料在刀具作用下产生剪切滑移变形(塑性变形)，使切削层转变为切屑。由

6、于加工材料性质和加工条件的不同，滑移变形程度有很大的差异，这将产生不同种类的切屑。在第Ⅰ变形区，切削层的变形最大，它对切削力和切削热的影响也最大。第Ⅱ变形区前刀面接触的切屑底层内产生变形的一薄层金属区域，称为第Ⅱ变形区，如图3-2所示。切屑形成后，在前刀面的推挤和摩擦力作用下，必将发生进一步的变形，这就是第Ⅱ变形区的变形。这种变形主要集中在和前刀面摩擦的切屑底层，它是切屑与前刀面的摩擦区。它对切削力、切削热和积屑瘤的形成与消失及刀具的磨损有着直接的影响。上一页下一页返回3.2切削变形第Ⅲ变形区靠近切削

7、刃处，已加工面表层内产生变形的一薄层金属区域，称为第Ⅲ变形区，如图3-2所示。在第Ⅲ变形区内，由于受到刀刃钝圆半径、刀具后刀面对加工表面以及副后刀面对已加工表面的推挤和摩擦作用，这两个表面均产生了变形。第Ⅲ变形区主要影响刀具后刀面和副后刀面的磨损，造成已加工表面的纤维化、加工硬化和残余应力，从而影响工件已加工表面的质量。2.切屑的形成和种类切削塑性金属材料(如钢等)时，被切层一般经过弹性变形、塑性变形(滑移)、挤裂和切离四个阶段形成切屑。切削脆性材料(如铸铁等)时，被切层一般经过弹性变形、挤裂和切离三

8、个阶段形成切屑。图3-3、图3-4分别表示在刨床上加工这两种不同材料时的切削过程。上一页下一页返回3.2切削变形在切削过程中，由于工件材料的塑性不同和塑性变形(滑移)的程度不同，将会产生不同形状的切屑(表3-1)此外，切屑的形状还与刀具切削角度及切削用量有关，当切削条件改变时，切屑形状会随之作相应地改变，例如在车削钢类工件时，如果我们逐渐增加车刀的锋利程度(如加大前角等措施)，提高切削速度，减小走刀量，切屑将会由粒状逐渐变为节状，甚至变为带状。同样，采用