切屑的形成过程

第3章切削与磨削原理 本章要点 理解切屑的形成过程 切屑变形程度表示方法及3个变形区 了解影响切屑变形的因素及切屑类型理解切削力的产生 分解与经验公式 了解影响切削力的主要因素理解切削热的产生 传出 了解切削温度分布及主要影响因素了解刀具磨损形式与磨损原因 理解刀具寿命概念及影响刀具寿命的主要因素掌握切削用量的选择方法 了解切削用量的优化了解磨削机理与磨削特点了解高速切削技术特点与进展 第3章切削与磨削原理CuttingandGrindingTheory 机械制造技术基础 3 1切屑的形成过程Cuttingprocess 3 1 1切削的形成过程 没有副刃参加切削 且 s 0 切屑的形成与切离过程 是切削层受到刀具前刀面的挤压而产生以滑移为主的塑性变形过程 正挤压 金属材料受挤压时 最大剪应力方向与作用力方向约成45 偏挤压 金属材料一部分受挤压时 OB线以下金属由于母体阻碍 不能沿AB线滑移 而只能沿OM线滑移 切削 与偏挤压情况类似 弹性变形 剪切应力增大 达到屈服点 产生塑性变形 沿OM线滑移 剪切应力与滑移量继续增大 达到断裂强度 切屑与母体脱离 图3 3金属挤压与切削比较 3 1 1切削的形成过程 切削变形实验设备与录像装置 3 1 1切削的形成过程 图3 4切屑根部金相照片 3 1 1切削的形成过程 第 变形区 即剪切变形区 金属剪切滑移 成为切屑 金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域 图3 6切削部位三个变形区 第 变形区 已加工面受到后刀面挤压与摩擦 产生变形 此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因 3 1 1切削的形成过程 图3 7剪应变的计算 3 2 剪应变 相对滑移系数 3 1 2切屑变形程度的表示方法 s 剪切角愈小 前角愈小 剪切变形量愈大 切削层经塑性变形后 厚度增加 长度缩小 宽度基本不变 可用其表示切削层的变形程度 3 1 2切屑变形程度的表示方法 厚度变形系数 3 3a 长度变形系数 3 3b 3 3 因为体积相同 切削层宽度近似相同 h称变形系数 h愈大 说明切屑的变形程度愈大 3 1 2切屑变形程度的表示方法 变形为 s 3 4 粘结区 高温高压使切屑底层软化 粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中 形成长度为lf1的粘接区 切屑的粘接层与上层金属之间产生相对滑移 其间的摩擦属于内摩擦 图3 9切屑与前刀面的摩擦 在高温高压作用下 切屑底层与前刀面发生沾接 切屑与前刀面之间既有外摩擦 也有内摩擦 滑动区 切屑在脱离前刀面之前 与前刀面只在一些突出点接触 切屑与前刀面之间的摩擦属于外摩擦 3 1 3前刀面上刀 屑的摩擦与积屑瘤 切削刃存在刃口圆弧 导致挤压和摩擦 产生第 变形区 A点以上部分沿前刀面流出 形成切屑 A点以下部分受挤压和摩擦留在加工表面上 并有弹性恢复 A点前方正应力最大 剪应力为0 A点两侧正应力逐渐减小 剪应力逐渐增大 继而减小 加工表面变形原因 3 1 3前刀面上刀 屑的摩擦与积屑瘤 积屑瘤成因 一定温度 压力作用下 切屑底层与前刀面发生粘接 粘接金属严重塑性变形 产生加工硬化 增大前角 保护刀刃 影响加工精度和表面粗糙度 滞留 粘接 长大 切屑 刀具 图3 10积屑瘤 3 1 3前刀面上刀 屑的摩擦与积屑瘤 积屑瘤的动态演示1 积屑瘤的动态演示2 积屑瘤的动态演示3 3 1 3前刀面上刀 屑的摩擦与积屑瘤 切削速度对积屑瘤的影响 3 1 4影响切削变形的因素 工件材料强度和硬度越大 变形系数 h越小 即切屑变形越小 图3 11 刀具几何参数中影响最大的是前角 刀具前角 o越大 剪切角 变大 变形系数 h就越小图3 12 3 1 4影响切削变形的因素 无积屑瘤的情况切削速度vc越高 变形系数 h越小 进给量f越大 hD增大 前刀面上的 av增大 切应力减小 摩擦系数减小 剪切角 加大 变形系数 h越小 3 1 4影响切削变形的因素 有积屑瘤的情况vc通过积屑瘤前角 b 即实际工作前角 oe 来影响变形系数 h 图3 14所示 背吃刀量ap对变形系数 h基本无影响 3 1 5切屑类型及切屑控制 3 1 5切屑类型及切屑控制 带状切屑 挤裂切屑 粒状切屑 崩碎切屑 图3 16切屑形态照片 国际标准化组织的切屑分类法 3 1 5切屑类型及切屑控制 3 1 5切屑类型及切屑控制 为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量 应使切屑卷曲和折断 切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加变形的结果 图3 17a 图3 7切屑的卷曲 断屑是对已变形的切屑再附加一次变形 常需有断屑装置 图3 17b 3 1 6硬脆非金属材料切屑形成机理 G GC 3 7 式中G 裂纹扩展单位长度时释放的能量 应变能释放率 GC 裂纹扩展单位长度时所需的能量 裂纹扩展阻力 K1 K1C