机械制造三金属切削基本知识切削过程ccxPPT课件.ppt

通过刀具把被切金属层变为切屑的过程 其实质是一种挤压 剪切变形过程 塑性金属的切削过程一般要经过弹性变形 塑性变形 挤裂 切离四个阶段 一金属切削过程概述 一 金属切削过程的实质 塑性材料 第二节金属切削过程的基本规律 挤压与切削的比较 切削变形的本质 从材料力学中得知 金属材料受挤压时 其内部材料产生应力应变 图a所示 在大约与受力方向成45 图中 和 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 线以下 材料的阻碍 切削层材料不能沿 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 见图b 切削变形过程示意图 工件 刀具 切屑形成过程模型 滑移与晶粒的伸长 第一变形区 剪切 滑移 第二变形区 挤压和摩擦 第三变形区 挤压和摩擦 二 切削变形区 图2 1切屑形成过程及切削变形区 二 切削变形区 塑性变形从始滑移面OA开始至终滑移面OM终了 之间形成AOM塑性变形区 由于塑性变形的主要特点是晶格间的剪切滑移 所以AOM叫剪切区 也称为第一变形区 第一变形区金属的滑移 切屑沿刀具前面排出时会进一步受到前刀面的阻碍 在刀具和切屑界面之间存在强烈的挤压和摩擦 使切屑底部靠近前刀面处的金属发生 纤维化 的二次变形 这部分区域称为第二变形区 滑移与晶粒的伸长 在已加工表面上与刀具后面挤压 摩擦形成的变形区域称为第三变形区 由于刀具刃口不可能绝对锋利 钝圆半径的存在使切削层参数中公称切削厚度不可能完全切除 会有很小一部分被挤压到已加工表面 与刀具后刀面发生摩擦 并进一步产生弹 塑性变形 从而影响已加工表面质量 已加工表面的形成过程 1 剪切角 三 切削变形程度的表示方法 剪切角 剪切面积 变形程度 切削力 剪切面p 与切削速度 主运动 方向之间的夹角称为剪切角 用 表示 图2 2剪切角与切削变形 2 切削厚度压缩比 变形系数 切削变形系数 1 图2 3切屑厚度压缩比 说明 1 同一工件材料 若切削条件不同 则切削厚度压缩比不同 2 不同工件材料 即使切削条件相同 切削厚度压缩比不同 3 用切削厚度压缩比反映切削变形比较简单 直观 但很粗略 四 影响切屑变形的主要因素 1 工件材料的力学性能 材料强度越高 塑性越小 则变形系数越小 切削变形减小 图 2 切削用量 1 切削速度 切削速度是通过积屑瘤的生长消失过程影响切削变形大小的 在无积屑瘤的切削速度范围 切削速度愈高 变形系数愈小 在积屑瘤增长的速度范围内 因积屑瘤导致实际工作前角增加 剪切角 增大 变形系数减小 在积屑瘤消失的速度范围内 实际工作前角不断减小 变形系数 不断上升至最大值 此时积屑瘤完全消失 切削铸铁等脆性金属时 一般不产生积屑瘤 随着切削速度增大 变形系数逐渐地减小 当进给量f增大时 切削层厚度hD增大 切屑的平均变形减小 变形系数 减小 3 刀具几何参数 前角增大 剪切角 增大 而剪切角越大 则变形系数 减小 刀尖圆弧半径越大 变形系数 越大 切削变形越大 可通过改变切削条件来得到不同的切屑类型 五 切屑类型 1 带状切屑2 挤裂切屑加工塑性材料3 单元切屑4 崩碎切屑加工脆性材料 带状切屑最常见的屑型之一外形特征 它的内表面是光滑的 外表面是毛茸茸的 形成条件 一般加工塑性金属材料 当切削厚度较小 切削速度较高 刀具前角较大时 会得到此类切屑 优点 切削过程平稳 切削力波动较小 已加工表面粗糙度较小 缺点 紊乱状切屑缠绕在刀具或工件上影响加工过程 挤裂 节状 切屑外形特征 刀屑接触面有裂纹 外表面是锯齿形 形成条件 这类切屑之所以呈锯齿形 是由于它的第一变形区较宽 在剪切滑移过程中滑移量较大 大多在低速 大进给 切削厚度较大 刀具前角较小时产生 单元 粒状 切屑在挤裂 节状 切屑产生的前提下 当进一步降低切削速度 增大进给量 减小前角时则出现单元 粒状 切屑 崩碎切屑切削脆性金属 铸铁 时 常见的呈不规则细粒状的切屑 产生这种切屑会使切削过程不平稳 易损坏刀具 使已加工表面粗糙 工件材料越是脆硬 进给量越大则越容易产生这种切屑 图2 5切屑的各种形状 在一定的切削速度范围内 加工塑性材料 而又能形成带状切屑的情况下 常在刀具前刀面靠近切削刃附近粘附着一小块很硬的金属 这一层金属即为积屑瘤 六 积屑瘤 图2 6积屑瘤 积屑瘤的形成 切削塑性材料时 在粘结摩擦和滞留的作用下 当前刀面上的温度和压力适宜时 切屑底层金属粘结前刀面的刃口附近 即所谓的 冷焊 形成硬度很高 是工件材料的2 3倍 的一个楔块 称为积屑瘤 积屑瘤的大小常用积屑瘤的高度Hb表示 图积屑瘤前角和伸出量 积屑瘤产生的原因 切屑底层金属与前刀面的粘结和加工硬化 1 积屑瘤产生的原因和条件 积屑瘤产生必须具备两个条件 1 切削塑性材料2 中等切削速度 适当的温度 增大前角 减小切削力积屑瘤在刀面上增大了刀具的实际工作前角 可减小切屑变形 减小切削力 影响尺寸精度积屑瘤前端伸出刀刃外 使切削厚度增加了 影响工件尺寸精度 2 积屑瘤对切削加工的影响 增大表面粗糙度值高度不稳定的积屑瘤会在工件表面上划出沟痕和挤歪已有沟痕 脱落后的积屑瘤颗粒会嵌在已加工表面上 增大表面粗糙度值 减小刀具磨损积屑瘤象帽子保护着切削刃 代替切削刃 前刀面和后刀面进行切削 减小刀具的磨损 2 积屑瘤对切削加工的影响 一般说来 积屑瘤对粗加工是有利的 对精加工是不利的 主要取决于切削温度 此外 接触面间的压力 粗糙程度 粘结强度等因素都与形成积屑瘤的条件有关 工件材料塑性越大 切削温度越高 越容易形成积屑瘤 可以采用正火或调质处理避免积屑瘤的生成 切削速度实验表明 采用低速 3m min 或较高速 40m min 切削时 不易产生积屑瘤 如上图示 影响积屑瘤的主要因素 刀具前角增大前角 可以减小切屑变形 切削力和摩擦 降低切削温度 抑制积屑瘤的生成 另外 使用切削液可有效降低切削温度和摩擦 抑制积屑瘤的产生 影响积屑瘤的主要因素 图2 12切削速度与积屑瘤高度的关系 采用低速或高速切削 由于切削速度是通过切削温度影响积屑瘤的 以切削45钢为例 在低速vc 3m min和较高速度vc 60