第二章第1节-金属切削过程及切屑类型

第二章金属切削基本理论及应用,第一节金属切削过程及切屑类型,金属切削过程是指在刀具和切削力的作用下形成切屑的过程，在这一过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，产生许多物理现象，如切削力、切削热、积屑瘤、刀具磨损和加工硬化等。,切削变形实验设备与录像装置,切屑根部金相照片,第一节金属切削过程及切屑类型,一.切削形成过程及变形区的划分,下图是在直角自由切削工件条件下观察绘制得到的金属切削滑移线和流线示意图。,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。,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。,第一节金属切削过程切屑类型,第一节金属切削过程及切屑类型,二、第一变形区内的金属剪切变形实验表明，切屑的形成过程是切削层金属受到刀具前面的挤压作用，迫使其产生弹性变形，当剪切应力达到金属材料屈服强度时，产生塑性变形。同时金属晶格产生滑移，最终形成切屑。切屑的变形和形成过程如下图所示。,第一节金属切削过程及切屑类型,第一节金属切削过程及切屑类型,在一般切削速度范围内，第一变形区的宽度仅为0.020.2mm，所以，可以用一剪切面来表示。剪切面和切削速度方向间的夹角称为剪切角，以表示。,第一节金属切削过程及切屑类型,三、切屑的类型1、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。,第一节金属切削过程及切屑类型,2、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。,第一节金属切削过程及切屑类型,3、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。4、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。,切屑的种类,切屑的种类,带状切屑,挤裂切屑,单元切屑,崩碎切屑,切屑形态照片,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,切屑的卷曲,断屑的产生,断屑是对已变形的切屑再附加一次变形（常需有断屑装置）,切屑的卷曲,断屑的产生,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。,变形程度表示方法,厚度变形系数,长度变形系数,第一节金属切削过程及切屑类型,根据体积不变原理，则此公式表明，剪切角与前角0是影响切削变形的两个主要因素。当前角一定时，随剪切角的增大而减小。变形系数越大,切屑越厚越短,切削变形越大。,当0=030，h1.5时，h与相近主要反映第变形区的变形，h还包含了第变形区的影响。,滑移距离s与单元厚度y之比。,第一节金属切削过程及切屑类型,剪切角剪切面积变形程度切削力。角与剪切面面积的关系,结论：剪切角与前角是影响切削变形的两个主要因素。如果增大前角和剪切角，使相对滑移、变形系数h减小，则切削变形减小。,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lfi的粘结区。切屑的粘结层与上层金属之间产生相对滑移，其间的摩擦属于内摩擦。,前刀面的摩擦变形,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粘结，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。,第一节金属切削过程及切屑类型,积屑瘤在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面呈三角状的硬块,称为积屑瘤。它的硬度很高，通常是工件材料的23倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。,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结粘结金属严重塑性变形，产生加工硬化积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化性质有关，也与刃前区的温度和压力分布有关。一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤；温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。走刀量保持一定时，积屑瘤高度与切削速度有密切关系。,第一节金属切削过程及切屑类型,积屑瘤高度与切削速度关系示意图,积屑瘤,滞留粘结长大,实际前角增大大切削厚度，可能引起振动使加工表面粗糙度增大对刀具寿命有影响,第一节金属切削过程及切屑类型,通过分析积屑瘤产生原因可以得出防止积屑瘤的主要方法：1)降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易发生；2)采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度；3)采用润滑性能好的切削液，减小摩擦；4)增大刀具前角，以减小切屑于前刀面接触区的压力；5)适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。,已加工表面的变