3.1金属切削过程与切屑类型

1、安徽工程科技学院教师备课教案课程名称机械制造工艺与设备 课型 理论上课时间05年3月7日3.4节教 学 内 容 提 纲 及 要 求第二章金属切削根本理论及应用 第T 金属切削过程及切屑类型 一、切屑形成过程及变形区的划分 二、第一父形区内金属艾形特点 三、切屑类型与切屑限制 四、切削变形程度的定量表示 五、前力向上的摩擦与积屑瘤 六、己加工外表的形成过程要求：了解金属切削过程及切屑类型,掌握切屑限制方法和提升加工质量的举措.重点掌握切削变形过程中伴随的各 种物理现象的成因、特点、对 切削加工过程的影响.教学实施手段效果记录课堂讲授讲授课堂讨论现场小教小结讲评难点加工过程中各种物理现象对加 工过

2、程的影响及限制方法.其 它教具CAI教学软件、投影等推预 荐复 参习 考任 书务作业15预习第二节、第三节教 学 后 记本章节讲稿共 6页 教案第1页备课时间：05年2月22日教师签名:第二章金属切削根本理论及应用金属切削过程中,刀具与工件相互作用,产生切削变形、形成切屑、 产生切削力、切削热与切削温度、刀具磨损、卷屑与断屑等现象.为了保证产品加工质量、减少能耗、提升生产率、必须合理使用与设 计刀具、夹具和机床,必须研究切削过程,分析金属切削变形及其规律.第一节金属切削过程及切屑类型一、切屑形成过程及变形区的划分实验1:金属压缩实验金属试件受挤压时,在其内部产生主应力的同时,还将在与作用力大

3、致成45方向的斜截面内,产生最大切应力,在切应力到达屈服强度时 将在此方向剪切滑移.刀具切削时相当于局部挤压,使金属沿最大剪应力方向产生滑移.实验2:制作金属切削层变形图片如图2-1试验条件：选用塑性金属棒、爆炸别离车刀、车床、抛光机、显微镜、 视频卡及其相应软件、打印机等.观察图片发现：在刀具、工件、切屑接触区域,金属材料发生很大的 塑性变形.在图片上可绘制出金属切削层的滑移线和流线.流线表示切削层内某点在切削过程中的流动轨迹.切削层金属有三个变形区：第I变形区OAMO :塑性变形区.由于晶粒的位错滑移而形成.第II变形区：纤维化区.在切屑底部靠近前刀面处,纤维方向根本 上与前刀面平行.由于

4、切屑沿前刀面流出时,受前刀面挤压和摩擦阻力作 用,与前刀面接触的金属层再次产生剪切变形,使流动滞缓,流动滞缓的一层金属称为 滞流层,即第II变形区.第III变形区：已加工面与后刀面的接触局部.由于工件已加工面受 钝圆弧切削刃的挤压和后刀面的摩擦, 造成纤维化、加工硬化、变形与回 弹.三个变形区无明显分界,会聚在切削刃附近.二、第一变形区内金属变形特点见图2-2,考察任意一点P的流线,P点到达1位时,剪应力到达材 料屈服强度s,产生剪切滑移,P点在向前移动的同时,也沿起始滑移线 OA线滑移,合成运动使P点流动到2位,2-2'为其滑移量.P点依次到 达3、4点后,其流动方向与前刀面平行,不

5、再滑移,OM为终止滑移线.第I变形区的金属变形特点：沿滑移线的剪切滑移变形和加工硬化.一般地,第一变形区 OAMO的宽度很窄,仅为0.020.2mm,故用 OM剪切面滑移面表示.剪切面即第一变形区.见p24图2-7剪切角：剪切面和切削速度的夹角.三、切屑的类型与限制1.切屑类型图2-3当工件材料、切削条件不同时,切屑形状不同,分四种类型形成的条件与原因：切屑 旧材料 色切削用量刀具角度切削 平稳性切削力表向 粗糙度切削速度进给量切削厚度前角带状塑性较局较小较小较大最平稳小值小节状低速较大较大较小较平稳大较大粒状更低MtMt更小/、平稳取大值大崩碎脆性低大大小/、平稳大取大掌握其变化规律,就可以

6、限制切屑的变形、形态和尺寸,以实现断屑2.切屑的限制带状切屑连绵不断,易刮伤工件已加工外表,损伤刀具、夹具和机床;小片状切屑四处飞溅,威胁操作者平安.因此,必须采取有效举措,限制屑形及断屑.主要举措一一开断屑梢如图2-4、2-5所示.在前刀面上磨出断屑梢或使用压块式断屑器,截回形状折线型直线圆弧型用于加工碳钢、合金钢、工具钢和不 锈钢全圆弧型前角大加工塑性大的材料、用于重型刀具与主刃相对位置外斜式平行式用于粗加工内斜式用于半精加工和精加工?断屑梢尺寸有：梢宽、梢深或圆弧梢半径.?确定断屑梢尺寸的依据是：切屑厚度 hD.hD大时,梢宽大.辅助举措一一适当调整刀具工作角度、切削用量?增大Kr、减小

7、必使切削厚度hD增大,易断屑；?减小下,使根本变形增大,易断屑；?合理的刃倾角液以限制切屑流向,使其碰到刀具或工件 的适当部位,以使切屑折断；?增大f,使hD增大,卷曲时弯曲应力增大,易断屑；?增大Vc时,切屑根本变形减小,断屑变得困难.四、切削变形程度的定量表示1 .变形系数Ah如图2-6.切屑厚度hch大于工件上切削层厚度hD；而切屑长度Lch 小于切削层长度Lc.定义：厚度变形系数人八2=切屑厚度hch/切削层厚度hD>1长度变形系数Ah产切削层长度Lc/切屑长度Lch>1假设：工件上切削层材料变成切屑后,宽度不变,体积不变.因变化很小.因而,由截面积相等可推出两变形系数相等

8、hchLch = hDLc 即 hch/hD= Lc/Lch 即 Aha= Ahi 记为 Ah易于测量.试件长度Lc可精确测出,Lch可用细铜丝量出.2 . 剪切角剪切角与变形系数Ah的关系由图2-6可得Ah=hch/hD = OMsin(90- + *)/OMsin O= cos(一 p)/sin 可知：前角一定时,假设剪切角增大,那么剪切面积变小,变形系数减小,切削省力.假设刀具前角增大,那么剪切角增大,变形系数减小.但因剪切角测量不便,用得较少.五、前刀面上的摩擦与积屑瘤1.前刀面上的摩擦特性见图2-8(1)具有两种摩擦：外摩擦与内摩擦刀-屑接触区可分为滑动区和粘结区两局部.外摩擦：发生

9、在滑动区,为滑动摩擦,外摩擦力=摩擦系数x正压力,与接触面积无关.内摩擦：发生在粘结区,切削时由于高温高压作用,刀 -屑接触 面局部产生粘结(冷焊),形成很薄的滞流层(粘结层),导致粘结 层与其上层较软金属间的剪切滑移.粘结区产生的内摩擦力=工件材料剪切屈服应力sX粘结面积内摩擦力约占总摩擦力的 85%以上,远大于外摩擦力.因此,研究 刀-屑之间的摩擦问题,应以内摩擦为主.(2)前刀面上的平均摩擦系数1是变量由于区=总摩擦力/总正压力七内摩擦力/粘结区正压力= J 6 av切削温度升高,s略有下降；工件材料强度和硬度越高,或切削厚度越大或刀具前角越小,刀-屑间正压力 由v越大,摩擦系数越小.2

10、.积屑瘤积屑瘤中低速切削塑性金属、形成连续切屑时,在前刀面上粘着一个楔形硬 块.见图2-10积屑瘤的成因切削时由于高温高压作用,刀-屑接触面局部产生粘结冷焊,形成很 薄的滞流层粘结层,粘结区中粘结层不断层积,形成积屑瘤.积屑瘤特性?硬度高,约为工件的23倍,由于加工硬化而产生；?高度随切削速度不同而变,见图 2-9;切削速度低于3m/min时,由于摩擦系数小,切削温度低,无积屑瘤；在320m/min范围内提升,积屑瘤高度随着增加；在20m/min左右时,积屑瘤达最高；在2040m/minn范围内提升,积屑瘤逐渐消失；高于40m/min时,由于切削温度较高,无积屑瘤.?对于碳素钢,切削温度约为3

11、00c时,积屑瘤高度最大,500C 以上时趋于消失；?金相组织与工件材料相比未发生相变；?生成、逐渐长大、脱落,周期性发生.积屑瘤对加工质量的影响?增大刀具工作前角,减小切削变形；?伸出刃口,保护刀刃；?形成钝圆弧刃口,造成挤压和过切现象,降低加工精度；?易碎脱落,导致切削力波动而引起振动,碎瘤粘附在已加工表面,降低外表质量.精加工时,防止或减少积屑瘤的举措?采用低速高速钢刀具或高速硬质台金刀具切削；?适当增大刀具前角；?合理选用切削液,减小摩擦；?适当提升工件材料硬度,降低塑性.?减小进给量；?提升刃磨质量；?对于碳素钢,限制切削温度在 500c以上.六、 己加工外表的形成过程图2-11已加工外表的形成与第III变形区后面与工件接触区有关对已加工外表的形成起决定作用的两大因素：r b和VB.分析切屑形成过程时,假定刀刃是锋利的,但实际总有一钝圆半径r3刀具在切削后不久,后刀面因磨损,形成一段后角为 0的棱带VB.re使切削层厚度hD中有一局部/ hD无法沿剪切面OM方向滑移,而 是从O点向下沿OB滑移,即让切屑层金属在 O点别离.O点以上局部,由于剪切变形,沿前刀