第三章 金属切削过程的基本理论 - 上.ppt

1、教育目的和要求：通过本章的学习，了解金属切削变形、切削力、切削热量和刀具的破损和磨损原因、刀具耐久性的基本概念。教学内容摘要：本章主要介绍了切削变形区域、变形程度的表示方法、切削力的来源和影响因素。切削热的产生和发射、计算、对切削加工的影响刀具磨损和破损的形式、磨损的原因以及刀具耐久性的选择。教育重点和难点：重点关注如何表示切削变形程度、碎屑类型和碎屑原因、切削力的影响因素、切削热量计算和影响因素分析、刀具磨损和破损的原因、刀具耐久性选择。困难是切削变形、切削力和切削热影响因素分析。可以研究、掌握和灵活应用金属切削的基本理论，对有效控制切削过程，保证加工精度和表面质量，提高切削效率，降低生产成

2、本，合理改善，设计刀具几何参数，减少工人劳动强度具有重要的指导意义。在金属切削工艺中，刀具切削工件和工件材料始终抵抗切削的矛盾，从而产生一系列物理现象，如切削变形、切削力、切削热和切削温度、刀具的磨损和刀具寿命、屑和屑屑。1，碎屑形成过程及碎屑类型，(1)碎屑形成过程，切削金属形成碎屑的过程类似于金属材料被挤压的过程。产生塑料变形产生剪切滑移的变形过程。例如第一节金属切削层的变形、压缩变形后在45o方向开裂、(a)压缩、塑料金属压缩时、随着外力的增加，金属使弹性变形、塑性变形、金属晶格滑动、(b)切割、直角自由切削。金属切削层的变形和芯片，金属切削过程类似于挤压过程。切割可塑性金属时：1)金属

3、被前刀面挤压，从起始滑动面(OA)向左产生弹性变形。2)应力逐渐增大，AOE内发生塑性变形。3)应力达到强度限制，在最终滑动面(OE)上发生剪切滑动。4)在最终滑动面(OE)以上，金属被切割，形成碎屑。塑料金属的切削过程要经历四个阶段：弹性变形、塑性变形、剪切滑移和切削过程。剪切塑料金属的三个变形区域，(1)第一个变形区域，OA起始滑移线OM结束滑移线，变形的主要特征：剪切滑动变形加工硬化，一般速度范围内一个区域的宽度为0.020.2mm，速度越高，宽度越小，可以通过剖切面看到。(挤压摩擦区)，(3)第三变形区，加工表面因切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦而产生变形和回弹，从而导致纤维化和加工

4、硬化。(挤压摩擦回弹区域)，刀刃前区域：三个变形区域聚集在切削刃附近。其中应力集中且复杂，切削层与工件本体材料分离。刀刃钝时加工表面的形成过程：绝对滑动S相对滑动变形系数剪切角度，2，表示金属切削变形量的方法，1。绝对滑动切削层长度LC与芯片长度lch的比率称为长度变形系数，表示为l，l=l/lc。变形系数越大，碎屑越厚，越短，切削变形越大。2 .变形系数、剪切角度：剪切角度是生成金属切削层中发生的剪切滑动的特定参数。=45- 0刀和碎屑界面的摩擦角()；tan=；刀和碎屑界面的摩擦系数。如果刀和碎屑界面出现粘合层和滞留层，则值(内部摩擦)比一般外部摩擦大得多。剪切角剪切区域变形程度切削力。剪

5、切角度变形系数、影响切削变形和前刀具摩擦系数的主要因素、工件材料切削厚度刀具的前角度切削速度进给量以上的五个因素是影响前刀具摩擦系数的主要因素。切削厚度AC增加时，10钢AC从0.1mm略微下降到0.18mm，从0.74略微下降到0.72。切削厚度：增加切削厚度、增加正应力、减少少许、减少变形系数、=s/av、工件材料：增加、减少值、减少变形系数、工作材料的强度、硬度增加、切削温度增加、摩擦系数减少、剪切角度增加，因此切削强度、切削塑性高的材料变形大。前角度对变形系数的影响，前角度0的增加，剪切角度的增加，变形系数的减少，从而减小芯片变形。前角度对摩擦系数的影响，前角度0的增加，摩擦系数的增加

6、，切削速度：V的增加，值先上升后下降，切削速度对变形系数的影响，以中碳钢为例。VC继续增长，超过40m/min。随着切削温度的逐渐升高，摩擦系数减小，变形系数H减小。vc在320m/min范围内增加，随着切屑高度的增加，刀具的实际前角度增加，剪切角度增大，因此变形系数H减小，vc20m/min中的H值最小，VC在20 40m/min范围内增大，切屑逐渐消失，高速时切削层的力小，切削速度快，切削变形不足，芯片变形减小，进给对变形系数的影响，双节屑类型，带状芯片形状特征：内部表面光滑，外部表面松软。形成条件：大前角刀具，切削速度高，进给速度小，加工塑料材料的优点：加工过程平稳，切削力波动小，加工表

7、面粗糙度小。缺点：碎屑连续、不安全或可能刮削加工的表面，必须采取碎屑措施。挤压(切屑)芯片形状特征：刀接触面开裂，外表面锯齿。形成条件：切削速度低，进给速度大，刀具前角度小，中等硬度粗加工的钢材料特性：切削力波动大，工件表面粗糙，胞(粒状)屑由挤压(断面)屑引起，进一步降低切削速度，提高进给速度，减小前角度时出现；屑：铸铁，黄铜刀具前角小，进给大，容易产生这种屑，产生屑时切削和切削力集中在主切削边和刀尖附近，刀具容易倒塌，刀尖容易磨损，容易发生振动，影响表面质量。芯片控制，1)芯片形状，2)轧辊和芯片，(a)显微肿瘤是什么，当微片沿刀具的前刀流动时，在特定温度和压力下与前刀面接触的芯片底部摩擦

8、阻力很大，从而导致此金属层的流出目前，当刀的停留层的摩擦阻力超过碎屑材料的内部结合力时，一些金属粘合或冷焊会焊接在切削刃附近，形成碎屑物种。(2)碎屑物种类的形成原因，(3)对碎屑纸切割过程的影响，碎屑物种类的硬度高于工件材料的硬度，可以代替切削刃进行切削，起到保护切削刃的作用。增加实际前角，切口轻快。因此，粗加工时可以使用碎屑。碎屑肿瘤的顶部延伸到切削刃外，不断生成和脱落，切削层的公称厚度发生变化，影响尺寸精度。此外，切削力发生变化，可能产生振动，部分碎屑附着在工件的加工表面，增加表面粗糙度，可能发生刀具磨损。结束时要尽量避免碎屑物种的发生。以45钢切削为例，因为切削速度通过切削温度影响切削

9、屑。在低速vc3m/min和高速vc60m/min范围内，摩擦系数小，不易形成碎屑。使用高润滑切削液减少摩擦和粘合。适当增加刀具的前角度，减少切削变形。通过适当的热处理，提高工件材料的硬度，降低塑性，减少加工硬化倾向。(4)抑制或去除碎屑肿瘤的措施，三节切削力，切削过程中刀具应用于工件，使工件材料变形，使过剩材料倾斜所需的力称为切削力。1 .切削力的来源，切削力来自金属切削过程中加工材料的弹性、塑性变形阻力、工具与工件、工具与芯片之间的摩擦阻力。通常将力F分解为徐璐垂直的三个分力(切削力Fc、力Ff和反向力Fp)。主运动方向上总切削力的分力，约占总切削力的80%。Fc消耗最大的功率大约占总功率

10、的90%，是电脑床切削功率、机械马达选项、机器主轴检查、机械零件设计、刀具强度计算等必要参数。垂直于工作平面的总切削力的分力，Fp不消耗功率。但是，工件容易变形，还可能发生振动，影响工件的加工精度。加工精度分析、工艺系统刚度计算和工艺系统振动分析所需的参数。总切削力是进给方向的分力，进给力也起作用，但只占整个工作的1%5%。机器进给机构设计、检查、计算机床进给功率的必需参数，切削功率计算Pc用于计算加工成本和计算能耗，在机床设计过程中，根据此选择机器主电动机功率。主运动消耗的切削功率PcFcc/6010-3 (kW)机械马达功率PE=Pcm(m0.750. 85)。单位切削力表示单位切削区域的

11、主切削力，用p表示。N/mm2 P=Fz/Ac=Fz/(f AP)格式中的Fz主切削力(n)；交流切削区域(mm2)；Ap背刀(mm) f进给(mm)，以单位切削力计算主切削力，KC=fc/ad=fc/(APF)=fc/(bdhd)(3-12)式ApF -进给(mm/r)；Hd -切削厚度(mm)；Bd -切削宽度(mm)。已知单位切割KC，寻找主切削力Fc Fc=kcapf=kchDbD，1。工件材料主要是工件材料的强度、硬度和塑性。材料的强度和硬度越高，屈服强度越高，切削力越大。强度、硬度相似时材料的可塑性，韧性越大，刀具前面的平均摩擦系数越大，切削力也越大。2 .切削量、进给F和背墨量A

12、P增加，切削力Fc增加。图3- 19切削速度对切削力的影响，切削速度在520m/min区域内增加，刨花高度逐渐增加，切削力减小。切削速度在2035m/min范围内持续增加，碎屑消失，切削力增加。如果切削速度大于35m/min，则切削温度上升将减小摩擦系数，切削力下降。如果一般切削速度超过90m/min，切削力不会发生太大变化。切削脆性金属工件材料时塑性变形小，刀片界面摩擦小，因此切削速度C对切削力Fc影响不大。在实际生产中，如果具有刀具材料和机械性能许可证，则使用高速切削可以提高生产率并减少切削力。前角度的影响： o切削变形切削力(塑料材料)，3 .刀具几何参数、负倒角的影响、主偏角对切削力的

13、影响、FyFxycosr；FxFxysinr主偏转R增加时，Fy减少，Fx增加。、叶片倾角对切削力的影响、后刀具磨损对切削力的影响、刀具材料对切削力的影响、刀具材料对切削力的影响较小，但由于徐璐不同刀具材料和工件材料之间的摩擦系数不同，切削力也有一定的影响、切削力对切削力的影响、以冷却为主的水溶液对切削力的影响很小，而润滑性能好的切削力可以减少摩擦和塑性变形，因此可以显着降低切削力。其他因子刀具边面：要减小Fy，必须选择较小的宽度。刀具圆弧半径：增加、切削变形、摩擦增加、切削力增加刀具磨损：后刀具磨损增加、刀具变钝、工件挤压、摩擦增加、切削力增加。1金属切削变形过程研究的重要性是什么？2研究金属切削变形过程的实验方法是什么？3如何划分金属切削变形区？4第一个变形区域发生了什么变形？5如何测量金属切削变形量？6碎屑是什么样的？各种碎屑的特征是什么？各种碎屑是在什么情