[高等教育]第三章金属切削过程的基本理论课件

机械系机械系 主讲主讲 陆林侦陆林侦丽水机电建工学院丽水机电建工学院第三章第三章金属切削过程的基本理论金属切削过程的基本理论机械系主讲陆林侦丽水机电建工学院第三章金属切削过程的基1教学重点：教学重点：1 1、掌握金属切削过程中切削变形的过程。、掌握金属切削过程中切削变形的过程。2 2、切屑类型积屑瘤现象及影响因素。、切屑类型积屑瘤现象及影响因素。教学难点：教学难点：切削变形过程及切屑类型控制切削变形过程及切屑类型控制3.1金属切削层的变形金属切削层的变形丽水学院机械系丽水学院机械系教学重点：教学难点：3.1金属切削层的变形丽水学院机械系2n金属切削变形过程是指刀具从工件表面切除金属切削变形过程是指刀具从工件表面切除多余金属，形成切屑和已加工表面的过程。多余金属，形成切屑和已加工表面的过程。n在切削过程中切削的变形、切削力、切削热在切削过程中切削的变形、切削力、切削热和切削温度等现象和切削温度等现象.n对变形过程加以研究，找到基本变形规律，对变形过程加以研究，找到基本变形规律，对保证加工质量，提高生产率非常必要。对保证加工质量，提高生产率非常必要。丽水学院机械系丽水学院机械系金属切削变形过程是指刀具从工件表面切除多余金属，形成切屑和已3一、金属切削层的变形和切屑一、金属切削层的变形和切屑一、金属切削层的变形和切屑4n大量的实验表明，金属的切削过程是切削金属大量的实验表明，金属的切削过程是切削金属受到刀具受到刀具前刀面的推挤前刀面的推挤后产生的以后产生的以剪切滑移剪切滑移为为主的主的塑性变形过程塑性变形过程。丽水学院机械系丽水学院机械系大量的实验表明，金属的切削过程是切削金属受到刀具前刀面的推挤5一、金属切削层的变形和切削一、金属切削层的变形和切削一、金属切削层的变形和切削6n图3-1塑性金属的切屑形成过程丽水学院机械系丽水学院机械系图3-1塑性金属的切屑形成过程丽水学院机械系7丽水学院机械系丽水学院机械系丽水学院机械系8丽水学院机械系丽水学院机械系丽水学院机械系9切削变形滑移过程示意图切削变形滑移过程示意图工工 件件刀 具3.1.2变形程度的表示方法变形程度的表示方法切削变形滑移过程示意图工件刀具10二、切削过程中的三个变形区1.刀具挤压工件，产生变形刀具挤压工件，产生变形2.滑移滑移3.挤裂挤裂4.切离切离二、切削过程中的三个变形区1.刀具挤压工件，产生变形滑移3.11丽水学院机械系丽水学院机械系丽水学院机械系12二、切削变形区二、切削变形区第一变形区：（基本变形区）第一变形区：（基本变形区）OAOM之之间间的的区区域域，是是切切削削过过程程中中的的主主要要变变形形区区，是是切切削削力和切削热的主要来源。力和切削热的主要来源。主要特征：主要特征：剪切面的滑移变形剪切面的滑移变形第二变形区：第二变形区：切切屑屑底底层层与与前前刀刀面面之之间间的的摩摩擦擦变变形形区区。主主要要影影响响切切屑屑的的变变形形和积屑瘤的产生。和积屑瘤的产生。第三变形区第三变形区第二变形区第二变形区第一变形区第一变形区第三变形区：第三变形区：工工件件已已加加工工表表面面与与刀刀具具后后刀刀面面之之间间的挤压、摩擦变形区域。的挤压、摩擦变形区域。造成工件表面的纤维化与加工硬化。造成工件表面的纤维化与加工硬化。该该区区域域对对工工件件表表面面的的残残余余应应力力以以及及后刀面的磨损有很大的影响。后刀面的磨损有很大的影响。二、切削变形区第一变形区：（基本变形区）第二变形区：第三变形13第一变形区第一变形区n图中（AOM）为第一变形区。n第一变形区变形的主要特征是沿滑移面的剪切变形，以及随之产生的加工硬化。第一变形区的宽度仅为0.02-0.2mm，可以用一剪切面代替。丽水学院机械系丽水学院机械系第一变形区图中（AOM）为第一变形区。丽水学院机械系14丽水学院机械系丽水学院机械系塑性金属的切屑形成过程塑性金属的切屑形成过程丽水学院机械系塑性金属的切屑形成过程15切屑形成本质切屑形成本质在第一变形区中，切削变形的主要特征是切削层金属沿滑移面的剪切16 图滑移与切屑的伸长过程图滑移与切屑的伸长过程丽水学院机械系丽水学院机械系图滑移与切屑的伸长过程丽水学院机械系17n切屑的基本形态切屑的基本形态 1 1、带状切屑、带状切屑 2 2、节状切屑、节状切屑 3 3、粒状切屑、粒状切屑 4 4、崩碎切屑、崩碎切屑 3.2 切屑的种类和屑瘤的形成切屑的种类和屑瘤的形成切屑的基本形态3.2切屑的种类和屑瘤的形成18一、切屑的种类1.带状切屑：产生条件：产生条件：切削塑性材料、切削切削塑性材料、切削速度高、切削厚度较速度高、切削厚度较小、前角大。小、前角大。形状：形状：连连绵绵不不断断呈呈带带状状，切切屑屑底底面面很很光光滑滑而而背背面面呈毛茸状。呈毛茸状。形成原因：形成原因：切速高，切削层未及充分切速高，切削层未及充分变形即变为切屑，剪切面变形即变为切屑，剪切面上的应力还未达到破坏值，上的应力还未达到破坏值，因此只有塑性滑移而无断因此只有塑性滑移而无断裂；前角大，则刀具锋利；裂；前角大，则刀具锋利；hD小则切削力小。故易得小则切削力小。故易得带状切屑。带状切屑。特点：特点：切切削削过过程程变变形形小小，切切削削力力小小且且稳稳定定；已已加加工工表表面面粗粗糙糙度度低低。对对生产安全有危害。生产安全有危害。一、切屑的种类带状切屑：产生条件：形状：形成原因：特点：19高等教育第三章金属切削过程的基本理论课件20一、切屑的种类2.节状切屑：（挤裂切屑）节状切屑：（挤裂切屑）形状：形状：宏宏观观上上自自然然连连接接，但但外外表表面面呈呈锯锯齿齿形形，如竹节状。如竹节状。产生条件：产生条件：切削塑性材料、切切削塑性材料、切削速度中等、切削削速度中等、切削厚度较厚、前角较厚度较厚、前角较小。小。形成原因：形成原因：切切削削层层经经过过充充分分变变形形全全过过程程，最最后后被被挤裂。挤裂。特点：特点：切屑冷硬度高，脆且切屑冷硬度高，脆且易断，便于处理；易断，便于处理；变形相对较大，切削变形相对较大，切削力波动较大，易产生力波动较大，易产生振动；振动；已加工表面粗糙度较已加工表面粗糙度较高。高。一、切屑的种类节状切屑：（挤裂切屑）形状：产生条件：形成原因21高等教育第三章金属切削过程的基本理论课件22一、切屑的种类3.粒状切屑：粒状切屑：形状：形状：切切屑屑沿沿挤挤裂裂面面完完全全断断开开成成单单元元状。状。产生条件：产生条件：材材料料塑塑性性很很差差、切切速速低低、hD大大、前角小。前角小。形成原因：形成原因：整整个个剪剪切切面面上上剪剪应应力力超超过过材材料料的的破坏强度极限。破坏强度极限。特点：特点：切切削削力力波波动动很很大大，有有振振动动；已已加加工工表表面面非非常常粗粗糙糙，且有振纹。且有振纹。一、切屑的种类粒状切屑：形状：产生条件：形成原因：特点：23高等教育第三章金属切削过程的基本理论课件24一、切屑的种类4.蹦碎切屑：蹦碎切屑：形状：形状：切切屑屑呈呈不不规规则则的碎块状。的碎块状。产生条件：产生条件：切削脆性材料。切削脆性材料。形成原因：形成原因：材材料料塑塑性性差差，抗抗拉拉强强度度低低，受受前前刀刀面面挤挤压压时时几几乎乎没没有有塑塑性性变变形形便便脆脆断断成成不不规则的碎块。规则的碎块。特点：特点：切切削削过过程程不不平平稳稳，切切削削力力波波动动大大，有有冲冲击击，振振动动大大，已已加工表面粗糙。加工表面粗糙。一、切屑的种类蹦碎切屑：形状：产生条件：形成原因：特点：25一、切屑的种类一、切屑的种类一、切屑的种类一、切屑的种类前三种是切前三种是切塑性材料塑性材料时时切脆性材料脆性材料时vf ap0 0 1、带状切屑、带状切屑2、节状切屑、节状切屑3、粒状切屑、粒状切屑4、崩碎切屑、崩碎切屑一、切屑的种类前三种是切塑性材料时切脆性材料26一、切屑的种类一、切屑的种类带状切屑Real节状切屑Real粒状切屑Real崩碎切屑Real图3-6 切屑形态照片一、切屑的种类带状切屑Real节状切屑Real粒状切屑Rea27切屑形状切屑形状切屑形状切屑形状1.带状切屑带状切屑2.管状切屑管状切屑3.盘旋状切屑盘旋状切屑4.外形螺旋切屑外形螺旋切屑5.锥形螺旋切屑锥形螺旋切屑6.弧形切屑弧形切屑7.单元切屑单元切屑8.针形切屑针形切屑切屑形状1.带状切屑2.管状切屑3.盘旋状切屑4.外形螺旋切28对切屑流向有影响的角度对切屑流向有影响的角度-刃倾角刃倾角 s s0 0切屑流向待加工表面切屑流向待加工表面对切屑流向有影响的角度-刃倾角s0切屑流29高等教育第三章金属切削过程的基本理论课件30 断屑措施断屑措施断屑措施断屑措施1.作出卷屑槽作出卷屑槽常见卷屑槽有三种：常见卷屑槽有三种：直线圆弧型直线圆弧型折线型折线型全圆弧型全圆弧型适用场合：适用场合：加工碳钢、合金钢、工具钢和不锈钢加工碳钢、合金钢、工具钢和不锈钢加工塑性高的金属材料加工塑性高的金属材料和重型刀具和重型刀具断屑措施1.作出卷屑槽常见卷屑槽有三种：直线圆弧型折线型全31切屑受力后卷曲切屑受力后卷曲影响卷曲半径参数影响卷曲半径参数切屑的折断切屑的折断丽水学院机械系丽水学院机械系切屑受力后卷曲影响卷曲半径参数切屑的折断丽水学院机械系32切屑类型切屑类型带状切屑Real节状切屑Real粒状切屑Real崩碎切屑Real图3-6 切屑形态照片切屑类型带状切屑Real节状切屑Real粒状切屑Real崩碎333.2.2 积屑的形成及其对切削过程的影响积屑的形成及其对切削过程的影响1.积屑瘤现象积屑瘤现象：切削钢、球墨铸铁、铝合金等切削钢、球墨铸铁、铝合金等塑塑性性金属时金属时,在切削速度不高在切削速度不高,而又能形而又能形成带状切削的情况下，常常有一些从成带状切削的情况下，常常有一些从切切屑和工件上来的金属冷焊屑和工件上来的金属冷焊(粘结粘结)并并沉积在前刀面上沉积在前刀面上,形成硬度很高的形成硬度很高的楔楔块块,它能够代替刀面和切削刃进行切它能够代替刀面和切削刃进行切削削,这一硬块称为这一硬块称为积屑瘤积屑瘤.在形成积屑在形成积屑瘤的条件下瘤的条件下,开始切削后开始切削后,只经过很短只经过很短的切削行程积屑瘤便出现的切削行程积屑瘤便出现,继而长大。继而长大。3.2.2积屑的形成及其对切削过程的影响1.积屑瘤现象34 什么是积屑瘤什么是积屑瘤n塑性金属切削层材料经第一变形区后经前刀面排出。这是由于受前面的挤压和摩擦进一步加剧变形，在靠近前面处形成第二变形区即摩摩擦擦区区。n摩摩擦擦区区的的特特征征：使切屑底层靠近前面处纤维化，流动速度减缓，甚至会停滞在前刀面上（实质上就是滞留层）；切屑弯曲，有摩擦而产生的热量使切屑与刀具接触面温度升高等。n滞滞留留层层的的特特点点：滞留层的变形程度要比上层剧烈，约几倍到几十倍，厚度一般约占切屑厚度的1/81/9。3.2.2 积屑的形成及其对切削过程的影响积屑的形成及其对切削过程的影响什么是积屑瘤塑性金属切削层材料经第一变形区后经前刀面排出。352.积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削过程的影响“在在一一定定的的温温度度和和压压力力下下,切切削削塑塑性性金金属属时时,切切屑屑底底层层与与前前刀刀面面嵌嵌入入式式结结合合发发生生冷冷焊焊现现象象,使使一一部部分分切切屑屑粘粘结结在在前前刀刀面上面上,形成积屑瘤形成积屑瘤”。1.特点：特点：硬硬度度是是工工件件材材料料的的23.5倍倍，可可以以代代替替刀具切削。刀具切削。周周而而复复始始的的生生长长、脱脱落。落。2.产生条件：产生条件：切削塑性材料。切削塑性材料。切切削削区区的的温温度度、压压力力和和界界面面状状况况符符合合在在刀刀面上发生冷焊的条件。面上发生冷焊的条件。3.对切削过程的影响：对切削过程的影响：积积屑屑瘤瘤代代替替刀刀刃刃进进行行切切削削，保保护护了刀刃，增大了前角。了刀刃，增大了前角。积积屑屑瘤瘤形形状状不不规规则则，频频繁繁生生长长脱脱落，影响尺寸精度和表面质量。落，影响尺寸精度和表面质量。故：故：粗粗加加工工时时可可人人为为控控制制积积屑屑瘤瘤的的生生长，使积屑瘤能稳定存在。长，使积屑瘤能稳定存在。精加工时应抑制积屑瘤的产生。精加工时应抑制积屑瘤的产生。2.积屑瘤对切削过程的影响“在一定的温度和压力下,切削塑性金36积屑瘤外形尺寸积屑瘤外形尺寸加工条件：工件加工条件：工件45钢、刀具钢、刀具W18Cr4V、0 0=5=5、Vc=20mminVc=20mmin、f=0.23mmrf=0.23mmr积屑瘤外形尺寸37n积屑瘤的不利因素：积屑瘤的不利因素：n积积屑屑瘤瘤不不稳稳定定时时（脱脱落落时时），有有可可能能使使脆脆性性刀具颗粒剥落，反而刀具颗粒剥落，反而加剧刀具磨损加剧刀具磨损；n产产生生积积屑屑瘤瘤后后使使切切削削厚厚度度增增大大 ac值值，影影响响工工件尺寸精度件尺寸精度；n当当积积清清瘤瘤不不稳稳定定时时，由由于于积积屑屑瘤瘤产产生生成成长长脱落周期动态变化，脱落周期动态变化，易引起振动易引起振动；n脱脱落落的的积积屑屑瘤瘤碎碎片片影影响响工工件件表表面面粗粗糙糙度度，也也易划伤刀具使易划伤刀具使耐用度降低耐用度降低丽水学院机械系丽水学院机械系积屑瘤的不利因素：丽水学院机械系38n积屑瘤的作用：积屑瘤的作用：n积屑瘤的有利方面：积屑瘤的有利方面：n可可增增大大实实际际前前角角，减减少少变变形形和和切切削力；削力；n可保护切削刃、降低刀具磨损。可保护切削刃、降低刀具磨损。丽水学院机械系丽水学院机械系积屑瘤的作用：丽水学院机械系39 结论结论:积屑瘤对粗加工是有利的。对于精加工则相反积屑瘤对粗加工是有利的。对于精加工则相反,精加工要精加工要求较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度求较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度,可是积屑瘤降低尺寸精度可是积屑瘤降低尺寸精度和增大已加工表面粗糙度。所以和增大已加工表面粗糙度。所以,积屑瘤对精加工是不利的。积屑瘤对精加工是不利的。刀刀屑因摩擦而导致的屑因摩擦而导致的冷焊冷焊是积屑瘤的成因。虽然刀是积屑瘤的成因。虽然刀屑的屑的冷焊是积屑瘤的成因冷焊是积屑瘤的成因,但是仍须同时但是仍须同时存在适当的切削温度（中碳钢存在适当的切削温度（中碳钢300300最高，超最高，超500500消失）消失）,积屑瘤才得以形成。积屑瘤才得以形成。积屑瘤对切削过程的积屑瘤对切削过程的影响影响：1）保护刀具）保护刀具3.积屑瘤的成因：积屑瘤的成因：2）增大前角）增大前角3）增大切削厚度）增大切削厚度4）增大已加工表面粗糙度）增大已加工表面粗糙度0e0e结论:积屑瘤对粗加工是有利的。对于精加工则相反403.2.2 积屑瘤的积屑瘤的控制措施提高前刀面的光滑程度；提高工件的硬度，降低塑性；采用合适的切削液；避开积屑瘤产生的速度范围。3.2.2积屑瘤的控制措施提高前刀面的光滑程度；41抑制或消除积屑瘤的抑制或消除积屑瘤的措施措施：1）高速或低速切削）高速或低速切削2）减小进给量、增大刀具前角）减小进给量、增大刀具前角3）合理调整各切削参数值，防止形成中温区域。）合理调整各切削参数值，防止形成中温区域。丽水学院机械系丽水学院机械系抑制或消除积屑瘤的措施：1）高速或低速切削2）减小进给量、增42本章作业n第35页n第1,3,4题n谢谢合作丽水学院机械系丽水学院机械系本章作业第35页丽水学院机械系43谢谢 谢！谢！丽水学院机械系丽水学院机械系谢谢！本章结束丽水学院机械系44