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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 切削过程及控制,是指用刀具从工件表面上切去多余的金属，形成已加工表面的过程。,也是工件的切削层在刀具前面挤压下产生塑形变形，形成切屑而被排除的过程。,何谓金属切削过程,切削过程中的切削力、切削热、刀具磨损等物理现象，都与金属的变形及其变化规律有着密切的关系。,都是以切屑形成过程为基础。,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,一、切屑的形成过程,在切削塑形金属时，切屑的形成过程可比作推挤一叠卡片的变化过程。,形成切屑,底部膨胀,剪切滑移,金属切削过程是：,切削层在刀具前刀面的挤压下，产生以剪切滑移为主的塑性变形，形成切屑和已加工表面的过程。,二、 三个变形区,切削层的滑移线和流线示意图,1.,第一变形区,从,OA,线开始发生塑性变形，到,OM,线晶粒的剪切滑移基本完成所围区域。,2.,第二变形区,切屑排出时受到前刀面的挤压和摩擦，靠近前刀面处的金属纤维化，其方向基本上与前刀面平行区域。,3.,第三变形区,已加工表面受到刀刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦与回弹，造成纤维化与加工硬化的部分。,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,金属切削层的滑移线和流线示意图,三个变形区在刀刃附近，切削层金属的大部分变成切屑，很小部分留在已加工表面。,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,三、 第一变形区内金属的剪切变形,切削过程中，切削层金属几乎都要在第一变形区里受到塑性变形，而形成切屑。,故第一变形区是最重要的变形区。,第一变形区的变形特征：,金属切削层沿滑移线的,剪切滑移变形,，以及随之产生的,加工硬化,。,塑变流动,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,从金属晶体结构而言，,第一变形区沿滑移线的剪切变形就是沿晶格晶面的滑移。,在第二变形区内，切屑底层金属受摩擦挤压后的塑性变形及晶粒纤维化。,晶粒纤维化方向,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,四、变形程度的表示方法,1.,剪切角,一般第一变形区的宽度仅为,0.020.2mm,，,可用一个剪切面来表示,。,剪切角,是第一变形的剪切面和切削速度方向的夹角。,剪切角,的变化与切削变形、切削力有着密切的关系，代表了变形的程度。,因为,减小，切屑变厚、变短，变形系数,增大，切削费力。,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,刀具,始滑移线,切屑,O,A,M,终滑移线,剪切角,切屑形成的金相照片,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,2.,变形系数,切削层塑变后，厚度增加，长度缩小，宽度基本不变。即,切屑厚度,a,ch,大于切削厚度,a,c,，,切屑长度,l,ch,小于切削长度,l,c,。,切削层的厚度变形系数,c,、长度变形系数,l,分别为,：,得出,与,的关系为：,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,五、前刀面的挤压摩擦与切削变形,第二变形区内，变形切削层经过剪切滑移变形后，沿着刀面方向排出时，受到刀面的挤压与摩擦进一步变形。,第二变形区的变形特征：,靠近刀面处的切屑底层纤维化，切屑流动速度减缓；,切屑底层处温度升高，其纤维化的晶粒拉长，,形成切屑卷曲。,该变形集中在与前刀面摩擦的切屑底部薄层,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,1.,作用在切屑上的力,前刀面上的法向力,F,n,和摩擦力,F,f,。,剪切面上的正压力,F,ns,和剪压力,F,s,。,这两对力的合力应当相互平衡。,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,F,r,为,F,n,和,F,f,的合力，,为,F,n,和,F,r,的夹角（摩擦角）。,F,z,为切削运动方向分力，,F,y,为与切削运动方向垂直的分力。考虑前角,o,、,切削面积,A,c,、剪切面面积,A,s,、剪切角,等因素，得：,为前刀面上的平均摩擦系数,。,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,2.,剪切角,与,切削变形,根据主应力方向与最大剪应力方向之间夹角为,45,0,的原理确定,得,：,结论,前角,o,增大，剪切角,随之增大，变形,减小。因此增大,o,，,有利于改善切削过程。,摩擦角,增大,，剪切角,随之减小，变形,增大,。应采用切削液,等,来减小摩擦。,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,六、切屑的种类及控制,工件材料不同，切削条件不同，则切削变形的程度不同，所产生的切屑形态也不同。切屑的形态如图所示：,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,形成原因：,带状切屑一般在加工塑性金属材料，切削厚度较小，切削速度较高，刀具前角较大时得到。,1.,带状切屑,切屑的内表面是光滑的，外表面是毛茸状的，每个层片很薄，肉眼看起来大体上平整。,切削特点：,带状切屑的切削过程比较平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,又称挤裂切屑，其外弧表面呈锯齿形，内弧表面有时有裂纹。,2.,节状切屑,形成原因,节状切屑大都在加工塑性材料，且切削速度较低、切屑厚度较大的情况下产生。,3.,粒状切屑,又称单元切屑，其形状为相似的梯形粒状。,形成原因,粒状切屑是在剪切面上的剪应力超过材料的破裂强度，整个单元被切离而形成。,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,4.,崩碎切屑,切削中，切削层靠近切削刃和前刀面的局部金属，未经明显的塑性变形就在张应力状态下脆断，形成不规则的碎块切屑。同时使工件加工表面凹凸不平。,注意：,工件材料越是硬脆，切削厚度越大，越容易产生崩碎切屑。,崩碎切屑,是指不规则的碎块状切屑。,形成原因,切削脆性金属（如铸铁）时，材料塑性很小，抗拉强度较低。,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,生产中常见的是带状切屑，当切削厚度增大时，得到节状切屑，单元切屑比较少见。,切屑的形态可随切削条件而转化，如：,加大前角、减小切削厚度、提高切削速度，可使节状切屑转变为带状切屑。,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,七、积屑瘤及其对切削过程的影响,1.,何谓积屑瘤,在中低速切削钢、球墨铸铁、铝合金等塑性金属，又能形成带状切削的情况下，,常出现切屑和金属切削层冷焊（粘接）在刀具前刀面上，形成硬度很高的楔块。,能够代替切削刃进行切削。这种硬楔块称为积屑瘤。,积屑瘤,刀具,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,2.,积屑瘤的形成原因,刀,-,屑摩擦而导致冷焊,造成积屑瘤,切削时，切屑和前刀面之间存在着很大的压力，当切屑从前刀面滑出时，发生强烈的滑动摩擦，温度升高，加速了刀,-,屑间的相互元素扩散，形成很薄的冷焊新合金层。随着切屑连续流动，一部分滞留在冷焊层上，积聚而形成积屑瘤。,积屑瘤,刀具,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,3.,积屑瘤对切削过程的影响,（,1,）保护刀具,积屑瘤包围着切削刃，并覆盖部分前刀面，能代替刀刃和刀面切削，减小了刀具的磨损。,（,2,）增大前角,积屑瘤构成,30,0,左右的前角，因此，减少了切屑的变形，降低了切削力。,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,减小积屑瘤对精加工的影响：,控制切削速度；使用切削液减小摩擦；增大刀具前角，减小刀屑接触区压力；提高工件材料，减少加工硬化倾向,。,（,3,） 增大切削厚度,因积屑瘤前端伸出切削刃之外，使切削厚度增大了,a,c,，,从而影响了工件的加工尺寸。,（,4,） 增大已加工表面粗糙度,积屑瘤使工件加工表面粗糙度,R,a,达到,510,m,。,因积屑瘤能使切削力减小而降低能量耗损，,故积屑瘤对粗加工有利。,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,八、影响切削变形的因素,从切削变形过程已知，凡是能影响前刀面摩擦系数的因素都会影响切削变形（切屑变形）。,切削变形理论的,三个重要公式：,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,1.,工件材料的影响,工件材料的强度和硬度,，则刀,-,屑接触长度,，摩擦系数,，则,变形系数,，切削变形,。,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,2.,刀具前角的影响,前角,o,，直接使,剪切角,，,变形系数,；,前角,o,，切削力,，法应力,，,摩擦系数,，,，,但,o,的影响大于,的影响,。,切削厚度,a,c,，剪切角,，摩擦系数,，故,变形系数,，切削变形,。,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,3.,切削速度的影响,当,v,22m/min,时,，,v,，因积屑瘤使,b,，,故,，,切屑变形,。,当,22,v,84,时，,v,，,温度,，切屑底层金属,s,故,，切屑变形,。,4.,切削厚度的影响,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,九、已加工表面的形成过程,已加工表面的形成过程与第三变形区密切相关，存在加工硬化和残余应力。,1.,刀具钝圆半径的影响,在实际切削过程中,，由于刀具钝圆半径的作用，切削层金属在,O,点处分离，,O,点以上部分成为切屑沿前刀面流出，,O,点以下部分经过刀刃钝圆处挤压留在已加工表面上。,h,D,h,D,h,o,B,D,C,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,2.,刀具后刀面棱角的影响,由于刀具切削后不久，后刀面上会因磨损而形成一段后角为,0,0,的棱带,VB,。,当部分切削层经过刀刃钝圆部分,B,点后,，又受到这段棱带的挤压和摩擦，随后开始弹性恢复。,3.,刀具后刀面,CD,段的,摩擦影响,经弹性恢复的已加工表面，,又在,CD,段继续与后刀面产生摩擦。,第三章 切削过程及控制,第一节 切削过程及切屑类型,表层剧烈的塑性变形造成加工硬化和残余应力，,影响已加工表面的质量和工件的疲劳强度；同时也增加了下道工序加工的困难及刀具磨损。,所以应尽量减轻已加工表面的加工硬化程度。,由于刀刃钝圆,、棱带,VB,、,CD,部分先后与工件已加工表面挤压、摩擦，使已加工表面层的变形更加剧烈。,
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