第三章-金属切削过程-修改

LOGO第三章金属切削过程金属切削过程一切削过程基本规律二切削过程基本规律应用二一三本节教学内容第三章金属切削过程第一节金属切削过程利用刀具从工件上切下多余的金属层，形成切屑和已加工表面的过程，称为切削过程。一、切削层及其参数第一节金属切削过程切削过程中，由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层。切削层的截面尺寸称为切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr内度量。切削层参数1.切削厚度ac（切削层公称厚度hD）过主切削刃上选定点，在基面内测量的垂直于加工表面的切削层尺寸，单位为mm。rcfasin切削层参数2.切削宽度aw（切削层公称宽度bD）过主切削刃上选定点，在基面内测量的平行于加工表面的切削层尺寸，单位为mm。rpwaasin可见，在f和αp一定的条件下，主偏角κr越大，切削厚度ac越大，切削宽度aw越小，当κr=90°时，ac=f，aw=αp，切削层为一矩形。3.切削面积Ac(切削层公称横截面积AD)过主切削刃上选定点，在基面内测量的切削层横截面面积，单位为mm2。切削层参数pwccfaaaA1.切削厚度ac(λs=0)ac＝fsinκr2.切削宽度awaw＝ap/sinκr3.切削层面积Ac(=0)Ac＝acaw＝fap'rκ金属切削过程与金属受压缩过程比较：二、切削过程a）压缩b）切削下图a所示,塑性金属受压缩时,随着外力的增加,金属先后产生弹性变形、塑性变形,并使金属晶格产生滑移,而后断裂。下图b所示,以直角自由切削为例,如果忽略了摩擦、温度和应变速度的影响,金属切削过程如同压缩过程,切削层受刀具挤压后也产生塑性变形。切削过程第Ⅰ变形区第Ⅲ变形区第Ⅱ变形区金属切削过程中的滑移线和流线示意图二、切削过程OA—始滑移线；OM—终滑移线（1）第Ⅰ变形区的变形特征金属的剪切滑移变形一般速度范围内，第Ⅰ变形区的宽度为0.02～0.2mm。速度越高，宽度越小，可看作一个平面——剪切面。剪切面与切削速度vc方向之间的夹角称为剪切角Φ。1.第Ⅰ变形区切屑根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：τ=τsΦ剪切角第Ⅰ变形区的变形剪切面金属切削过程变形系数ξ（2）变形程度的表示方法变形系数是通过切屑外形尺寸变化来衡量变形大小的。变形系数ξ表示切屑收缩的程度,即:1cchchcaall变形系数的计算sin)cos(sin)cos(0occhOMOMaa（2）变形程度的表示方法90090由上式可知：φ越大，γo越大，则ξ越小。该方法简便，但很粗略，有时不能反映剪切变形的真实情况，因而有必要研究标志变形程度的其他方法。（2）变形程度的表示方法相对滑移εys（2）变形程度的表示方法切削过程中金属变形的主要形式是剪切滑移，采用“相对滑移——单位厚度上的剪切滑移量”来衡量变形程度应该是比较合理的。当平行四边形OHNM发生剪切滑移变形后，变为OGPM，其相对滑移为MKKPNKMKNPys)tan(coto（2）变形程度的表示方法相对滑移ε的计算金属切削过程由上式知：φ越大，γo越大，则ε越小，变形也越小。（2）变形程度的表示方法综上所述，ξ主要从塑性压缩方面分析，而ε主要是从剪切变形考虑的，所以，ε与ξ都只能近似表示变形程度的大小。相对来讲，ε能比较真实地反映变形的程度。2.第Ⅱ变形区（1）第Ⅱ变形区的变形此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。2.第Ⅱ变形区刀-屑接触区可分两部分：粘接区lf1:高温高压—材料软化—微熔—底层金属在钱刀面上滞留、粘结（内摩擦）。滑动区lf2:切屑即将脱离前刀面，切屑底层与前刀面间只是突出的点接触（外摩擦）。一般内摩擦力约占总摩擦力的85%在中速切削塑性金属材料，形成带状切屑的情况下，常常在刀具前刀面近切削刃处粘结或冷焊有硬度很高的楔块，这一小楔块称为积屑瘤。（2）积屑瘤积屑瘤（2）积屑瘤积屑瘤对切削过程的影响（1）代替刀具切削，保护刀具（2）增大前角，减小切削变形和力（3）增大切削厚度，影响工件的尺寸精度（4）增大已加工表面粗糙度影响积屑瘤产生的因素（2）积屑瘤积屑瘤的形成主要决定于切削温度以及接触面的压力、粗糙程度、粘结程度等。这些因素与以下切削条件有关。工件材料的塑性越好，刀屑之间的接触长度lf越大，摩擦系数μ越大，切削温度越高，就越容易产生粘结，易产生积屑瘤。1）工件材料前角γo越大，刀具和切屑之间的接触长度lf就越小，摩擦越小，所以不易产生积屑瘤。2）前角3）进给量进给量减小，ac减小，切屑与前刀面接触长度lf减小，摩擦系数减小，切削温度降低，不易产生积屑瘤。（2）积屑瘤4）切削速度在低速切削（vc≤3m／min）中碳钢时，切削温度较低；而在高速切削时（vc≥60m／min），切削温度又较高，在这两种情况下刀屑之间摩擦系数均较小，不易粘结，也就不易形成积屑瘤。切削速度在两者之间时，有积屑瘤产生，而在中速时（vc=20m／min）积屑瘤高度最大。切削速度对积屑瘤的影响抑制积屑瘤产生的措施1）采用热处理降低工件材料的塑性；2）避开积屑瘤产生切削速度范围；3）增大前角；4）减小进给量；5）采用润滑液等。积屑瘤对精加工是不利的，应避免它产生。（2）积屑瘤刀刃钝圆半径rβ后刀面磨损带VB弹性恢复区CD第Ⅲ变形区的变形已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化、加工硬化和残余应力。3.第Ⅲ变形区弹性恢复——影响零件的尺寸硬化层表面出现细微裂纹——降低表面加工质量表面硬度提高——产生残余应力——影响零件使用性能后刀面磨损带VB——加速刀具磨损，减少刀具寿命已加工表面的金属纤维被拉伸的又细又长，纤维方向平行于已加工表面，金属晶粒被破坏，发生了剧烈的塑性变形，产生加工硬化，表面残余应力，称之为加工变质层。3.第Ⅲ变形区1.工件材料工件材料强度硬度越高，摩擦系数μ越小，剪切角φ越大，切削变形越小。工件材料的塑性越高，切削变形大。三、影响切削变形的因素2.刀具几何参数（1）刀具前角γo前角γo↑——切削刃锋利——越易切入金属——阻力↓——摩擦系数μ↓——剪切角φ↑——变形系数ξ↓——切削变形↓切削轻快。（2）刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径↑——切削刃上参加切削的曲线刃的长↑——使平均切削厚度↓——切削变形↑。三、影响切削变形的因素三、影响切削变形的因素前角对剪切角的影响a)负前角；b)正前角三、影响切削变形的因素3.切削速度vc切削速度vc是通过积屑瘤使剪切角φ改变和通过切削温度使摩擦系数μ变化而影响切削变形的。三、影响切削变形的因素切削速度vc对切削变形的影响vc=（3～20）m／min，vc↑→h积↑→γoe↑→φ↑→ξ↓vc=20m／min左右时，h积max→γoemax→φmax→ξminvc=（20～40）m／min，vc↑→h积↓→γoe↓→φ↓→ξ↑vc40m／min后，切削温度↑→μ↓→β↓→φ↑→ξ↓3.进给量进给量f↑——切削厚度ac↑——正压力Fn↑，平均正应力σfav↑——因此摩擦系数μ↓——剪切角φ↑——变形系数ξ↓三、影响切削变形的因素第二节金属过程基本规律定义：切削过程中，使工件上的切削层材料发生变形成为切屑所需的力，成为切削力。工件作用在刀具上的反作用力是切屑反力。来源：（1）克服切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹、塑性变形抗力所需的力；（2）克服刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力所需的力切削力合力和分力一、切削力第二节金属过程基本规律切削力合力及分解为便于测量、计算和实际应用，常将合力Fr分解成三个互相垂直的分力。（1）主切削力Fc——它与切削速度vc的方向一致。是确定机床的电机功率，计算车刀强度等所必需的。生产中所说的切削力一般都是指主切削力。（2）吃刀抗力Fp——它是加工表面法线方向上的分力，对加工精度和已加工表面质量影响较大。（3）进给抗力Ff——进给力或轴向力。该力是检验进给机构强度，计算车刀进给功率所必需的数据。切削功率引入：计算切削功率主要用于核算加工成本和计算能量消耗，并在设计机床时根据它来选择机床主电动机功率。定义：在切削过程中消耗的概率，是各分力方向上所消耗概率的和。单位消耗功率影响切削力的因素1．切削用量2．工件材料。材料的强度、硬度越高，材料塑性、韧性越高，切削力会增大3．刀具几何参数（1）前角的影响刀具几何参数中，前角对切削力的影响最大。前角加大，切削力减小。加工脆性材料，前角的变化对切削力影响不显著。（2）主偏角的影响随着主偏角的变化，影响切削分力Fx、Fy变化从而改变它们之间的比值。(3)刃倾角的影响刃倾角对切削力Fy、FX的影响很大。FY随着刃倾角减小而增大；FX随着刃倾角减小而减小。刃倾角对Fz的影响不大。4．刀具磨损的影响5．切削液的影响三、切削热的产生和传导1.切削热的产生。切削时共有三个发热区域，与三个变形区相对应。2.切削热的传出。切削区域的热量由切屑、工件、刀具及周围的介质传散出去。四、切削温度及其影响因素定义：切削温度一般指前刀面与切屑接触区域的平均温度。影响因素：（1）切削用量的影响切削速度对切削温度的影响最大，进给量的影响次之，切削深度的影响最小。（2）工件材料对切削温度的影响（3）刀具几何参数的影响（4）刀具磨损对切削温度的影响（5）切削液对切削温度的影响一、切屑的类型及控制从变形的观点出发，可将切屑归纳为四种形态：第三节切削过程基本规律应用二、切削液的作用及其选择1、切削液的作用（1）冷却；（2）润滑；（3）清洗；（4）防锈。2.切削液的类型及选用水溶性切削液非水溶性切削液LOGO