《金属切削原理》第3章[切屑的形成]

错误!未指定书签。1第三章切屑的形成过程第一节三个变形区与切屑的形成的力学模型一、切屑的形成过程以直角自由切削为例弹性变形塑性变形挤裂切屑二、三个变形区1、第一变形区切削层内的剪切滑移塑性变形区厚度0.02～0.2mmv↑→厚度↓常用剪切面来简化2、第二变形区切屑底层受到前刀面挤压摩擦的塑性变形区3、第三变形区已加工表面受到后刀面挤压摩擦的塑性变形区切屑的形成与第一二变形区相关已加工表面的形成与第三变形区相关三、切屑形成的力学模型1、作用在切屑上的力前刀面上的法向力Fn摩擦力Ff剪切面上的正压力Fns剪切力Fs合力Fr为切屑形成力2、几个角度剪切角φ：剪切面与v的夹角摩擦角β：Fr与Fn的夹角作用角w：w＝β－γo3、计算公式Fs＝As·τ＝τ·AD/sin(φ)Fr＝Fs/cos(φ+β-γo)Fc＝Fr·cos(β-γo)∥vFp＝Fr·cos(β-γo)⊥v忽略后刀面上的力tan(β-γo)＝Fp/Fc测出Fp、Fc得µ＝tan(β)前刀面上的平均摩擦系数第二节剪切角的计算一、麦钱特公式合力最小原则Fr＝τ·AD/sin(φ)cos(φ+β-γo)令d(Fr)/dφ＝0得φ＝π/4-β/2+γo/2二、李和谢弗公式（切削第一定律）主应力与最大切应力夹角45°Fr与Fs夹角φ+β-γo＝π/4（实际40～55°）φ＝π/4-β+γoβ↓、γo↑→φ↑→变形↓定性一致，定量有出入三、产生误差的原因1、切削刃为非理想直线2、剪切面有厚度3、金属杂质与缺陷4、平均摩擦系数与实际情况不符第三节前刀面上的摩擦和影响因素一、前刀面上的摩擦条件压力大2～3GPa高温错误!未指定书签。2切屑与前刀面接触区粘结区内摩擦切屑内部滑移变形滑动区外摩擦内摩擦＞外摩擦占85％µ＝tan(β)＝Ff/Fn＝τs·Af1/σav·Af1＝τs/σavµ：平均摩擦系数β：平均摩擦角二、影响摩擦系数的主要因素1、工件材料硬度↑、强度↑→τs↑、σav↑→µ↓（温度流动性）2、切削厚度hD↑→σav↑→µ↓3、切削速度低速起步v↑→µ↑外摩擦向内摩擦过渡高速v↑→µ↓温度影响4、刀具前角γo↑→σav↓→µ↑第四节积屑瘤（刀瘤）一、成因切削塑性金属，形成连续切屑，切屑底层与前刀面粘结形成滞留层加工硬化（工件材料硬度的2～3倍）周期性生长、脱落二、条件1、刀具－切屑之间的冷焊面积足够大时，形成滞留层2、切屑底层的冷作硬化与强化3、适当的温度碳素钢300～350℃最高500℃消失三、对加工的影响利：保护刀刃（稳定的积屑瘤）增大前角（γoe↑→变形↓→切削力↓）30°左右弊：过切（积屑瘤高度→增大切削厚度）引起振动，已加工表面质量下降（周期生长、破裂）磨损刀具（脱落）弊大于利，对粗加工有利，对精加工不利四、抑制措施1、预热处理，减小工件塑性2、增大刀具前角γo≥35°，积屑瘤基础不能形成3、减小f，减小前刀面正压力，避免冷焊发生4、改变v，避开积屑瘤生长区间（HSS低速宽刀精车Y高速精车）5、采用加热切削或低温切削6、使用润滑性能好的切削液，破坏冷焊条件第五节变形程度的表示衡量切屑变形程度的参数一、相对滑移ε切削塑性金属，变形形式主要是剪切滑移ε＝Δs/Δy＝ctan(φ)+tan(φ-γo)不易测量（φ测量困难）二、变形系数Λ根据体积不变原理lch·bch·hch=lD·bD·hD因bch＝bD（宽度不变）故Λ＝hch／hD＝lD／lch＝cos(φ-γo)／sin(φ)≥1tan(φ)=cos(γo)/(Λ-sin(γo))直观易测量三、相对滑移与变形系数的关系错误!未指定书签。3φ↑→Λ↓、ε↓结论依据：将φ＝π/4-β+γo变形φ-γo＝π/4-β代入ε＝ctan(φ)+tan(φ-γo)得ε＝ctan(φ)+(1-tan(β))/(1+tan(β))因φ＝π/4-β+γo假定γo不变，故φ↑→β↓→ctan(φ)↓、tan(β)↓因µ＝tan(β)＞0，摩擦强烈，故(1-tan(β))/(1+tan(β))≈-1故ε↓因tan(φ)=cos(γo)/(Λ-sin(γo))故φ↑→Λ↓1、Λ≥1.5时，Λ与ε近似成正比2、Λ＜1.5时，尽量使用ε3、Λ＝1时，ε不为04、前角不同，Λ相同时ε不同第六节切屑变形的变化规律理想的切削过程：摩擦小变形系数小Λ、ε取决于φ和µ一、四个公式µ＝tan(β)µ＝τs/σavφ＝π/4-β+γoΛ＝cos(φ-γo)／sin(φ)二、工件材料硬度↑、强度↑→β(µ)↓→φ↑→Λ↓三、刀具γo↑→φ↑→Λ↓→β↑→φ↓→Λ↑结论Λ↓前刀面µ↓→Λ↓四、切削用量1、vv↑有刀瘤Hb↑→γb↑→φ↑→Λ↓Hb↓→γb↓→φ↓→Λ↑无刀瘤θ↑→µ↓、β↓→φ↑→Λ↓2、ff↑→hD↑→µ↓、β↓→φ↑→Λ↓3、ap影响微小第七节切屑的类型及控制一、切屑的类型加工塑性材料（长切屑）1、带状切屑切屑形态：底面光滑，上表面有毛刺，连绵不断产生条件：塑性高，hD小、v高、γo大切削特征：切削力平稳表面粗糙度小（易刮伤拉毛工件、伤人）2、挤裂切屑切屑形态：上表面程锯齿状，有明显裂痕，底部相连产生条件：中等塑性，有加工硬化倾向，hD↑、v↓、γo↑切削特征：力的波动较大表面粗糙度高3、单元切屑切屑形态：片状，不相连产生条件：塑性更差，hD↑、v↓、γo↑切削特征：力的波动更大粗糙度更高有鳞刺出现加工脆性材料（短切屑）4、崩碎切屑切屑形态：不规则的碎块状切屑产生条件：脆性材料错误!未指定书签。4切削特征：力的波动最大表面凸凹不平易破坏刀具对机床不利二、切屑的控制1、切屑的形状2、切屑的控制设法产生附加力矩，促使切屑卷曲与折断措施：断屑台卷屑槽三、影响断屑的因素1、工件材料τs↓、E↑、塑性↓→易断2、切削用量f↑→hD↑→易断ap↑→bD↑→不易断v↑→不易断3、刀具γo↓→Λ↑易断