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目录上一页下一页退出金属切削的基本过程1.3金属切削过程1.3.1切削层的变形1.3.2切削变形的衡量方法1.3.3切屑的种类与变形规律1.3.4刀-屑接触区的变形与摩擦1.3.5刀-工接触区的变形与加工质量【金属切削过程】刀具从工件表面切除多余金属，从切屑形成开始到加工表面形成为止的完整过程。pdf转word目录上一页下一页退出返回1.3.1切削层的变形•1.3.1.1第一变形区•1.3.1.2第二变形区•1.3.1.3第三变形区【切削层】切削过程中，刀具切削刃的一个单一动作，或一个单程，或指只产生一圈（层）过渡表面，所切除的工件材料层。目录上一页下一页退出返回切削层的变形•在金属压缩实验中，当金属试件受挤压时，在其内部产生主应力的同时，还将在与作用力大致成45°方向的斜截面产生最大切应力，在切应力达到屈服强度时将在此方向剪切滑移。•金属刀具切削时相当于局部压缩金属的压块，使金属沿一个最大剪应力方向产生滑移。•当切屑层达到切削刃OA（OA代表始滑移面）处时，切应力达到材料屈服强度，产生剪切滑移，切削层移到OM面上，剪切滑移终止，并离开切削刃后形成了切屑，然后沿前面流出目录上一页下一页退出返回侧面方格变形观察法切削层的金属变形三个变形区：•第一变形区（剪切滑移）•第二变形区（纤维化）•第三变形区（纤维化与加工硬化）。目录上一页下一页退出返回切削层金属的变形过程目录上一页下一页退出返回1.3.1.1第一变形区•始滑移面OA与终滑移面OM之间的变形区称为第一变形区，宽度很窄(约0.02～0.2mm)，故常用OM剪切面亦称滑移面来表示，它与切削速度的夹角称为剪切角φ。目录上一页下一页退出返回I区变形特点•沿着滑移线的剪切变形，以及随之产生的加工硬化目录上一页下一页退出要点1.3.1.2第二变形区•当切屑沿前面流出时，由于受到前面挤压和摩擦作用，在前面摩擦阻力的作用下，靠近前面的切屑底层金属再次产生剪切变形。使切屑底层薄的一层金属流动滞缓，流动滞缓的一层金属称为滞流层，这一区域又称为第二变形区。目录上一页下一页退出返回1.3.1.3第三变形区•工件已加工表面受到钝圆弧切削刃的挤压和后面的摩擦，使已加工表面内产生严重变形，已加工表面与后面的接触区称为第三变形区。目录上一页下一页退出返回1.3.2切削变形的衡量方法•1变形系数•2剪应变•3剪应变与变形系数的关系•4剪切角目录上一页下一页退出一、切屑的形成过程1．变形区的划分目录上一页下一页退出目录上一页下一页退出目录上一页下一页退出目录上一页下一页退出2．切屑的受力分析目录上一页下一页退出四、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响1．积屑瘤的形成及其影响目录上一页下一页退出积屑瘤的产生及其成长与工件材料的性质、切削区的温度分布和压力分布有关。塑性材料的加工硬化倾向越强，越易产生积屑瘤；在背吃刀量和进给量f保持一定时，积屑瘤高度Hb与切削速度有密切关系，因为切削过程中产生的热是随切削速度的提高而增加的。目录上一页下一页退出2．积屑瘤对切削过程的影响（1）使刀具前角变大（2）使切削厚度变化（3）使加工表面粗糙度增（4）对刀具寿命的影响目录上一页下一页退出积屑瘤对切削过程的影响有积极的一面，也有消极的一面。精加工时必须防止积屑瘤的产生，可采取的控制措施有：（2）使用润滑性能好的切削液，目的在于减小切屑底层材料与刀具前刀面间的摩擦。（1）正确选用切削速度，使切削速度避开产生积屑瘤的区域。（3）增大刀具前角，减小刀具前刀面与切屑之间的压力。（4）适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。目录上一页下一页退出五、影响切屑变形的因素1．工件材料工件材料强度越高，切屑和前刀面的接触长度越短，导致切屑和钢刀面的接触面积减小，前刀面上的平均正应力增大，前刀面与切屑间的摩擦系数减小，摩擦角β减小，剪切角φ增大，变形系数将随之减小。avh目录上一页下一页退出增大刀具前角γo，剪切角φ将随之增大，变形系数将随之减小；但γo增大后，前刀面倾斜程度加大，切屑作用在前刀面上的平均正应力σav减小，使摩擦角β和摩擦系数μ增大而导致φ减小。由于后一方面影响较小，还是随的γo增加而减小。hh2．刀具前角γ0目录上一页下一页退出3．切削速度Vc在无积屑瘤产生的切削速度范围内，切削速度越大，变形系数越小。主要是因为塑性变形的传播速度较弹性变形慢，切削速度越高，切削变形越不充分，导致变形系数下降。此外，提高切削速度还会使切削温度增高，切屑底层材料的剪切屈服强度τs因温度的增高而略有下降，导致前刀面摩擦系数μ减小，使变形系数下降。cvCvhhhcv目录上一页下一页退出在无积屑瘤的切削速度范围内，切削层公称厚度越大，变形系数越小。DhhDh4．切削层公称厚度目录上一页下一页退出返回1.3.3切屑的种类与变形规律目录上一页下一页退出返回切屑变形规律•1带状切屑（最常见,切削塑性金属材料，切厚小，V大，r0大时）•2挤裂切屑（低速，切厚大r0小时）•3单元切屑（较少见）•4崩碎切屑（加工脆性材料时，尽量避免）目录上一页下一页退出要点1金属切削原理•内容提要–1.4切削力–1.5切削热和切削温度–1.6刀具磨损和刀具耐用度–1.7工件材料的切削加工性–1.8切削条件的合理选择•重点与难点–切削力、切削功率的计算–刀具磨损和耐用度•作业目录上一页下一页退出返回1.4切削力【切削力】切削时，刀具切入工件，使被加工材料变形成为切屑所需的力。【来源】加工材料的弹塑性变形抗力和切屑工件表面对刀具表面的摩擦力。【意义】研究切削力对刀具、夹具的设计和使用具有重要的意义。•1.4.1切削力的分析•1.4.2切削力与切削功率的计算•1.4.3影响切削力的因素目录上一页下一页退出要点1.4.1切削力的分析【定义】切削过程中，刀具施加于工件使工件材料产生变形，并使多余材料变为切屑所需的力称为切削力。为了研究方便，将作用于刀具上的切削合力分解为相互垂直的Fc、Ff、Fp.•Fc：切削力,切于过渡表面,与基面垂直.•Ff：进给力,在基面内,与进给方向相反.•Fp：背向力,在基面内,与进给方向垂直目录上一页下一页退出返回切削力分解目录上一页下一页退出返回作用分析•Fc：计算刀具和机床强度,确定机床功率•Ff：用于设计机床进给机构和确定进给功率•Fp：计算工件挠度和刀具、机床零件的强度目录上一页下一页退出要点1.4.2切削力与切削功率的计算•1.4.2.1指数形式的切削力经验公式ccFcFcFcFZcYXpFckvfaCFffFfFfFfFZcYXpFfkvfaCFppFpFpFpFZcYXpFpkvfaCFpfcZYXFFF,,,目录上一页下一页退出返回1.4.2.2用切削层单位面积切削力计算切削力【经验公式】•车削普通钢材时三个力的比例大约为cFccckAkFcrfpcFFFFF1057.1,25.0:4.0:1::目录上一页下一页退出返回1.4.2.3工作功率计算【定义】消耗在切屑加工过程中的功率(Pe)可以分解成切削功率(Pc)和进给功率(Pf)之和.【计算公式】机床传动效率约0.75~0.85ccwfccfcevFfnFvFPPP310mcmPP目录上一页下一页退出返回例用CA6140车外圆，已知主轴转速n=1440rpm,工件直径d=25mm,机床电机功率Pm=7.8kW,机床传动效率为0.85，试估算切削力。)(3519)(18.3519)3()2()(10)1(3NFFNdnPFPvFPdnFvFfnFvFPPPcrmmcmmccccccwfccfce目录上一页下一页退出返回1.4.3影响切削力的因素•1.4.3.1工件材料的影响•1.4.3.2切削用量的影响•1.4.3.3刀具几何参数的影响•1.4.3.4刀具材料的影响•1.4.3.5切削液的影响•1.4.3.6刀具后刀面磨损的影响目录上一页下一页退出返回1.4.3.1工件材料的影响•工件材料的硬度和强度越高，虽然切削变形会减小，但由于剪切屈服强度增高，产生的切削力会越大；•工件材料强度相同时，塑性和韧性越高，切削变形越大，切削与刀具间摩擦增加，切削力会越大。•切削铸铁时变形小，摩擦小，故产生的切削力小。目录上一页下一页退出返回1.4.3.2切削用量的影响•进给量、背吃刀量增大，二者都会使切削力增大，而实际上背吃刀量对切削力的影响要比进给量大。•其主要原因在于，αp增大一倍时，切削厚度hD不变，而切削宽度bD则增大一倍，切削刃上的切削负荷也随之增大一倍，即变形力和摩擦成倍增加，最终导致了切削力以成倍增加；f增大一倍时，切削宽度bD不变，只是切削厚度hD增大一倍，平均变形减小，故切削力增加不到一倍。•切削速度对切削力的影响：切削塑性金属时，在vc=40m/min时，由于积屑瘤的产生与消失，使刀具前角增大或减小，引起变形系数的变化，导致了切削力的变化；当vc40m/min，切削温度升高，使平均摩擦系数下降，切削力也随之下降。•切削灰铸铁等脆性材料时，塑性变形很小，且刀屑间的摩擦也很小，因此，υc对其影响不大。目录上一页下一页退出返回1.4.3.3刀具几何参数的影响•前角对Fc影响较大。前角增大，切削变形减小，故切削力减小。•主偏角对进给力Ff和背向力Fp影响较大，当кr增大时Ff增大而Fp则减小。•刃倾角对背切削力FP影响较大，因为λs由正值向负值变化时，会使顶向工件轴线的背向力增大。•此外刀尖圆弧半径，刀具磨损程度等因素对切削力也有一定的影响。目录上一页下一页退出返回1.4.3.4刀具材料的影响•主要是刀具材料与工件材料的摩擦系数的影响•通常安装CBN，陶瓷，涂层硬质合金，高速钢的顺序切削力依次增大。目录上一页下一页退出返回1.4.3.5切削液的影响•切削液具有润滑作用，使得切削力降低。目录上一页下一页退出返回1.4.3.6刀具后刀面磨损的影响•刀具后刀面磨损带宽愈大，切削力愈大。•VB对背向力Fp影响最显著。目录上一页下一页退出返回1.5切削热和切削温度•1.5.1切削热的产生和传出•1.5.2影响切削温度的主要因素目录上一页下一页退出返回1.5.1切削热的产生和传出•切削过程中消耗的功率98~99%转换为热能，因此近似认为单位时间内产生的切削热q等于切削功率PcccFcpFcccKvfaCqvFPq85.075.0目录上一页下一页退出返回切削温度【定义】•指前刀面与切屑接触区内的平均温度。•它由切削热的产生和传出的平衡条件所决定，产生的热越多，传出的热越慢，切削温度越高，反之，切削温度越低。【结论】•凡是增大切削力和切削功率的因素都会使切削温度上升；•有利于切削热传出的因素都会使切削温度降低。目录上一页下一页退出§3-3切削热与切削温度影响切削温度的主要因素1.切削用量对切削温度的影响1)切削速度v:v提高，切削温度显著上升2)进给量f:f增大,切削热增多，切削温度上升3)背吃刀量ap:ap对切削温度的影响很小2.刀具几何参数对切削温度的影响3.刀具磨损对切削温度的影响4.工件材料对切削温度的影响5.切削热对切削温度的影响6.切削液对降低切削温度有明显的效果目录上一页下一页退出返回1.5.2影响切削温度的主要因素•1.5.2.1切削用量的影响•切削速度对切削温度影响最大•进给量次之•背吃刀量最小45.035.03.02.010.008.0cpvfaC目录上一页下一页退出返回1.5.2.2刀具几何产生的影响•前角越大，主偏角越小，温度越小•刀具负倒棱和刀尖圆弧半径对切削温度影响较小。目录上一页下一页退出1.5.2.3工件材料的影响•硬度、强度越大，切削温度越大•工件导热率越大，切削温度越小目录上一页下一页退出1.5.2.4刀具磨损的影响•刀具磨损越大，切削温度越高•切削速度越大，磨损加剧，温度越大目录上一页下一页退出1.5.2.5切削液的影响•切削液热导率、比热容、流量越大，温度越低目录上一页