31金属切削过程.ppt

机制教研室,第一节金属切削过程,第三章金属切削过程基本规律及应用,,,,,切削层参数及切削方式,一,,切削过程,二,,影响切削变形的因素,二,,,,,一,三,本节教学内容,第一节金属切削过程,本节教学要求,（1）了解切削过程中三个变形区的划分及其特点。（2）熟知衡量切削变形程度的两个指标、积屑瘤对切削过程的影响及抑制其产生的方法。（3）掌握影响切削变形的因素。,本节教学要求,,第一节金属切削过程,,（1）衡量切削变形程度的两个指标；（2）积屑瘤对切削过程的影响及抑制其产生的方法。（3）影响切削变形的因素。,本节教学重点难点,本节教学重点,本节教学难点,影响切削变形的因素。,,第一节金属切削过程,一、切削层参数与切削方式,第一节金属切削过程,切削过程中，刀具的切削刃在一次进给中从工件待加工表面上切除的金属层。,（一）切削层,切削层参数与切削方式,切削层参数是在基面内测量的切削层横截面尺寸。,（二）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。,,,切削层参数与切削方式,（二）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。,,切削层参数与切削方式,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κr90时，acf，awαp，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。,切削层参数与切削方式,（二）切削层参数,（三）切削方式,,a）非自由切削,切削层参数与切削方式,主、副切削刃同时参加切削的切削方式。,1.非自由切削,（三）切削方式,,b）直角自由切削,切削层参数与切削方式,2.自由切削,只有一个切削刃参加切削的切削方式。,在自由切削方式中，如果主切削刃又垂直于切削速度方向就称为直角自由切削。,3.直角切削,主切削刃垂直于切削速度方向（λs0）的切削方式。,（三）切削方式,,c）斜角自由切削,切削层参数与切削方式,在自由切削方式中，如果主切削刃不垂直于切削速度方向则称为斜角自由切削。,若主切削刃与切削速度方向不垂直（λs≠0）的切削方式。,4.斜角切削,金属切削过程与金属受压缩过程比较,二、金属切削过程,,a）压缩,b）切削,金属切削过程,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,金属切削过程,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、金属切削过程,金属切削过程,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,金属切削过程,,,切屑根部金相照片,,M,,刀具,,切屑,O,,A,终滑移线,,始滑移线ττs,,,,Φ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,金属切削过程,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,变形系数的计算,,,（2）变形程度的表示方法,金属切削过程,,,,,,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,金属切削过程,相对滑移ε,,（2）变形程度的表示方法,金属切削过程,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,,,,,,,,,,,（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,金属切削过程,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。,金属切削过程,,,2.第Ⅱ变形区,金属切削过程,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,金属切削过程,（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,金属切削过程,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。,金属切削过程,（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（vc20m／min）积屑瘤高度最大。,,切削速度对积屑瘤的影响,金属切削过程,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,金属切削过程,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,金属切削过程,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,金属切削过程,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,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,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,影响切削变形的因素,三、影响切削变形的因素,3.切削速度vc,影响切削变形的因素,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↓vc20m／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↓,影响切削变形的因素,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,影响切削变形的因素,思考题与习题,思考题与习题,第一节金属切削过程,1.金属切削过程可分为哪三个变形区各有何变形特点2.影响切削变形的因素主要有哪些各有何影响3.什么是积屑瘤影像积屑瘤产生的因素有哪些各有何影响4.积屑瘤对切削过程有何影响如何抑制积屑瘤的产生,TheEnd,