三章節(jié)金屬切削過程中基本規(guī)律ppt課件

1、第三章第三章 金屬切削過程中的基本規(guī)律金屬切削過程中的基本規(guī)律v3-1 金屬的切削過程金屬的切削過程v3-2 切削力切削力v3-3 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度v3-4 刀具磨損與刀具壽命刀具磨損與刀具壽命3-1 金屬的切削過程金屬的切削過程 金屬切削過程是刀具從工件表面上切除金屬余量，金屬切削過程是刀具從工件表面上切除金屬余量，獲得符合要求的已加工表面的過程。在這個過程中將獲得符合要求的已加工表面的過程。在這個過程中將產(chǎn)生許多物理現(xiàn)象，如切削力、切削熱、刀具磨損等，產(chǎn)生許多物理現(xiàn)象，如切削力、切削熱、刀具磨損等，這些均以切削過程中金屬的彈、塑性變形為基礎(chǔ)。而這些均以切削過程中金屬的彈、塑

2、性變形為基礎(chǔ)。而生產(chǎn)實踐中出現(xiàn)的積屑瘤、鱗刺、振動等問題，又都生產(chǎn)實踐中出現(xiàn)的積屑瘤、鱗刺、振動等問題，又都同切削過程中的變形規(guī)律有關(guān)。因而，研究和掌握切同切削過程中的變形規(guī)律有關(guān)。因而，研究和掌握切削過程中的基本規(guī)律，將有利于金屬切削技術(shù)的發(fā)展，削過程中的基本規(guī)律，將有利于金屬切削技術(shù)的發(fā)展，對合理選擇切削用量，提高生產(chǎn)效率，工件的加工質(zhì)對合理選擇切削用量，提高生產(chǎn)效率，工件的加工質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本都有重要的意義。量和降低生產(chǎn)成本都有重要的意義。一、金屬切削過程的實質(zhì)一、金屬切削過程的實質(zhì) 切削層金屬是在前刀面和切削刃的不斷擠切削層金屬是在前刀面和切削刃的不斷擠壓作用下，產(chǎn)生了彈性、塑性變形

3、繼而剪切滑壓作用下，產(chǎn)生了彈性、塑性變形繼而剪切滑移而成為切屑的。移而成為切屑的。 正確理解切削層金屬形成的過程正確理解切削層金屬形成的過程參見圖參見圖3-1所示所示 通常將切削刃作用范圍的切削層劃分為三個變形區(qū)。通常將切削刃作用范圍的切削層劃分為三個變形區(qū)。如圖如圖3-1所示：所示：第第變形區(qū)：變形區(qū)： 刀口附近的已加工表面區(qū)域刀口附近的已加工表面區(qū)域,刀具后刀具后面與已加工表面間的擠壓和摩擦導(dǎo)致的變形。面與已加工表面間的擠壓和摩擦導(dǎo)致的變形。第第變形區(qū)：刀具前面附近的區(qū)域變形區(qū)：刀具前面附近的區(qū)域,切削形成后沿刀具前面切削形成后沿刀具前面流出時流出時,遇到前面的積壓和摩擦遇到前面的積壓和摩

4、擦,進一步產(chǎn)生滑移變形并發(fā)進一步產(chǎn)生滑移變形并發(fā)生卷曲。生卷曲。第第變形區(qū)：滑移面附近的區(qū)域，是切削過程中產(chǎn)生塑性變形區(qū)：滑移面附近的區(qū)域，是切削過程中產(chǎn)生塑性變形的主要區(qū)域。變形的主要區(qū)域。OA 稱始滑移線稱始滑移線,其應(yīng)力值為其應(yīng)力值為s(材料屈服極限材料屈服極限)，切削層金屬，切削層金屬到達到達OA線時開始產(chǎn)生塑性滑移；線時開始產(chǎn)生塑性滑移；OM稱終滑移線稱終滑移線,其應(yīng)力為其應(yīng)力為max。通常第一變形區(qū)的厚度僅。通常第一變形區(qū)的厚度僅為為0.20.02mm,由此可近似用一剪切面來代替該區(qū)域，剪切由此可近似用一剪切面來代替該區(qū)域，剪切面與切削速度方向的夾角稱為剪切角，以面與切削速度方向的

5、夾角稱為剪切角，以表示。表示。二、二、 切屑的種類切屑的種類v帶狀切屑v節(jié)狀切屑v粒狀切屑v崩脆切屑切塑性材料帶狀切屑節(jié)狀切屑粒狀切屑切脆性材料 帶狀切屑是最常見的一種連續(xù)狀切屑。它內(nèi)表帶狀切屑是最常見的一種連續(xù)狀切屑。它內(nèi)表面光滑，外表面呈毛茸狀。面光滑，外表面呈毛茸狀。1帶狀切屑 條件：一般加工塑性金屬材料，在切削速度條件：一般加工塑性金屬材料，在切削速度較高，切削厚度較小，刀具前角較大，容易產(chǎn)較高，切削厚度較小，刀具前角較大，容易產(chǎn)生這種切屑。生這種切屑。 產(chǎn)生帶狀切屑，其塑性變形還不充分，滑移產(chǎn)生帶狀切屑，其塑性變形還不充分，滑移還沒有達到破裂程度。還沒有達到破裂程度。2節(jié)狀切屑 節(jié)狀

6、切屑又稱為擠裂切屑，其外弧表面呈節(jié)狀切屑又稱為擠裂切屑，其外弧表面呈鋸齒形鋸齒形,內(nèi)弧表面有時有裂紋。內(nèi)弧表面有時有裂紋。這種切屑大都在切削速度較低、切削厚度較這種切屑大都在切削速度較低、切削厚度較大、前角較小的情況下產(chǎn)生。大、前角較小的情況下產(chǎn)生。 形成節(jié)狀切屑的過程中，剪切滑移量大形成節(jié)狀切屑的過程中，剪切滑移量大,局部地局部地方滑移已達到破裂程度。方滑移已達到破裂程度。3粒狀切屑施。如磨斷屑槽施。如磨斷屑槽形狀：大小較均勻的顆粒狀切屑形狀：大小較均勻的顆粒狀切屑切削條件：一般采用小前角或負前角，切削條件：一般采用小前角或負前角，以極低的切削速度和大的切削厚度切削以極低的切削速度和大的切削

7、厚度切削塑性金屬時易產(chǎn)生此種切屑。實際生產(chǎn)塑性金屬時易產(chǎn)生此種切屑。實際生產(chǎn)中很少見。中很少見。當粒狀切屑形成時，若整個剪切面上剪應(yīng)力超過當粒狀切屑形成時，若整個剪切面上剪應(yīng)力超過材料的破裂強度，則整個單元被切離。材料的破裂強度，則整個單元被切離。4崩碎切屑 工件材料越是硬脆，切削厚度越大時，工件材料越是硬脆，切削厚度越大時，越容易產(chǎn)生此類切屑。越容易產(chǎn)生此類切屑。 切削脆性金屬時，金屬層在彈性變形后一切削脆性金屬時，金屬層在彈性變形后一般不經(jīng)過塑性變形突然崩裂形成不規(guī)則的碎般不經(jīng)過塑性變形突然崩裂形成不規(guī)則的碎塊狀切屑，塊狀切屑， 形成崩碎切屑，切削過程很不平穩(wěn)，工形成崩碎切屑，切削過程很不

8、平穩(wěn)，工件已加工表面凹凸不平，表面質(zhì)量差。件已加工表面凹凸不平，表面質(zhì)量差。在不同的切削條件下，形成的切屑種類不同，當條件改變時它們在不同的切削條件下，形成的切屑種類不同，當條件改變時它們可以互相轉(zhuǎn)化。在形成節(jié)狀切削情況下可以互相轉(zhuǎn)化。在形成節(jié)狀切削情況下,改變切削條件改變切削條件,進一步減進一步減小切削速度，減小前角小切削速度，減小前角,增大切削厚度增大切削厚度,就可以得到粒狀切削就可以得到粒狀切削;反之反之,如增大切削速度如增大切削速度,增大前角增大前角,減小切削厚度減小切削厚度,即可得到帶狀切削即可得到帶狀切削.掌握掌握其變化規(guī)律，有助于控制切屑形態(tài)，控制切削過程。其變化規(guī)律，有助于控制

9、切屑形態(tài)，控制切削過程。節(jié)狀切屑節(jié)狀切屑粒狀切屑粒狀切屑帶狀切屑帶狀切屑三、刀具前面與切屑之間的摩擦三、刀具前面與切屑之間的摩擦 在前刀面上存在著刀一屑的摩擦在前刀面上存在著刀一屑的摩擦,它影響到切屑的形它影響到切屑的形成、切削力、切削溫度、刀具的磨損等；此外成、切削力、切削溫度、刀具的磨損等；此外,還影響著還影響著積屑瘤和鱗刺的形成積屑瘤和鱗刺的形成,從而影響已加工表面的質(zhì)量。從而影響已加工表面的質(zhì)量。 1刀一屑產(chǎn)生的外摩擦刀一屑產(chǎn)生的外摩擦圖圖3-3峰點型接觸峰點型接觸 內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦 2刀一屑產(chǎn)生的內(nèi)摩擦刀一屑產(chǎn)生的內(nèi)摩擦緊密型接觸緊密型接觸 內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦 經(jīng)研究經(jīng)研究,在切削塑性金屬的過

10、程中在切削塑性金屬的過程中,刀一屑間只有刀一屑間只有在很低的切削速度時才存在峰點型接觸；產(chǎn)生的摩在很低的切削速度時才存在峰點型接觸；產(chǎn)生的摩擦為外摩擦。而在一般切削速度或切削速度較高時擦為外摩擦。而在一般切削速度或切削速度較高時,由于刀屑的壓力很大由于刀屑的壓力很大,可達可達1.962.94GPa (20003000N/mm2),再加上攝氏幾百度的高溫再加上攝氏幾百度的高溫,使刀一屑使刀一屑界面的接觸是緊密型接觸界面的接觸是緊密型接觸,所以刀一屑之間的摩擦所以刀一屑之間的摩擦主要是內(nèi)摩擦。當切屑快離開前面時主要是內(nèi)摩擦。當切屑快離開前面時,才由于壓力才由于壓力的減小使刀一屑的界面回到峰點型接觸

11、的狀態(tài)。據(jù)的減小使刀一屑的界面回到峰點型接觸的狀態(tài)。據(jù)估計估計,在一般切削條件下在一般切削條件下,刀一屑間內(nèi)摩擦占全部摩刀一屑間內(nèi)摩擦占全部摩擦力的擦力的85%. 在生產(chǎn)中常用減小切削力、縮短刀一屑接觸長度、在生產(chǎn)中常用減小切削力、縮短刀一屑接觸長度、降低加工材料屈服強度、選用摩擦系數(shù)小的刀具材降低加工材料屈服強度、選用摩擦系數(shù)小的刀具材料、提高刀面刃磨質(zhì)量和澆注切削液等方法來減小料、提高刀面刃磨質(zhì)量和澆注切削液等方法來減小摩擦。摩擦。四、切削厚度壓縮比四、切削厚度壓縮比 切削時,切削層金屬受到擠壓而形成的切屑的長度比切削層的長度縮短，厚度卻增大(如圖3-5)這種現(xiàn)象稱為切屑收縮。切屑收縮的程

12、度用切削厚度壓縮比h來表示。1DchchDhhhll式中 ， 切削層長度和厚度；， 切屑長度和厚度。DlDhchlchh越大，表示切屑越厚越短，標志著切屑變形越大。越大，表示切屑越厚越短，標志著切屑變形越大。h 切屑厚度壓縮比切屑厚度壓縮比 也可用剪切角也可用剪切角 以表示以表示(參見圖參見圖3-6所示所示)sincos0Dchhhh隨隨增大，變形減小增大，變形減小 045 h 切屑厚度壓縮比切屑厚度壓縮比 可直觀地反映出切屑變形的程度可直觀地反映出切屑變形的程度和狀況，且容易測量。但由于它表示的是切削層平均擠和狀況，且容易測量。但由于它表示的是切削層平均擠壓程度，而金屬切削過程的實質(zhì)是切削層

13、的剪切滑移。壓程度，而金屬切削過程的實質(zhì)是切削層的剪切滑移。因此因此h只能粗略地反映出剪切變形的真實情況。只能粗略地反映出剪切變形的真實情況。 h五、積屑瘤五、積屑瘤 切削塑性材料時，在一定的切削條件下,往往會在切削刃口附近粘結(jié)堆積一楔狀的金屬塊，它包圍著切削刃且覆蓋部分前面，這種堆積物叫做積屑瘤。 1積屑瘤的成因積屑瘤的成因 切屑沿刀具前面流動時，由于強烈的內(nèi)摩擦而產(chǎn)切屑沿刀具前面流動時，由于強烈的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，在粘結(jié)區(qū)內(nèi)，切屑底層將有一薄層金生粘結(jié)現(xiàn)象，在粘結(jié)區(qū)內(nèi)，切屑底層將有一薄層金屬材料層積滯留在前刀面上，這部分切屑經(jīng)過了劇屬材料層積滯留在前刀面上，這部分切屑經(jīng)過了劇烈的變形，

14、在適當?shù)那邢鳒囟认掳l(fā)生強化。不斷地烈的變形，在適當?shù)那邢鳒囟认掳l(fā)生強化。不斷地層積，就形成了積屑瘤。層積，就形成了積屑瘤。（1積屑瘤硬度比工件材料高積屑瘤硬度比工件材料高2-3倍倍,可以代替切削刃及前可以代替切削刃及前刀面進行切削刀面進行切削,可以保護切削刃、減小前刀面的磨損；可以保護切削刃、減小前刀面的磨損； 2積屑瘤對切削過程的影響積屑瘤對切削過程的影響（5） 積屑瘤脫落的碎片會粘結(jié)或嵌入工件表面，影積屑瘤脫落的碎片會粘結(jié)或嵌入工件表面，影響工件已加工表面的質(zhì)量。因此精加工時必須設(shè)法響工件已加工表面的質(zhì)量。因此精加工時必須設(shè)法抑制積屑瘤的形成。抑制積屑瘤的形成。（4積屑瘤高低不平，會在工件

15、表面造成積屑瘤高低不平，會在工件表面造成“犁溝現(xiàn)犁溝現(xiàn)象，影響工件的表面粗糙度；象，影響工件的表面粗糙度；（3對于積屑瘤突出于切削刃之外，使實際切削厚度對于積屑瘤突出于切削刃之外，使實際切削厚度增大，形成增大，形成“過切現(xiàn)象過切現(xiàn)象”，影響工件的尺寸精度；，影響工件的尺寸精度；（2在積屑瘤形成后，刀具的實際前角將明顯增大，在積屑瘤形成后，刀具的實際前角將明顯增大，對減小切屑變形及降低切削力起了積極作用；對減小切屑變形及降低切削力起了積極作用； 實驗研究表明：加工碳素鋼時，切削溫度實驗研究表明：加工碳素鋼時，切削溫度300時積時積屑瘤最高，屑瘤最高，500以上時趨于消失。由于切削溫度與切以上時趨

16、于消失。由于切削溫度與切削速度密切相關(guān)，因而切削速度與積屑瘤的形成和高削速度密切相關(guān)，因而切削速度與積屑瘤的形成和高度有密切的關(guān)系，如圖度有密切的關(guān)系，如圖 圖圖3-9 積屑瘤高度與切削速度積屑瘤高度與切削速度的關(guān)系的關(guān)系 分析：在低速區(qū)分析：在低速區(qū)內(nèi)由于切削溫度較低，粘結(jié)現(xiàn)象小，內(nèi)由于切削溫度較低，粘結(jié)現(xiàn)象小，一般不產(chǎn)生積屑瘤；在一般不產(chǎn)生積屑瘤；在區(qū)內(nèi)，積屑瘤的高度隨切區(qū)內(nèi)，積屑瘤的高度隨切削速度的增大而提高，達到最大值后雖的增大而減小。削速度的增大而提高，達到最大值后雖的增大而減小。切削速度繼續(xù)增大，超過一定值后（切削速度繼續(xù)增大，超過一定值后（區(qū)積屑瘤不再區(qū)積屑瘤不再生成。生成。 結(jié)

17、論：中溫時最易形成積屑瘤，采結(jié)論：中溫時最易形成積屑瘤，采用低速或高速切削是抑制積屑瘤的基本用低速或高速切削是抑制積屑瘤的基本措施。措施。 凡有利于減輕刀和屑界面摩擦，減小粘結(jié)接觸面凡有利于減輕刀和屑界面摩擦，減小粘結(jié)接觸面積的因素，都有利于抑制積屑瘤。積的因素，都有利于抑制積屑瘤。3積屑瘤的控制措施6、采用潤滑性能好的切削液，減小摩擦。、采用潤滑性能好的切削液，減小摩擦。 5、對工件材料進行適當?shù)臒崽幚恚岣咂溆?、對工件材料進行適當?shù)臒崽幚恚岣咂溆捕龋瑴p小塑性；度，減小塑性；4、提高刀具刃磨質(zhì)量，降低刀面的表面粗糙度；、提高刀具刃磨質(zhì)量，降低刀面的表面粗糙度；3、減小進給量；、減小進給量；

18、 2、增大刀具的前角，以減小刀、增大刀具的前角，以減小刀屑接觸壓力；屑接觸壓力；1、采用低速或高速切削，避開容易形成、采用低速或高速切削，避開容易形成積屑瘤的切削速度；積屑瘤的切削速度；六、影響切屑變形的主要因素六、影響切屑變形的主要因素1、工件材料、工件材料 工件材料強度、硬度愈高，切屑變形愈小。如圖3-10所示。在相同的切削條件下，工件材料的塑性愈大，切屑變形就愈大。如不銹鋼1Cr18Ni9Ti和45鋼的強度近似，但前者延伸率大得多，所以切削時的切屑變形比后者大，且易粘刀，不易斷屑。2、刀具幾何角度、刀具幾何角度3、切削用量、切削用量1、工件材料、工件材料刀具幾何角度 刀具前角刀具前角 越大，切屑變形越小。如圖越大，切屑變形越小。如圖3-10所示。由圖所示。由圖3-10的實驗曲線可知，切削的實驗曲線可知，切削20Cr鋼時鋼時 當選用當選用 =10， =4.5； 當改用當改用 =15， =3.8。 2前角000 0hh3、切削用量（1切削速度切削速度 切削塑性材料時，切削速度是通過切削溫切削塑性材料時，切削速度是通過切削溫度和積屑瘤影響切削變形的。在切削度和積屑瘤影響切削變形的。在切削45鋼時，鋼時，從實驗求得切削速度對切屑變形的影響