金屬切削變形

1、金屬切削變形第1頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四第1節(jié) 研究金屬切削變形過(guò)程的意義和方法學(xué)習(xí)要求明確研究金屬切削變形過(guò)程的意義；了解金屬切削變形過(guò)程的實(shí)驗(yàn)方法?！痉祷啬夸洝康?頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四第1節(jié) 研究金屬切削變形過(guò)程的意義和方法二、研究金屬切削變形過(guò)程的實(shí)驗(yàn)方法一、研究金屬切削變形過(guò)程的意義第3頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四一、研究金屬切削變形過(guò)程的意義 金屬切削變形過(guò)程的研究，它對(duì)于切削加工技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率，都有著十分重要的意義。很明顯，因?yàn)榻饘偾邢骷庸?/p>

2、中各種物理現(xiàn)象，如切削力、切削熱、刀具磨損以及已加工表面質(zhì)量等，都是以切屑形成過(guò)程為基礎(chǔ)的，而生產(chǎn)實(shí)踐中出現(xiàn)的許多問(wèn)題，如鱗刺、積屑瘤、振動(dòng)、卷屑與斷屑等，都同切削變形過(guò)程有關(guān)。 因此，開(kāi)展金屬切削變形過(guò)程的研究，正是抓住了問(wèn)題的根本，深入到本質(zhì)，重視了基礎(chǔ)。 第4頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四二、研究金屬切削變形過(guò)程的實(shí)驗(yàn)方法 1側(cè)面方格變形觀察法 2高頻攝影法 3快速落刀法 4. 掃描電鏡和透視電鏡顯微觀察法 5光彈性、光塑性試驗(yàn)法 6其他試驗(yàn)方法 【返回節(jié)首】第5頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四第2節(jié) 金屬切削層的變形學(xué)習(xí)要求熟悉金屬

3、切削過(guò)程中變形區(qū)的劃分；熟悉各變形區(qū)所發(fā)生的變形；掌握相對(duì)滑移、變形系數(shù)、剪切角的概念；掌握相對(duì)滑移與變形系數(shù)的關(guān)系式?！痉祷啬夸洝康?頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四第2節(jié) 金屬切削層的變形二、第一變形區(qū)剪切滑移變形一、變形區(qū)的劃分三、變形程度的表示方法第7頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四一、變形區(qū)的劃分45F45F第8頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四 切屑的形成與切離過(guò)程，是切削層受到刀具前刀面的擠壓而產(chǎn)生以滑移為主的塑性變形過(guò)程。FABOM45a）正擠壓FABOM45b）偏擠壓OMFc）切削 正擠壓：金屬材料受

4、擠壓時(shí)，最大剪應(yīng)力方向與作用力方向約成45. 偏擠壓：金屬材料一部分受擠壓時(shí)，OB線以下金屬由于母體阻礙，不能沿AB線滑移，而只能沿OM線滑移. 切削：與偏擠壓情況類似。彈性變形剪切應(yīng)力增大，達(dá)到屈服點(diǎn)產(chǎn)生塑性變形，沿OM線滑移剪切應(yīng)力與滑移量繼續(xù)增大，達(dá)到斷裂強(qiáng)度切屑與母體脫離。圖3-2 金屬擠壓與切削比較擠壓與切削一、變形區(qū)的劃分第9頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四金屬切削變形過(guò)程圖3-4 切削變形實(shí)驗(yàn)設(shè)備與錄像裝置一、變形區(qū)的劃分第10頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四圖3-3 切屑根部金相照片M刀具切屑OA終滑移線始滑移線：=s剪切角金

5、屬切削變形過(guò)程一、變形區(qū)的劃分第11頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四一、變形區(qū)的劃分 右圖表示了金屬的滑移線和流動(dòng)軌跡，其中橫向線是金屬流動(dòng)軌跡線，縱向線是金屬的剪切滑移線。第12頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四二、第一變形區(qū)剪切滑移變形第13頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四二、第一變形區(qū)剪切滑移變形第14頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四vVcM O刀具 工件切屑二、第一變形區(qū)剪切滑移變形 剪切面和切削速度方向的夾角叫做剪切角，以表示。 0A叫始剪切線(或始滑移線)；0M叫終剪切線(或終滑移

6、線)，。 第15頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四三、變形程度的表示方法 通常用剪切角、相對(duì)滑移、切屑厚度壓縮比h（變形系數(shù)）的大小來(lái)衡量切削變形規(guī)律。1.剪切角剪切面和切削速度方向的夾角。 是從切屑根部金相組織中測(cè)定的晶格滑移方向與切削速度方向之間的夾角。vVcM O刀具 工件切屑大，剪切面積小， 小，剪切面積大。第16頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四三、變形程度的表示方法2.相對(duì)滑移切削層在剪切面上相對(duì)滑移量。第17頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四三、變形程度的表示方法2.相對(duì)滑移 當(dāng)平行四邊形OHNM發(fā)生剪切變形

7、后，變?yōu)槠叫兴倪呅蜲GPM，在切削過(guò)程中，這個(gè)相對(duì)滑移，可以近似地看成是發(fā)生在剪切面NH上。剪切面NH被推移到PG的位置，故有： 可知在刀具的前角一定的情況下，相對(duì)滑移僅與剪切角有關(guān)。第18頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四三、變形程度的表示方法3.切屑厚度壓縮比h（變形系數(shù)） 切屑厚度hch與切削層厚度hD之比，稱為厚度變形系數(shù)：切削層長(zhǎng)度lD與切屑長(zhǎng)度lch之比，稱為長(zhǎng)度變形系數(shù)：第19頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四三、變形程度的表示方法3.切屑厚度壓縮比h（變形系數(shù)）切削層變成切屑后寬度的變化很小，根據(jù)體積不變?cè)恚旱?0頁(yè)，共60頁(yè)，

8、2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四三、變形程度的表示方法3.切屑厚度壓縮比h（變形系數(shù)） 一般變形系數(shù)是大于1的數(shù)，它直觀地反映了切屑變形程度，并且比較容易測(cè)量。第21頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四三、變形程度的表示方法4.相對(duì)滑移與變形系數(shù)的關(guān)系 第22頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四三、變形程度的表示方法(1) 變形系數(shù)并不等于相對(duì)滑移。(2) 當(dāng) 1.5時(shí)，對(duì)于某一固定的前角，相對(duì)滑移與變形系數(shù)成正比。(3) 當(dāng) =1時(shí)，即hD=hch，相對(duì)滑移并不等于零，因此，切屑還是有變形的。(4) 當(dāng)o=1530，變形系數(shù)即使具有同一

9、的數(shù)值，倘若前角不相同，相對(duì)滑移仍然不相等，前角愈小， 就愈大。(5) 當(dāng) 1.2時(shí)，不能用表示變形程度。原因是：當(dāng)在11.2之間， 雖減小，但卻變化不大。 【返回節(jié)首】第23頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四第3節(jié) 前刀面的擠壓與摩擦及其對(duì)切屑變形的影響學(xué)習(xí)要求了解切削過(guò)程中作用在切屑上的力；明確剪切角與前刀面摩擦系數(shù)的關(guān)系；理解內(nèi)摩擦的概念；熟悉影響前刀面摩擦的主要因素?！痉祷啬夸洝康?4頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四第3節(jié) 前刀面的擠壓與摩擦及其對(duì)切屑變形的影響二、剪切角與前刀面摩擦角的關(guān)系一、作用在切屑上的力三、前刀面上的摩擦四、影響

10、前刀面摩擦系數(shù)的主要因素第25頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四一、作用在切屑上的力 在直角自由切削下，作用在切屑上的力有：前刀面上的法向力Fn和摩擦力Ff，在剪切面上也有一個(gè)正壓力Fns和剪切力Fs，這兩對(duì)力的合力應(yīng)該互相平衡。第26頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四一、作用在切屑上的力第27頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四二、剪切角與前刀面摩擦角的關(guān)系1. 麥錢特(MEMerchant)公式 求微商，并令 ，可求出Fr為最小值時(shí)之值。 第28頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四2. 李和謝弗(L

11、ee and Shaffer)公式 也稱為切削第一定律，是根據(jù)主應(yīng)力方向與最大切應(yīng)力方向之間的夾角為45的原理來(lái)計(jì)算剪切角。第29頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四(1) 當(dāng)前角o增大時(shí)， 角隨之增大，變形減小。可見(jiàn)在保證切削刃強(qiáng)度的前提下，增大刀具前角對(duì)改善切削過(guò)程是有利的。(2) 當(dāng)摩擦角增大時(shí)， 角隨之減小，變形增大。因此提高刀具刃磨質(zhì)量，施加切削液以減小前刀面上的摩擦系數(shù)是很重要的。第30頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四三、前刀面上的摩擦1單位切向力分布曲線2正應(yīng)力分布曲線lf刀具切屑接觸區(qū)長(zhǎng)度lf1粘結(jié)黏結(jié)區(qū)長(zhǎng)度 lf2滑動(dòng)區(qū)長(zhǎng)度 第

12、31頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四四、影響前刀面摩擦系數(shù)的主要因素1.工件材料2.切削厚度3.切削速度4.刀具前角5.其它（刀具材料、刃磨質(zhì)量、切削液）【返回節(jié)首】第32頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四第4節(jié) 積屑瘤的形成及其對(duì)切削過(guò)程的影響學(xué)習(xí)要求掌握積屑瘤的形成條件；掌握積屑瘤對(duì)切削過(guò)程影響的要點(diǎn)；掌握積屑瘤的生長(zhǎng)高度與切削速度的關(guān)系；掌握抑制積屑瘤的方法【返回目錄】第33頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四第4節(jié) 積屑瘤的形成及其對(duì)切削過(guò)程的影響二、積屑瘤對(duì)切削過(guò)程的影響 一、積屑瘤現(xiàn)象 三、積屑瘤的成因四、抑制

13、積屑瘤的措施第34頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四一、積屑瘤現(xiàn)象第35頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四 在一定的切削速度和保持連續(xù)切削的情況下，加工塑性材料時(shí)，在刀具前刀面常常粘結(jié)一塊剖面呈三角狀的硬塊，這塊金屬被稱為積屑瘤。 積屑瘤的硬度可達(dá)工件材料硬度的23.5倍。 一、積屑瘤現(xiàn)象第36頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四二、積屑瘤對(duì)切削過(guò)程的影響1.增大前角 2.增大切削厚度 3.增大巳加工表面粗糙度4.切削刀具的耐用度降低第37頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四三、積屑瘤的成因切屑對(duì)前刀面

14、接觸處的摩擦，使前刀面十分潔凈。當(dāng)兩者的接觸面達(dá)到一定溫度同時(shí)壓力又較高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，即一般所謂的“冷焊”。切屑從粘在刀面的底層上流過(guò)，形成“內(nèi)摩擦”。 如果溫度與壓力適當(dāng)，底層上面的金屬因內(nèi)摩擦而變形，也會(huì)發(fā)生加工硬化，而被阻滯在底層，粘成一體。這樣粘結(jié)層就逐步長(zhǎng)大，直到該處的溫度與壓力不足以造成粘附為止。 第38頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四 所以積屑瘤的產(chǎn)生以及它的積聚高度與金屬材料的硬化性質(zhì)有關(guān)，也與刃前區(qū)的溫度和壓力分布有關(guān)。一般說(shuō)來(lái)，塑性材料的加工硬化傾向愈強(qiáng)，愈易產(chǎn)生積屑瘤；溫度與壓力太低，不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤；反之，溫度太高，產(chǎn)生弱化作用，也不會(huì)產(chǎn)生

15、積屑瘤。走刀量保持一定時(shí)，積屑瘤高度與切削速度有密切關(guān)系。第39頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四 實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)際表明：在中低溫度下，例如切削中碳鋼，溫度在300380，積屑瘤高度為最大，溫度超過(guò)500600時(shí)積屑瘤消失。第40頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四問(wèn)題 某工廠車工師傅在粗加工一件零件時(shí)，他采用了在刀具上產(chǎn)生積屑瘤的加工方法，而在精加工時(shí)，他又努力避免積屑瘤的產(chǎn)生，請(qǐng)問(wèn)這是為什么？在防止積屑瘤方面，你認(rèn)為能用哪些方法。第41頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四回答1、根據(jù)本節(jié)積屑瘤對(duì)加工的影響分析可知，積屑瘤能增

16、大刀具實(shí)際前角，使切削更容易，所以這位師傅在粗加工時(shí)采用了利用積屑瘤的加工方法，2、積屑瘤很不穩(wěn)定，它會(huì)周期性地脫落，這就造成了刀具實(shí)際切削厚度在變化，影響零件的加工尺寸精度。3、積屑瘤的剝落和形狀的不規(guī)則又使零件加工表面變得非常粗糙，影響零件表面光潔度。所以在精加工階段，這位師傅又努力避免積屑瘤的發(fā)生。第42頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四四、抑制積屑瘤的方法避免積屑瘤產(chǎn)生的常用的方法有：(1) 選擇低速或高速加工，避開(kāi)容易產(chǎn)生積屑瘤的切削速度區(qū)間。例如，高速鋼刀具采用低速寬刀加工，硬質(zhì)合金刀具采用高速精加工；(2) 采用冷卻性和潤(rùn)滑性好的切削液，減小刀具前刀面的粗

17、糙度等；(3) 增大刀具前角，減小前刀面上的正壓力；(4) 采用預(yù)先熱處理，適當(dāng)提高工件材料硬度、降低塑性，減小工件材料的加工硬化傾向。【返回節(jié)首】第43頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四第5節(jié) 影響切削變形的因素 掌握工件材料、刀具幾何角度對(duì)切屑變形影響的要點(diǎn)；掌握切削速度對(duì)切屑變形影響的要點(diǎn)；掌握切削用量三要素對(duì)切屑變形影響的要點(diǎn)；正確分析切削速度對(duì)變形系數(shù)的影響的規(guī)律。 學(xué)習(xí)要求【返回目錄】第44頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四第5節(jié) 影響切削變形的因素 二、刀具前角對(duì)切削變形的影響 一、工件材料對(duì)切削變形的影響三、切削用量對(duì)切削變形的影

18、響 第45頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四一、工件材料對(duì)切削變形的影響100 210 315 420Cr 52069Cr 7T8-1830 92Cr131040CrWSi 1135Cr3MoNi 1240 1360 1450 1518CrNi3 161Cr18Ni9Ti 17T8 18T12 1935CrNi3第46頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四 工件材料的強(qiáng)度和硬度增大，變形系數(shù)減小。這是由于工件材料的強(qiáng)度和硬度增大，使前刀面上的法向應(yīng)力av增大，摩擦系數(shù)減??；摩擦系數(shù)減小，摩擦角減小，剪切角增大，所以變形系數(shù)減小。表3-1 不同材料的摩

19、擦系數(shù)工件材料b/MPaHBShD/mm0.10.140.180.22銅213550.780.760.750.7410鋼3621020.740.730.720.7210Cr4801250.730.720.720.711Cr18Ni9Ti6341700.710.700.680.67第47頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四二、刀具前角對(duì)切削變形的影響刀具幾何參數(shù)中影響變形系數(shù)最大的是前角o。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：(1) 刀具前角o越大，變形系數(shù)越小。第48頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四(2) 刀具前角o越大，摩擦系數(shù)越大。第49頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四 一方面由于前角o增大，剪切角增大，變形系數(shù)減小，這是前角o對(duì)變形的直接影響。 另一方面前角o還通過(guò)摩擦角間接的影響變形程度。即前角o增大，作用在前刀面上的法向應(yīng)力av減小，摩擦角增大，剪切角越小，變形增大。但是這種間接影響小于直接影響，所以前角o增大時(shí)，變形系數(shù)還是減小。第50頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)15分，星期四三、切削用量對(duì)切削變形的影響1) 切削速度v的影響 當(dāng)v比較低時(shí)，曲線有駝峰。這是由于積屑瘤的消長(zhǎng)和切削溫度的影響導(dǎo)致的。第51頁(yè)，共6