金屬切削原理與刀具設(shè)計金屬切削過程

金屬切削原理與刀具設(shè)計課件金屬切削過程第1頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四

切屑的形成與切離過程，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程。FABOM45°a）正擠壓FABOM45°b）偏擠壓OMFc）切削正擠壓：金屬材料受擠壓時，最大剪應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，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→剪切應力增大，達到屈服點→產(chǎn)生塑性變形，沿OM線滑移→剪切應力與滑移量繼續(xù)增大，達到斷裂強度→切屑與母體脫離。圖3-1金屬擠壓與切削比較3.1切屑的形成過程擠壓與切削第2頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四圖3-2切屑根部金相照片M刀具切屑OA終滑移線始滑移線：τ=τsΦ剪切角3.2金屬切削過程的變形

金屬切削變形過程第3頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四3.2金屬切削過程的變形

金屬切削變形過程圖3-3切削變形實驗設(shè)備與錄像裝置第4頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四

第Ⅰ變形區(qū)：即剪切變形區(qū)，金屬剪切滑移，成為切屑。金屬切削過程的塑性變形主要集中于此區(qū)域。圖3-4切削部位三個變形區(qū)ⅠⅢⅡ

第Ⅲ變形區(qū)：已加工面受到后刀面擠壓與摩擦，產(chǎn)生變形。此區(qū)變形是造成已加工面加工硬化和殘余應力的主要原因。3.2金屬切削過程的變形

三個變形區(qū)分析

第Ⅱ變形區(qū)：靠近前刀面處，切屑排出時受前刀面擠壓與摩擦。此變形區(qū)的變形是造成前刀面磨損和產(chǎn)生積屑瘤的主要原因。第5頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四3.3切屑類型與變形系數(shù)

形成條件影響名稱簡圖形態(tài)變形帶狀，底面光滑，背面呈毛茸狀節(jié)狀，底面光滑有裂紋，背面呈鋸齒狀粒狀不規(guī)則塊狀顆粒剪切滑移尚未達到斷裂程度局部剪切應力達到斷裂強度剪切應力完全達到斷裂強度未經(jīng)塑性變形即被擠裂加工塑性材料，切削速度較高，進給量較小，刀具前角較大加工塑性材料，切削速度較低，進給量較大，刀具前角較小工件材料硬度較高，韌性較低，切削速度較低加工硬脆材料，刀具前角較小切削過程平穩(wěn)，表面粗糙度小，妨礙切削工作，應設(shè)法斷屑切削過程欠平穩(wěn)，表面粗糙度欠佳切削力波動較大，切削過程不平穩(wěn)，表面粗糙度不佳切削力波動大，有沖擊，表面粗糙度惡劣，易崩刀帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑表3-1切屑類型及形成條件第6頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四3.3切屑類型與變形系數(shù)

切屑類型帶狀切屑Real擠裂切屑Real節(jié)狀切屑Real崩碎切屑Real圖3-5切屑形態(tài)照片第7頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四3.3切屑類型與變形系數(shù)

切屑控制為使切削過程正常進行和保證已加工表面質(zhì)量，應使切屑卷曲和折斷。切屑的卷曲是切屑基本變形或經(jīng)過卷屑槽使之產(chǎn)生附加變形的結(jié)果（圖3-6）圖3-6切屑的卷曲圖3-7斷屑的產(chǎn)生斷屑是對已變形的切屑再附加一次變形（常需有斷屑裝置，圖3-7）

第8頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四切削層經(jīng)塑性變形后，厚度增加，長度縮小，寬度基本不變?？捎闷浔硎厩邢鲗幼兊淖冃纬潭?。LchhDhch3.3切屑類型與變形系數(shù)

LD圖3-8切屑與切削層尺寸◆厚度變形系數(shù)（3-1）◆長度變形系數(shù)（3-2）變形系數(shù)第9頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四3.3切屑類型與變形系數(shù)

當γ0=0～30°，Λh

≥1.5時，Λh與ε相近

ε主要反映第Ⅰ變形區(qū)的變形，Λh還包含了第Ⅱ變形區(qū)的影響。ΔyΔsOMφγ0圖3-9相對滑移系數(shù)（3-3）相對滑移系數(shù)第10頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四

粘結(jié)區(qū)：高溫高壓使切屑底層軟化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形成長度為lfi的粘接區(qū)。切屑的粘接層與上層金屬之間產(chǎn)生相對滑移，其間的摩擦屬于內(nèi)摩擦。3.4切屑與前刀面的摩擦變形

圖3-10切屑與前刀面的摩擦

在高溫高壓作用下，切屑底層與前刀面發(fā)生沾接，切屑與前刀面之間既有外摩擦，也有內(nèi)摩擦。

滑動區(qū)：切屑在脫離前刀面之前，與前刀面只在一些突出點接觸，切屑與前刀面之間的摩擦屬于外摩擦。lfolfi特點兩個摩擦區(qū)第11頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四3.5積屑瘤

積屑瘤成因◆

一定溫度、壓力作用下，切屑底層與前刀面發(fā)生粘接◆粘接金屬嚴重塑性變形，產(chǎn)生加工硬化◆

增大前角，保護刀刃◆

影響加工精度和表面粗糙度滯留—粘接—長大積屑瘤形成過程積屑瘤影響切屑刀具圖3-11積屑瘤積屑瘤RealReal第12頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四3.6已加工表面的變形

σn切削刃存在刃口圓弧，導致擠壓和摩擦，產(chǎn)生第Ⅲ變形區(qū)。A點以上部分沿前刀面流出，形成切屑；A點以下部分受擠壓和摩擦留在加工表面上，并有彈性恢復。hDΔhDΔhACFE圖3-11已加工表面變形A點前方正應力最大，剪應力為0。A點兩側(cè)正應力逐漸減小，剪應力逐漸增大，繼而減小。變形原因變形情況應力分布ττ第13頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四

3.7硬脆非金屬材料切屑形成機理G＞GC

（3-4）式中G——裂紋擴展單位長度時釋放的能量（應變能釋放率）；

GC

——裂紋擴展單位長度時所需的能量（裂紋擴展阻力）。K1＞K1C

（3-5）式中K1——應力強度因子；

K1C

——K1臨界值。脆性斷裂條件對于Ⅰ型（張開型）裂紋，在平面應變條件下，脆性斷裂條件為：第14頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四

3.7硬脆非金屬材料切屑形成機理脆性材料切削過程◆大規(guī)模擠裂與小規(guī)模擠裂交替進行（圖