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金属切削原理课件第3章切屑的形成过程

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1、金属切削原理,机电工程学院.材料成型教研室主讲：梁炜 2014,第三章切屑的形成过程,现象思考,切削的共同特征切屑,3.1 切屑的形成,一、切屑的形成过程,研究对象直角自由切削,一、切屑的形成过程,切削过程视频,一、切屑的形成过程,挤压与切削的比较,一、切屑的形成过程,切屑的形成,弹性变形塑性变形撕裂切屑,二、三个变形区,切削变形侧面网格法,二、三个变形区,落刀金相图,晶粒滑移,二、三个变形区,三、形成切屑的力学模型,作用在切屑上的力,v,c,三、形成切屑的力学模型,前刀面上摩擦系数测定,问题,能否精确计算剪切角？,3.2 剪切角的计算,一、麦钱特公式,合力最小原则 FrAD/sin()cos(+-o) 令 d(Fr)/d0 得/4-/2+o/2,二、李和谢弗公式（切削第一定律）,主应力与最大切应力夹角45 Fr与Fs夹角 +-o/4 （实际4055）/4-+o、o变形定性一致，定量有出入,三、产生误差的原因,1、切削刃为非理想直线 2、剪切面有厚度 3、金属杂质与缺陷 4、平均摩擦系数与实际情况不符,思考,前刀面摩擦系数,3.3 前刀面上的摩擦,一、前刀面上的摩擦条件,条件压

2、力大 23GPa 高温新鲜表面,视频,刀具与切屑发生冷焊,切屑的折弯,切屑与前刀面接触区,粘结区内摩擦切屑内部滑移变形滑动区外摩擦内摩擦外摩擦占比85,平均摩擦系数,tan()Ff/FnsAf1/avAf1s/av：平均摩擦系数：平均摩擦角,二、影响摩擦系数的主要因素,1、工件材料硬度、强度s、av（温度流动性） s/av,不同材料的摩擦系数,二、影响摩擦系数的主要因素,2、切削厚度hDav 3、切削速度低速起步 v 外摩擦向内摩擦过渡高速 v 温度影响 4、刀具前角 oav,加工现象,视频,3.4 积屑瘤（刀瘤）,一、成因,切削塑性金属，形成连续切屑，切屑底层与前刀面粘结形成滞留层加工硬化（工件材料硬度的23倍）周期性生长、脱落,b,Hb,hD,hD,刀具,工件,积屑瘤,v,二、条件,1、刀具切屑之间的冷焊面积足够大时，形成滞留层 2、切屑底层的冷作硬化与强化 3、适当的温度碳素钢 300350最高 500消失,v/(m/s),Hb/mm,三、对加工的影响,利：保护刀刃（稳定的积屑瘤）增大前角（oe变形切削力）30左右弊：过切（积屑瘤高度增大切削

3、厚度）引起振动，已加工表面质量下降（周期生长、破裂）磨损刀具（脱落）弊大于利，对粗加工有利，对精加工不利,四、抑制措施,预热处理，减小工件塑性增大刀具前角o35，积屑瘤基础不能形成减小f，减小前刀面正压力，避免冷焊发生改变v，避开积屑瘤生长区间（HSS低速宽刀精车 Y高速精车）采用加热切削或低温切削使用润滑性能好的切削液，破坏冷焊条件,问题,变形与能量消耗的关系？变形大消耗能量大,3.5 变形程度的表示,衡量切屑变形程度的参数,相对滑移变形系数,一、相对滑移,切削塑性金属，变形形式主要是剪切滑移 s/yctan()+tan(-o) 不易测量（测量困难）,v,M,K,P,N,G,H,O,o,-o,y,s,刀具,工件,切屑,二、变形系数,根据体积不变原理 lchbchhch=lDbDhD 因bchbD （宽度不变）故 hchhDlDlch 直观易测量,cos(-o)sin()1 tan()=cos(o)/(-sin(o),M,O,hch,o,hD,lD,lch,刀具,工件,切屑,三、相对滑移与变形系数的关系,、结论依据：将/4-+o变形-o/4-代入ctan(

4、)+tan(-o)得 ctan()+(1-tan()/(1+tan() 因/4-+o假定o不变，故ctan()、tan() 因tan()0，摩擦强烈，故(1-tan()/(1+tan()-1 故因tan()=cos(o)/(-sin(o) 故,1.5时，与近似成正比 1.5时，尽量使用 1时，不为0 前角不同，相同时不同,问题,理想的切削状态消耗能量少摩擦小变形系数小、取决于和,3.6 切屑变形的变化规律,一、四个公式,tan(),s/av,/4-+o,cos(-o)sin(),二、工件材料,硬度、强度(),/4-+o,cos(-o)sin(),100 210 315 420Cr 520 69Cr 7T8-1 830 92Cr13 1040CrWSi 1135Cr3MoNi 1240 1360 1450 1518CrNi3 161Cr18Ni9Ti 17T8 18T12 1935CrNi3,三、刀具,o 结论前刀面,/4-+o,cos(-o)sin(),s/av,四、切削用量,v 有刀瘤 HbbHbb无刀瘤、 ap影响微小,四、切削用量,fhD、,现象,切屑,3.7 切屑的类型

5、及控制,一、切屑的类型,加工塑性材料（长切屑） 1、带状切屑切屑形态：底面光滑，上表面有毛刺，连绵不断产生条件：塑性高，hD小、v高、o大切削特征：切削力平稳表面粗糙度小（易刮伤拉毛工件、伤人）,带状切屑,一、切屑的类型,加工塑性材料（长切屑） 2、挤裂切屑切屑形态：上表面程锯齿状，有明显裂痕，底部相连产生条件：中等塑性，有加工硬化倾向，hD、v、o 切削特征：力的波动较大表面粗糙度高,挤裂切屑,一、切屑的类型,加工塑性材料（长切屑） 3、单元切屑切屑形态：片状，不相连产生条件：塑性更差，hD、v、o 切削特征：力的波动更大粗糙度更高有鳞刺出现,单元切屑,一、切屑的类型,加工脆性材料（短切屑） 4、崩碎切屑切屑形态：不规则的碎块状切屑产生条件：脆性材料切削特征：力的波动最大表面凸凹不平易破坏刀具对机床不利,崩碎切屑,崩碎切屑,力的波动,二、切屑的控制,1、形状,形状控制,卷屑槽、刃倾角,二、切屑的控制,2、断屑设法产生附加力矩，促使切屑卷曲变形与折断措施：断屑台卷屑槽,三、影响断屑的因素,1、工件材料 s、E、塑性易断 2、切削用量 fhD易断 apbD不易断 v不易断 3、刀具 o易断,

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