第三章 金属切削过程的基本规律.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑第三章 金属切削过程的基本规律 金属刀具切学原理 第三章 金属切削过程 的根本规律 金属刀具切学原理 金属切削过程是刀具从工件外观上切除金属余量， 获得符合要求的已加工外观的过程在这个过程中将产 生大量物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损等，这 些均以切削过程中金属的弹、塑性变形为根基而生产 实践中展现的积屑瘤、鳞刺、振动等问题，又都同切削 过程中的变形规律有关因此，研究和掌管切削过程中 的根本规律，将有利于金属切削技术的进展，对合理选 择切削用量，提高生产效率，工件的加工质量和降低生 产本金都有重要的意义 金属刀具切学原理 1898年Taylor和White研发高速 钢1930 年前后人们又研发了硬质合金 新的刀具材 料的展现使切削加工的生产效率大大提高，应 用范围越来越广以高速 钢的应用为例， Trent在他的名著《Metal Cutting》中写到 “高速钢刀具的展现引起了 金属切削实践的 革命，大大提高了机械加工车间的生产率，并 要求完全变更机床的布局 ，据估计，在最初 几年，美国的工程制造业，由于使用了价值二 千万美元的高速钢而 增加了八十亿美元的产 值。

与此同时，生产实际也给金属切削研 究者带来了大量急需解决的问题，例如刀具 的耐用度，加工外观质量，切屑的摈弃等等 金属刀具切学原理 1907年Taylor在整整工作了26年切除了3 万吨切屑，掌管了10万个以上的测验数据的基 础上，在他经典的论文“On the Art of Cutting Metal”中提出了出名的刀具耐用度公 式， 第一个研究了切削速度和刀具耐用度之 间的关系这一公式对今天预料刀具耐用度仍 有 重要的指导意义有些学者认为金属切削 理论的研究是从Taylor开头，虽不切当，但 Taylor的工作切实是金属切削理论史上一个重 要的里程碑 传统意义上的金属切削理论研究在二十世 纪六七十年头达 到颠峰 金属刀具切学原理 第三章 金属切削过程的根本规律第一节其次节 第三节 切削变形与切屑的形成过程切削力 切削热与切削温度 第四节 刀具磨损与寿命 金属刀具切学原理 第三章 金属切削过程的根本规律 第一节 切削变形与切屑的形成过程 塑性金属受挤压， 随外力F的增加，金属内部应力增加， 先产生弹性变形继而产生塑性变形，使金属的晶格沿晶面发 生滑移，结果产生破碎。

研究条件：直角自由切削 切削变形的力学本质： 切削金属形成切屑的 过程是一个类似于金 属材料受挤压作用， 产生塑性变形进而产 生剪切滑移的变形过 程 金属刀具切学原理 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 以直角自由切削为例，假设疏忽了摩擦、 温度、和应变速度的影响，金属切削过程 宛如压缩过程，切削 层受刀具挤压后也产 生塑性变形 金属试件受挤压时，在其内部产生 主应力的同时，还将在与作用力大 致成45方向的斜截面内，产生最 大切应力，在切应力达成屈服强度 时将在此方向剪切滑移 刀具切削时相当于局部挤压， 使金属沿最大剪应力方向产 生滑移CB线以下金属由于母体阻碍，不能沿BC线滑移，而只 能沿DA线滑移 金属刀具切学原理 一、切削变形区 该区域对工件外观的剩余应力以 及后刀面的磨损有很大的影响 第一变形区 第一变形区：(根本变形区) OA~OM之间的区域，是切削 第三变形区： 其次变形区： 过程中的主要变形区，是切削 工件已加工外观与刀具后刀面之 切屑底层与前刀面之间的摩擦 力和切削热的主要来源。

间的挤压、摩擦变形区域 变形区主要影响切屑的变形 主要特征： 造成工件外观的纤维化与加工硬 和积屑瘤的产生 剪切面的滑移变形其次变形区 第三变形区 金属刀具切学原理 1. 第Ⅰ变形区 :塑性变形区,由于晶粒的位错滑移而形成 塑性变形从始滑移面OA开头至终滑移面OM终了，之间 形成AOM塑性变形区，由于塑性变形的主要特点是晶格间 的剪切滑移，所以AOM叫剪切区，也称为第一变形区(Ⅰ) 第I变形区的金属变形特点：沿滑移线的剪切滑移变形和加工硬化 金属刀具切学原理 第一变形区内金属的剪切变形ψ hch 刀具 M A 一般速度范围内Ⅰ区宽度为0.02~.2mm,速 度越高，宽度越小，可看作一个剪切平面或称滑 移面 hD 金属刀具切学原理 剪切角υ : 剪切面和切削速度方向的夹角 υ值小，反映剪切变 形的程度大 测验证明，对于同一工件材料，用同样的刀具，切削同样大小的 切削层，当切削速度高时，剪切角ф较大，剪切面积变小切削比 较省力，说明切屑变形较小相反，当剪切角ф较小，那么说明切 屑变形较大 金属刀具切学原理 滑移面与作用力方向夹角为45 滑移面与晶格变形伸长方向夹角为ψ 金属刀具切学原理 2. 第Ⅱ变形区切屑沿刀具前面排出时会进一步受到前刀面的阻碍，在刀具和切屑界面 之间存在猛烈的挤压和摩擦，使切屑底部靠近前刀面处的金属发生“纤 维化”的二次变形，其方向根本上和前面相平行。

这片面区域称为其次 变形区(Ⅱ) 纤维化金属粘附在前刀面上，使其滚动速度分外低，这种切屑底层流 动速度较其它片面缓慢的现象称为滞流现象，该金属层叫滞流层刀 屑这种摩擦实质上是切屑底层内的剪切滑移变形性质为塑性变形 造成前刀面的磨损和积屑瘤的形成 金属刀具切学原理 3. 第Ⅲ变形区第一变形区的塑性变形扩展到切削层的下方金属，在后 刀面的法向力和摩擦力的作用下，使工件持续产生径向的塑 性变形和弹性变形该变形区的变形及应力状态对 已加工表 面的质量影响最大会造成已加工面塑性变形、晶粒纤维化、 加工硬化和剩余应力 引起变形的主要因素： ⑴刀刃都有钝圆半径 刀刃不成能十足锋利，不管采用何种方式刃磨，刀刃总 会有一钝圆半径rn一般高速钢刃磨后rn为3~10μm,硬质 合金刀具磨后约18~32μm,如采用细粒金刚石砂轮磨削， rn最小可达成3~6μm另外，刀刃切削后就会产生磨损， 增加刀刃钝圆 被切金属与基体的分开点在该圆弧段上是随机的使切 削层参数中公称切削厚度不成能完全切除(△a),会有很小一 片面被挤压到已加工外观，与刀具后刀面发生摩擦，并进一 步产生弹、塑性变形，从而影响已加工外观质量— 6 —。