第二节机械制造技术金属切削过程跟其基本规律.ppt

金属切削过程: 是指通过切削运动，使刀具从工件上切下多余的金属层，形成切屑和已加工表面的过程。 在这一过程中产生了一系列的现象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等。 本章主要研究诸现象的成因、作用和变化规律。掌握这些规律，对于合理使用与设计刀具、夹具和机床，保证切削加工质量，减少能量消耗，提高生产率和促进生产技术发展等方面起着重要的作用。  2.1 切削过程的基本规律  2.1.1 切削变形 金属切削过程与金属受压缩（拉伸）过程比较：  如下图（a）所示,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； 如下图（b）所示,以直角自由切削为例,如果忽略了摩擦、温度和应变速度的影响,金属切削过程如同压缩过程,切削层受刀具挤压后也产生塑性变形。 切削过程中产生的诸现象均与金属层变形密切相关。为了进一步分析研究切削层变形的特殊规律,通常把切削刃作用部位的金属层划分为三个变形区： 第Ⅰ变形区 近切削刃处切削层内产生的塑性变形区；金属的剪切滑移变形； 第Ⅱ变形区 与前刀面接触的切屑层内产生的变形区；金属的挤压摩擦变形； 第Ⅲ变形区 近切削刃处已加工表层内产生的变形区；金属的挤压摩擦变形。 三个变形区各具有特点，又存在着相互联系、相互影响。 2.1.1.1 切屑的形成及变形特点  (1)第一变形区金属的剪切滑移变形 切削层受刀具的作用，经过第一变形区的塑性变形后形成了切屑。下面以直角自由切削为例，分析较典型的连续切屑的形成过程。 切削层受到刀具前刀面与切削刃的挤压作用下，使近切削刃处的金属先产生弹性变形，继而塑性变形，在这同时金属晶格产生滑移。 取金属内部质点P来分析滑移过程： P点移到1位置时,产生了塑性变形。即在该处剪应力达到材料的屈服极限,在1处继续移动到1′处的过程中,P点沿最大剪应力方向的剪切面上滑移至2处,之后同理继续滑移至3、4处,离开4处后,就沿着前刀面方向流出而成为切屑上一个质点。 在切削层上其余各点,移动至AC线均开始滑移、离开AE线终止滑移，在沿切削宽度范围内，称AC是始滑移面，AE是终滑移面。AC、AE之间为第Ⅰ变形区。由于切屑形成时应变速度很快、时间极短，故AC、AE面相距很近，一般约为0.02～0.2mm，所以常用AB滑移面来表示第一变形区，AB面亦称为剪切面。  如图（b）所示，对于切削层mn来说，mn线移至剪切面AB时，产生滑移后形成切屑上m′n′线，这个过程连续地进行，切削层便连续地通过前刀面转变为切屑。此图与形成切屑时的实际变形较接近，故称之为切屑形成模型。 剪切角： 剪切面AB与切削速度vc之间的夹角称为剪切角。 作用角： 作用力Fr与切削速度vc之间的夹角ω称为作用角。 由此可知，第Ⅰ变形区就是形成切屑的变形区，其变形特点是切削层产生剪切滑移变形。 （2）第二变形区内金属的挤压摩擦变形 经过第一变形区后,形成的切屑要沿前刀面方向排出,还必须克服刀具前刀面对切屑挤压而产生的摩擦力。切屑在受前刀面挤压摩擦过程中进一步发生变形(第二变形区的变形)这个变形主要集中在与前刀面摩擦的切屑底面一薄层金属里,表现为该处晶粒纤维化的方向和前刀面平行。这种作用离前刀面愈远影响愈小。 切屑形成模型只考虑剪切面的滑移,实际上由于第二变形区的挤压,这些单元底面被挤压伸长,从平行四边形变成梯形，造成了切屑的弯曲。应指出,第一变形区与第二变形区是相互关联的。前刀面上的摩擦力大时,切屑排出不顺,挤压变形加剧,以致第一变形区的剪切滑移变形增大。 (3)第三变形区内金属的挤压摩擦变形 已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压摩擦，造成纤维化与加工硬化。 2.1.1.2 切屑的类型 由于工件材料不同，切削条件不同，切削过程的变形也不同，所形成的切屑多种多样。 通常将切屑分为四类： 带状切屑；挤裂切屑；单元切屑;崩碎切屑 (1)带状切屑 它是经过上述塑性变形过程形成的切屑,外形呈带状。切削塑性较高的金属材料,例如碳素钢、合金钢、铜和铝合金时,常出现这类切屑。 (2)挤裂切屑 在形成切屑的过程中,剪切面上局部位置处的剪应力τ达到材料的强度极限,使切屑上与前刀面接触的一面较光洁,其背面局部开裂成节状。切削黄铜或用低速切削钢,较易得到这类切屑。 (3)单元切屑 当剪切面上的剪应力超过材料的强度极限时产生了剪切破坏,使切屑沿厚度断裂