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第1页/共84页天津大学机械制造技术基础3培训资料第2页/共84页机械制造技术基础 第3章 切削原理Cutting Theory3.1 切屑的形成过程Process of Chip Forming第3页/共84页直角切削a）直角切削b）斜角切削c）不自由切削图3-1直角、斜角自由切削与不自由切削3.1.1 金属切削过程的变形 没有副刃参加切削，且λs = 0°。第4页/共84页挤压与切削45°AMFa）正挤压OBAM45°BOFb）偏挤压MOFc）切削3.1.1 金属切削过程的变形 切屑的形成与切离过程，是切削层受到刀具前刀面的挤压而产生以滑移为主的塑性变形过程。 正挤压：金属材料受挤压时，最大剪应力方向与作用力方向约成45° 偏挤压：金属材料一部分受挤压时，OB线以下金属由于母体阻碍，不能沿AB线滑移，而只能沿OM线滑移 切削：与偏挤压情况类似。弹性变形→剪切应力增大，达到屈服点→产生塑性变形，沿OM线滑移→剪切应力与滑移量继续增大，达到断裂强度→切屑与母体脱离。 图3-2 金属挤压与切削比较第5页/共84页金属切削变形过程切屑M终滑移线A刀具Φ剪切角始滑移线：τ=τsO3.1.1 金属切削过程的变形 图3-3 切屑根部金相照片第6页/共84页金属切削变形过程图3-4 切削变形实验设备与录像装置3.1.1 金属切削过程的变形 第7页/共84页三个变形区分析ⅡⅠⅢ 第Ⅱ变形区：靠近前刀面处，切屑排出时受前刀面挤压与摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。3.1.1 金属切削过程的变形 第Ⅰ变形区：即剪切变形区，金属剪切滑移，成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。图3-5 切削部位三个变形区 第Ⅲ变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。 第8页/共84页第9页/共84页第10页/共84页切屑控制图3-7 切屑的卷曲图3-8 断屑的产生3.1.2切屑类型与变形系数 为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量，应使切屑卷曲和折断。 切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加变形的结果（图3-7）断屑是对已变形的切屑再附加一次变形（常需有断屑装置，图3-8） 第11页/共84页变形系数hchhDLchLD图3-9 切屑与切削层尺寸 （3-1） （3-2）3.1.2 切屑类型与变形系数 切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本不变。可用其表示切削层变的变形程度。◆ 厚度变形系数◆ 长度变形系数第12页/共84页相对滑移系数 （3-3）γ0ΔsMφOΔy图3-10 相对滑移系数3.1.2 切屑类型与变形系数 当γ0 = 0～30°，Λh ≥1.5时， Λh与ε相近 ε主要反映第Ⅰ变形区的变形，Λh还包含了第Ⅱ变形区的影响。第13页/共84页特点两个摩擦区lfilfo3.1.3切屑与前刀面的摩擦变形 在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生沾接，切屑与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。 粘结区：高温高压使切屑底层软化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形成长度为lfi的粘接区。切屑的粘接层与上层金属之间产生相对滑移，其间的摩擦属于内摩擦。 滑动区：切屑在脱离前刀面之前，与前刀面只在一些突出点接触，切屑与前刀面之间的摩擦属于外摩擦。 图3-11 切屑与前刀面的摩擦 第14页/共84页变形原因τ变形情况hDΔhDAFECΔhτσn图3-12已加工表面变形应力分布3.1.4已加工表面的变形 切削刃存在刃口圆弧，导致挤压和摩擦，产生第Ⅲ变形区。A点以上部分沿前刀面流出，形成切屑；A点以下部分受挤压和摩擦留在加工表面上，并有弹性恢复。A点前方正应力最大，剪应力为 0。 A点两侧正应力逐渐减小，剪应力逐渐增大，继而减小。第15页/共84页脆性断裂条件3.1.5硬脆非金属材料切屑形成机理G＞GC （3-4）式中G —— 裂纹扩展单位长度时释放的能量（应变能 释放率）； GC ——裂纹扩展单位长度时所需的能量（裂纹扩 展阻力）。对于Ⅰ型（张开型）裂纹，在平面应变条件下，脆性断裂条件为：K1＞K1C （3-5）式中K1 —— 应力强度因 子； K1C —— K1临界值。 第16页/共84页脆性材料切削过程图3-13 硬脆材料切削过程a）大规模挤裂（大块破碎切除）b）空切c）小规模挤裂（小块破碎切除）d）小规模挤裂（次小块破碎切除）e）重复大规模挤裂（大块破碎切除）ch3/3-11.swfflasha）b）c）d）e）ch3/3-11a.swfflash3.1.5硬脆非金属材料切屑形成机理◆ 大规模挤裂与小规模挤裂交替进行（图3-13） 第17页/共84页磨削特点3.1.6磨削机理★ 磨粒切削刃几何形状不确定（通常刃口