金属切削原理与道具第三章金属切削的变形过程解析.ppt

金属切削原理与刀具 ——山东理工大学机械工程学院 李志永 2015年2月 § 3.1 研究金属切削变形过程的 意义和方法 当 = 0～30°， ≥1.5时， 与ε相近。 ε主要反映第Ⅰ变形区的变形， 还包含了第Ⅱ变形区的影响。 前刀面的摩擦 前刀面的摩擦 积屑瘤形成 工件材料影响切削变形 3.1.4 已加工表面的变形 3.1.5 硬脆非金属材料切屑形成机理 3.1.5 硬脆非金属材料切屑形成机理 3.1.6 磨削机理 3.1.6 磨削机理 * * 研究切削变形的意义和方法 第三章 金属切削的变形过程 本章主要内容 切削层的变形 前刀面的挤压和摩擦 积屑瘤 切屑变形规律 切屑的类型、卷曲和折断 爱国者导弹 研究金属切削变形过程的意义 认识和掌握金属切削的规律，用以提高切削效率、降低成本、保证质量。 19世纪以来，大批学者从不同方面进行研究，科学地揭示和解释了金属切削过程的种种现象和规律。 各行业对机械产品的需求促使人们不断地探索和研究新问题。 研究过程采用了多种方法 侧面变形观察法、高速摄影法 快速落刀法、扫描电镜显微观察法等 切削变形实验设备与录像装置 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。 F A B O M 45° a）正挤压 F A B O M 45° b）偏挤压 O M F c）切削 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线以上金属由于母体阻碍，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。 金属挤压与切削比较 § 3.2 金属切削层的变形 挤压与切削（塑性材料切削为例） 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。 切削部位三个变形区 Ⅰ Ⅲ Ⅱ 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。 三个变形区分析 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。 § 3.2 金属切削层的变形 切屑根部金相照片 M 刀具 切屑 O A 终滑移线 始滑移线：τ=τs Φ剪切角 第一变形区的剪切变形 § 3.2 金属切削层的变形 大小？ 第Ⅰ变形区的剪切变形程度分析 O Δy Δs M φ γ0 相对滑移系数 相对滑移系数 剪切面与切削速度之间的夹角。 剪切角 ： φ § 3.2 金属切削层的变形 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。 Lch ac ach LD 切屑与切削层尺寸 ◆ 厚度变形系数 ◆ 长度变形系数 变形系数 ◆ 自由切削宽度变形可忽略 § 3.2 金属切削层的变形 剪切角与变形系数的关系 相对滑移与变形系数的关系 变形系数求法 γ0 φ § 3.2 金属切削层的变形 §3.3 前刀面的挤压与摩擦及其对切削变形的影响 强烈的挤压与摩擦 切屑底层纤维化，流动缓慢甚至停滞 切屑弯曲 第二变形区特点 由摩擦而产生的热量使接触区域温度升高 本变形区的变形也影响第一区变形 切削部位三个变形区 §3.3 前刀面的挤压与摩擦及其对切削变形的影响 作用在切屑上的力 取切屑为隔离体，作用在剪切面和底面的力平衡 直角自由切削时各力的作用角度如图 切削层面积： 剪切必需的力： 作用在切屑上的力 前刀面 切平面 §3.3 前刀面的挤压与摩擦及其对切削变形的影响 作用在切屑上的力 两处作用力平衡，汇集于刀刃前方如图 由几何关系得： 理论切削力（合力）： 理论切削力计算 §3.3 前刀面的挤压与摩擦及其对切削变形的影响 Lee and Shaffer公式： 剪切角 与前刀面摩擦角 的关系 根据材料力学结论：主应力方向（Fr）与最大剪应力方向的夹角为 。 由Lee and Shaffer公式知： ↑→ ↑→切削变形↓——应尽量增大 ↑→ ↓→切削变形↑——应尽量减小 该公式仅是理论分析。只能定性地解释问题，定量上有出入 粘结区：高温高压使切屑底层软