机械制造技术基础第二版§32金属切削过程中的变形资料.ppt

§3.2金属切削过程中的变形 一、切屑的形成过程1.变形区的划分 切削层金属形成切屑的过程就是在刀具的作用下发生变形的过程。 切削过程中，切削层金属的变形大致可划分为三个区域： 在一般切削速度范围内，第一变形区的宽度仅为0.02mm—0.2mm，切削速度越高、其宽度越小，故可近似看成一个平面，称剪切面。 剪切面与切削速度间的夹角称剪切角，以Φ表示。 当金属沿滑移线发生剪切变形时，晶粒会伸长。 已加工表面表层的金属纤维被拉伸得更长更细; 其纤维方向平行于已加工表面. 这个表层的金属具有与基体组织不同的性质，所以称为加工变质层。 2.切屑的受力分析 在直角自由切削的情况下，作用在切削上的力有： 前刀面上的法向力Fn,摩擦力Ff，正压力Fns，剪切力Fs，这两对力的合力互相平衡。 如用测力仪直接测得作用在刀具上的切削分力Fc和Fp，在忽略被切材料对刀具后刀面作用力的条件下，即可由上式推导求得前刀面对切屑作用的摩擦角β，进而可近似求得前刀面与切屑间的摩擦系数μ。 二、切削变形程度 1.变形系数Λh  变形系数是衡量变形的另一个参数，用它来表示切屑的外形尺寸变化大小 分析上式知： 1)前角ro增大时，剪切角Φ随之增大，变形减小.这表明增大刀具前角可减少切削变形，对该善切削过程有利。 2)摩擦角β增大时，剪切角Φ随之减小，变形增大。提高刀具刃磨质量、采用润滑性能好的切削液可以减小的刀面和切屑之间的摩擦系数，有利于改善切削过程。 三、前刀面上的摩擦 切削钢材时，刀具前刀面对被切材料产生的正应力σ和切向应力沿前刀面的分布如图所表。在切屑与刀具前刀面接触的长度内存在两种不同的接触状态。 四、积屑瘤的形成及对切削过程的影响 1.积屑瘤的形成及其影响 在切削速度不高而又能形成带状切屑的情况下。加工一般钢料或铝合金等塑性材料时，常在前刀面切削处粘着一块呈三角状的埂块，硬度很高、通常是工件材料硬度的2—3倍，这块粘附在前刀面的金属称为积屑瘤。 主要决定于切削温度。 在切削温度很低时,切屑与前刀面间呈点接触,摩擦系数μ较小,故不易形成粘结； 在温度很高时,接触面间切屑底层金属呈微熔状态,起润滑作用，摩擦系数也较小，积屑瘤同样不易形成。 1)正确选用切削速度，使切削速度避开产生积屑瘤的区域。 2)使用润滑性能好的切削液，目的在于减小切屑底层材料与刀具前刀面间的摩擦。 3)增大刀具前角，减小刀具前刀面与切屑之间的压力。 4)适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。 五、影响切屑变形的因素 1.工件材料 工件材料的机械性能不同，切屑变形也不同。 2.刀具前角ro 增大刀具前角,剪切角Φ将随之增大，变形系数Ah将随之减小； 但ro增大后，前刀面倾斜程度加大，切屑作用在前刀面上的平均正应力σav减小，使摩擦角β和摩擦系数μ增大，而导致Φ减小。 由于后一方面影响较小，Ah还是随ro的增加而减小。 3.切削速度Vc 在无积屑瘤产生的切削速度范围内，切削速度越大，变形系数Ah越小。 切削速度vc是通过积屑瘤使剪切角φ改变和通过切削温度使摩擦系数μ变化而影响切削变形的。 如图中碳钢为例。 vc在3～20m/min范围内提高，积屑瘤高度随着增加，刀具实际前角增大，使剪切角φ增大，故变形系数Λh减小；  vc =20m/min左右时， Λh值最小， vc在20～40m/min范围内提高，积屑瘤逐渐消失，刀具实际前角减小，使φ减小，Λh增大。 vc超过40m/min继续增高，由于切削温度继续增高，致使摩擦系数μ下降，故变形系数Λh减小。 此外，在高速时，也由于切削层受力小，切削速度又快，切削变形不充分而使切屑变形减小。 4.切削层公称厚度hD 在无积屑瘤的切削速度范围内，切削层公称厚度hD越大，变形系数Ah越小。 Fn增大--平均正应力σav增大，--摩擦系数μ减小--剪切角Φ将随之增大--使变形系数Ah下降。 加工硬化 　　金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象。又称冷作硬化。 产生原因是：金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力等。加工硬化的程度通常用加工后与加工前表面层显微硬度的比值和硬化层深度来表示。 * * (3)第三变形区 已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，造成表层金属纤维化与加工硬化。这一区域(图中Ⅲ区)称为第三变形区。 (2)第二变形区 切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维化、基本上和前刀面平行。这一区域〔图中Ⅱ区)称为第二变形区。 (