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第三章 金属切削过程及其变形规律 金 属 切 削 原 理 与 刀 具 目 录 3.1 切屑的形成过程 3.2 切削力和切削功率 3.3 切削热和切削温度 3.4 刀具磨损和破损 3.5 已加工表面的形成 3.6 小 结 第一节 切屑的形成过程目 录 3.1.1 切屑形成的力学模型和变形区的划分 3.1.2 第一变形区的变形及其简化 3.1.3 第二变形区的变形 3.1.4 变形程度的表示方法 3.1.5 切屑的类型与折断 3.1.6 切屑变形的变化规律 1. 切屑的形成 金属切削过程是切削层金属在刀具的前刀面推挤下，发生以剪切滑移为主的塑性变形而形成切屑的过程。 2. 切屑形成的力学模型 在直角自由切削下，作用在切屑上的力有：前刀面上的法向力Fn和摩擦力Ff，在剪切面上也有一个正压力Fns和剪切力Fs，这两对力的合力应该互相平衡。 3. 变形区的划分 1. 第一变形区内金属的剪切变形 2. 剪切角的计算 1) 麦钱特(M．E．Merchant)公式 求微商，并令 ，可求出Fr为最小值时φ之值。 2) 李和谢弗(Lee and Shaffer)公式 也称为切削第一定律，是根据主应力方向与最大切应力方向之间的夹角为45°的原理来计算剪切角。 (1) 当前角γo增大时， φ角随之增大，变形减小。可见在保证切削刃强度的前提下，增大刀具前角对改善切削过程是有利的。 (2) 当摩擦角β增大时， φ角随之减小，变形增大。因此在低速切削时，采用切削液以减小前刀面上的摩擦系数是很重要的。 1. 第二变形区内金属的挤压变形 2. 前刀面上的摩擦 3. 积屑瘤 切削钢、球墨铸铁、和铝合金等塑性金属时，在切削速度不高，而又能形成带状切屑的情况下，常常有一些从切屑和工件上来的金属冷焊(黏结)并层积在前刀面上，形成硬度很高的楔块，它能够代替刀面和切削刃进行切削，这个楔块称为积屑瘤。积屑瘤的硬度可达工件材料硬度的2～3.5倍。 在Ⅰ区里形成粒状切屑或节状切屑，这时没有积屑瘤出现。 在Ⅱ区里形成带状切屑。有积屑瘤生成；积屑瘤的高度随着切削速度的提高而增大，同时积屑瘤前端越来越象像楔子，越来越深入地楔入切削层与工件之间。当切削速度增大到Ⅱ区的右边界时，积屑瘤的高度达到最大值。 在Ⅲ区里，积屑瘤的高度随着切削速度的提高而减小，而且积屑瘤的顶部越趋于与前刀面平行。当v增大到Ⅲ区右边界之值时，积屑瘤便消失。 在Ⅳ区里积屑瘤不再生成，此时切屑底层高度纤维化，纤维的方向几乎与前刀面平行。这样的切屑底层称为滞流层。 积屑瘤对加工的影响有以下几个方面： (1) 稳性的积屑瘤可以代替切削刃和前刀面进行切削，从而保护切削刃和前刀面，减少刀具的磨损； (2) 积屑瘤的存在使刀具在切削时具有更大的实际前角，减小了切屑的变形，切削力下降； (3) 积屑瘤具有一定的高度，其前端伸出切削刃之外，使实际的切削厚度增大； (4) 在切削过程中积屑瘤是不断的生长和破碎的，所以积屑瘤的高度也在不断变化，导致了实际切削厚度的地不断变化，引起局部过切，使零件的表面粗糙度增大。同时部分积屑瘤的碎片会嵌入已加工表面，影响零件表面质量； (5) 不稳定的积屑瘤不断地生长、破碎和脱落，积屑瘤脱落时会剥离前刀面上的刀具材料，造成刀具的磨损加剧。 避免积屑瘤产生的常用的方法有： (1) 选择低速或高速加工，避开容易产生积屑瘤的切削速度区间。例如，高速钢刀具采用低速宽刀加工，硬质合金刀具采用高速精加工； (2) 采用冷却性和润滑性好的切削液，减小刀具前刀面的粗糙度等； (3) 增大刀具前角，减小前刀面上的正压力； (4) 采用预先热处理，适当提高工件材料硬度、降低塑性，减小工件材料的加工硬化倾向。 1. 相对滑移 当平行四边形OHNM发生剪切变形后，变为平行四边形OGPM，在切削过程中，这个相对滑移，可以近似地看成是发生在剪切面NH上。剪切面NH被推移到PG的位置，故有 2. 变形系数 切屑厚度hch与切削层厚度hD之比，称为厚度变形系数 切削层长度lD与切屑长度lch之比，称为长度变形系数 切削层变成切屑后宽度的变化很小，根据体积不变原理 变形系数是大于1的数，它直观地反映了切屑变形程度，并且比较容易测量。 3. 相对滑移与变形系数的关系 (1) 变形系数并不等于相对滑移。 (2) 当Λ ≥1.5时，对于某一固定的前角，相对滑移与变形系数成正比。 (3) 当Λ =1时，即hD=hch，相对滑移并不等于零，因此，切屑还是有变形的。 (4) 当γo=15°～30°，变形系数即使具有同一的数值，倘若前角不相同，相对滑移仍然不相等，前角愈小， ε就愈大。 (5) 当Λ ＜1.2