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机械制造技术基础笔记 第三章 切削与磨削原理 3.1.3 前刀面上刀-屑的摩擦与积屑瘤 1.摩擦面上的接触状态 1）峰点型接触（ F 不太大时）：m= f/F=tsAr/ss Ar=ts/ss=常数 此时的摩擦状态为滑动摩擦（外摩擦）。 ss--材料的拉压屈服极限 ts--材料的剪切屈服极限 Aa--名义接触面积 Ar--实际接触面积 2）紧密型接触（F 很大时）： m= f/F= tsAa/F=ts/sav≠常数 此时的摩擦状态为粘结摩擦（内摩擦）。 2.前刀面上刀-屑的摩擦：既有粘结摩擦，也有滑动摩擦，以粘结摩擦为主。 前刀面上的平均摩擦系数可以近似用粘结区的摩擦系数表示：m= ts/sav≠常数 当前刀面上的平均正应力sav增大时，m 随之减小。 4.积屑瘤 1）现象：中速切削塑性金属时，在前刀面上切削刃处粘有楔形硬块（积屑瘤）。 2）形成原因： （1）在一定的温度和很大压力下，切屑底面与前刀面发生粘结（冷焊）； （2）由于加工硬化，滞流层金属在粘结面上逐层堆积（长大）。 3)对切削过程的影响 （1）积屑瘤稳定时，保护刀具（代替刀刃切削）； （2）使切削轻快（增大了实际前角）； （3）积屑瘤不稳定时，加剧刀具磨损； （4）降低尺寸精度； （5）恶化表面质量（增大粗糙度、加深变质层、产生振动）。 --粗加工时可以存在，精加工时一定要避免。 4）抑制方法 （1）避免中速切削； （2）提高工件材料的硬度（降低塑性）； （3）增大刀具前角（至30~35o）； （4）低速切削时添加切削液。 5.剪切角公式 ∵第一变形区的剪切变形是前刀面挤压摩擦作用的结果， ∴切削合力Fr的方向就是材料内部主应力的方向， 剪切面的方向就是材料内部最大剪应力的方向。根据材料力学，二者夹角应为p/4，即： p/4= c+ b- go （tgb= Ff/ Fn= m ） f= p/4- b+ go --李和谢弗的剪切角公式（1952） 由公式可知：go ↗ → f ↗ → Lh ↘ b(m)↘ →f ↗ → Lh ↘ -前刀面上的摩擦直接影响剪切面上的变形。 3.1.4 影响切削变形的因素 1.工件材料： 强度、硬度↗→sav↗→ m (=ts/sav) ↘→ f↗→ Lh↘ 2.刀具几何参数：主要是前角的影响。 go ↗ → f↗ → Lh ↘ 3.切削用量 1)切削速度 低速、中速，主要是积屑瘤的影响： 积屑瘤长大时，实际前角gb ↗→ f↗→Lh↘；积屑瘤变小时，实际前角gb↘→f↘→Lh↗； 高速：vc↗→ts↘→m (=ts/sav)↘→ f↗→Lh↘ 2)进给量 f↗→hD(=f?sinkr) ↗→f↗→Lh↘； 3)背吃刀量 ap ↗→bD(= ap/ sinkr) ↗ 参加切削的刀刃长度增加了，其它条件未改变，所以：Lh基本不变。（见图3.14） ? 以上分析均有实验结果为证。 3.1.5 切屑类型及切屑控制 1.切屑类型（p80 图3.16） 2.切屑的控制-通过合理选择刀具角度、设计卷屑槽或断屑台，可以控制切屑的流向、卷曲程度和使其折断。 3.1.6 硬脆非金属材料切屑形成机理 1.刀具对材料的撕裂作用： 刃口前方的材料受到挤压，刃口下方的材料受到拉伸，所以裂纹多数是向刀刃的前下方裂开。向下延伸的裂纹当能量耗尽后终止，转而向上的裂纹最终到达自由表面形成断裂（越靠近自由表面能量消耗越小）。 2.断裂碎块的大小与刃口距附近自由表面的深度有关，距离越深则碎块越大。 3.硬脆材料的切削过程大致可分4个阶段。（见图3.20，c、d可能会反复进行多次。 §3.2 切削力 3.2.1 切削合力F及其分力 F的来源：作用在前刀面、后刀面、副後刀面处的正压力和摩擦力的合力。 其大小、方向与切削条件有关。为测量和应用方便，通常需将它分解为三个相互垂直的分力，即： 1.主切削力Fc(切向力)：做功最多，用于验算刀具强度、设计机床零件、确定切削功率等； 2.背向力Fp(吃刀抗力、径向力)：不做功，对加工精度影响很大，用于验算工艺系统的强度、刚度。也是引起切削振动的主要作用力。 3.进给力Ff（走刀抗力、轴向力）：用于计算进给功率和验算进给机构的强度。 3.2.2 切削力与切削功率的计算 用理论公式计算切削力，由于推导公式时采用的切削模型过于简化，所以公式不够精确，计算误差较大。生产实践中多用经验公式（把切削实验得到的大量数据经过数学处理得到）计算切削力。 1.指数形式的切削力经验公式： 主切削力： （3.10） 进给力： （3.11） 背向力： （3.12） 对于常用材料，式中的系数CF （与工件材料有关）、指数XF 、YF 、ZF 及切削条件变化时的修正系数KF（共8个） 均可从切削用量手册中查出。 2.由单位切削力计算主切削力 ? 单位切削力kc-作用