机械制造技术基础第2章第3节金属切削过程及物理现象.ppt

第三节 金属切削过程及其物理现象;一、研究金属切削变形过程的实验方法;二、金属切削层的变形;2、第Ⅰ变形区内金属的剪切变形及变形程度的表示方法 ⑴ 第Ⅰ变形区的变形过程 ⑵ 第Ⅰ变形区的变形特征 沿滑移线的剪切滑移变形，以及随之产生的加工硬化现象。 ⑶ 从金属晶体结构的角度理解第一变形区的变形 沿滑移线的剪切滑移变形就是沿晶格中晶面的滑移，设工件原材料晶粒为圆形，当 受剪应力时，晶格内的晶面就发生位移，使晶粒呈椭圆形。 ⑷ 变形区的宽度(始滑移线OA至终滑移线OE之间的宽度） 在一般切削速度范围内，仅为0.02~0.2mm，很窄。 切削速度越高，始滑移线OA后移至OA’的程度就越大，变形区的宽度就 越窄。所以 第Ⅰ变形区可近似用一个面来表示。 ⑸ 剪切面及剪切角φ(如图所示） 剪切面——工件待加工表面与切屑顶面的交线O’O’和刀尖所在直线OO所组成的平面。 剪切角φ——剪切面与切削平面的夹角，即在正交平面内剪切线OO’与速度v 的夹角。 ; ⑹ 第Ⅰ变形区变形程度的表示方法 ① 剪切角φ 剪切角φ↑——第Ⅰ变形区的剪切滑移变形↓ 用剪切角φ表示第Ⅰ变形区的剪切滑移变形程度，高速时，较准确；低速时误差 较大。 通常，切削速度V ↑ ——φ ↑ 剪切滑移变形将减小。 ② 相对滑移ε 第Ⅰ变形区变形既然是剪切滑移，所以直接用剪应变即相对滑移ε来表示其变形 程度。ε越大其变形程度就越大。 相对滑移 ε与剪切角φ的关系： ε=cosγo/sinφcos（φ－γo) 刀具前角γo↑ ——ε↓；剪切角φ ↑ ——ε↓。所以，在实际加工中通常是高速 、大前角时切削轻快。 ③ 变形系数ξ(切屑厚度ach与切削层厚度ac） ach——切屑的厚度， ac——切削层的厚度； Lch——切屑长度， Lc ——切削层的长度。 厚度变形系数： ξa= ach/ ac 长度变形系数： ξL= Lc/ Lch 通常，变形系数（ ξa ，ξL） ↑——剪切滑移变形↑。 ;3、第Ⅱ变形区的变形 ⑴ 第Ⅱ变形区的变形过程(如图所示） ⑵ 第Ⅱ变形区的变形特征 沿前刀面方向产生剧烈的剪切塑性变形并随之产生加工硬化现象。表 现为切屑底 沿前刀面方向出现严重纤维化，流动速度减缓，甚至会停止在前刀面上；切屑产生弯 曲；同时产生大量的摩擦热。 4、第Ⅲ变形区的变形 ⑴ 第Ⅲ变形区的变形过程 ⑵ 第Ⅲ变形区的变形特征 在刀具钝圆半径及后刀面的挤压、摩擦作用下，已加工表面的表层金属产生纤 维化并随之产生加工硬化。 5、前刀面的摩擦与挤压及其对切屑变形的影响 ⑴ 作用在切屑上的力 在直角自由切削条件下，以切屑为分离体，忽略其自身重力及剪切面上的弯矩影响 ，分析作用在切屑上的力。 来自前刀面的力：法向力Fn，摩擦力Ff 。其合力为Fr，Fn与Fr的夹角为摩擦角β， γo是刀具的前角。 来自剪切面的力：正压力Fns，剪切力Fs。其合力为Fr’，φ角是剪切角 Fr 与Fr’应 为平衡力，将所有的力均画在切削刃的前方，可得如下公式 ; Fs=τAs=τAc/s