第02章 金属切削过程及切削参数化选择.ppt

1998-10-25 第02章 金属切削过程及切削参数化选择 －讲述与切削有关的概念和定义 本章概述 金属切削的变形过程 切屑的种类及卷屑断屑机理 影响切削变形的因素 切削力 切削热和切削温度 刀具磨损、破损和使用寿命 切削用量的优化选择 刀具几何参数的选择 工件材料的切削加工性 切削液 2.1 金属切削的变形过程 研究金属切削变形过程的实验方法（自学） 金属切削变形的基本特征 金属切削过程中的三个变形区 变形系数和剪应变 剪切角 2.1.2 切削变形过程的基本特征 切削加工的概念 金属切削过程的基本概念 金属切削过程—刀具从工件表面切除多余金属，从切屑形成开始到已加工表面形成为止的完整过程。 2.1.3 切削过程中的3个变形区 第一变形区 切削层中点P 滑移路线1-2-3-4 OA始滑移面-OM终滑移面形 成切屑 剪切变形、加工硬化 第二变形区 切屑沿前刀面方向排出时受挤压和摩擦 金属纤维化（第二变形区的变形） 第三变形区 已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀 面的挤压摩擦 纤维化、加工硬化 2.1.4 变形系数和剪应变 变形系数ξ 剪应变ε 剪应变与变形系数的关系Λh - ε 1 变形系数 切屑厚度hch 切削层厚度hD 切屑长度lch 切削层长度lc 厚度变形系数ξh 长度变形系数ξl 结论： ξ值越大，表明切削变形越大 2 剪应变 OHNM剪切OGPM 滑移距离ΔS 滑移层厚度Δy 或 （2-5） 3 剪应变与变形系数的关系 将式（2-4）的关系式 变换得： 代入式（2-5）得： ε- ξ关系： (1)变形系数ξh并不等于剪应变ε； (2)当ξ =1.5, γo不变时,ε与ξ成正 比。故ξ一定程度上可以反映ε的大小； (3)当ξ＝1时，即hD = hch ，剪应变ε并不等于零，切屑仍然有变形； (4)当γo＝-15~300，对于同一数值的ξ， γo不同ε也不同，γo越大ε就越小； (5)当ξ 1.2时，不能用ξ表示变形程度。 2.1.5 剪切角φ 前刀面作用在切屑上的力： 前刀面法向力Fγn 、摩擦力 Fγ— F 剪切面作用在切屑上的力： 剪切面法向力Fshn 、剪切力Fsh — F′ 剪切角的计算 按合力最小原理： 按最大剪应力理论：??? 当摩擦角β增大时， φ角随之减小，变形增大； 当前角γo增大时， φ角随之增大，变形减小； 2.2 切屑的种类及卷屑断屑机理 2.2.3 切屑的形状及卷屑断屑机理 1.切屑形状的分类 按形成机理：带状、节状、单元、崩碎 按形状分：带状屑、C形屑、崩碎屑、宝塔状卷屑、长紧卷屑、发条状、螺卷屑等 2.卷屑机理 积屑瘤自然卷屑 开卷屑槽、安装卷屑台 3.断屑机理 2.3 前刀面上的摩擦与积屑瘤 前刀面上的摩擦 峰点型接触、紧密型接触 峰点的冷焊 积屑瘤的形成 切屑沿前刀面流出时，形成积屑瘤 挤压与摩擦 →切屑底层速度放缓 →滞流层 →相对滑移（光弹试验）→切削温度高→黏结在前刀面 新的切屑→一层层滞流、黏结→形成楔块 积屑瘤与切削速度的关系 无积屑瘤→积屑瘤增长区→积屑瘤消退区→无积屑瘤 3.积屑瘤的影响与控制 影响 保护刀具：代替刀刃和刀面切削，减轻前后刀面磨损； 增大前角：减小切屑变形，切削力↓； 增大hD：伸出切削刃外ΔhD ，其变化可能引起振动； 增大已加工表面粗糙度：积屑瘤凸出的轮廓不规则； 加速刀具磨损：积屑瘤不稳定，易破裂；碎片对前后刀面有擦伤作用。 3.积屑瘤的影响与控制 控制措施 避开产生积屑瘤的速度范围：选择低速或高速切削； 适当提高工件材料硬度和强度，降低塑性，抑制积屑瘤的产生； 合理使用切削液，降低切削温度，减小摩擦； 增加刀具前角，以减小切屑与前刀面接触区的压力，降低切削温度； 2.4 影响切削变形的因素 工件材料的影响 工件材料强度和硬度越大（塑性越小），变形越小 刀具前角的影响 前角越大，剪切角越大，变形越小 切削速度的影响 无积屑瘤的切削速度范围内，切削速度越高，切削温度越高，摩擦系数减小，摩擦角减小，剪切角增大，变形减小 有积屑瘤的切削速度范围内，切削速度是通过积屑瘤所形成的实际前角来影响切屑变形的 切削厚度的影响 实验表明：切削厚度越大，变形越小 2.5 切削力 切削力的来源 切削合力、分力和切削功率 影响切