第三章 金属切削过程与控制.ppt

第三章 金属切削过程与控制 3.1 金属切削过程及变形区的划分 3.2 切削力 3.3 切削热与切削温度 3.4 刀具的磨损、破损及使用寿命 3.5 工件材料的切削加工性 3.6 磨削过程与磨削机理 3.7 金属切削条件的合理选择 思考题与练习 3.1 金属切削过程及变形区的划分 3.1.1 切削形成过程及其变形区的划分 3.1.2 变形程度的表示方法 剪切角φ 相对滑移ε 变形系数Λh 3.1.3 刀、屑接触区的变形及摩擦 3.1.4 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响 3.1.5 切削的类型 3.1.1 切削形成过程及其变形区的划分 金属的切削过程 金属的切削过程就是刀具从工件表面切除多余的金属，从而形成切屑和已加工表面的全过程 切削形成的过程 大量的实验和理论分析证明，切削塑性金属时切削的形成过程就是切削层金属产生变形的过程 第一变形区的变形特征 金属切削变形过程 切削变形实验设备与录像装置 第三变形区的变形特征 剪切角φ 实验证明，剪切角φ的大小与切削力的大小有直接联系 对于同一工件材料，用同样的刀具，切削同样大小的切削层，当切削速度较高时，φ角较大，剪切面积变小，即变形程度减小，切削比较省力。所以可以用剪切角φ作为衡量切削过程变形程度的参数 相对滑移ε 切削过程中金属变形的主要形式是剪切滑移变形，且主要集中于第一变形区，其变形量可用相对滑移ε来表示 如图所示，当平行四边形OHNM发生剪切滑移后，变为OGPM，相对滑移ε为滑移距离Δs与单元厚度Δy之比，可用来表示切削变形程度 根据图中的几何关系有: 变形系数Λh 3.1.3 刀、屑接触区的变形及摩擦 切削层金属经过终滑移线OM，形成切屑后沿着前刀面流出时，切屑底层仍受到刀具的挤压和接触面间强烈的摩擦，继续以剪切滑移为主的方式在变形，使切屑底层的晶粒弯曲伸长，并趋向于与前刀面平行而形成纤维层，从而使靠近前刀面部分的切屑流动速度降低，甚至会停滞在前刀面上。这种平行于前刀面的纤维层称为滞流层 采用光弹性实验方法可测出切削塑性金属时前刀面上的应力分布情况，如图所示 前刀面的摩擦系数的变化规律和外摩擦的情况大不相同 切屑和前刀面摩擦情况示意图 3.1.4积屑瘤的形成及其对切削过程的影响 积屑瘤的定义 积屑瘤的成因 影响积屑瘤产生的因素 积屑瘤对切削过程的影响 有利的影响 不利的影响 在精加工时避免或减小积屑瘤的主要措施 积屑瘤的定义 在切削速度不高而又能形成连续性切削的情况下，加工一般钢料或其他塑性材料时，常常在前刀面切削处粘着一块剖面呈三角状的硬块。它的硬度很高，通常是工件材料的2-3倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤或刀瘤 右图为积屑瘤剖面的金相磨片 积屑瘤的成因 影响积屑瘤产生的因素 积屑瘤的产生及其积聚高度与金属材料的硬化性质有关，也与刃前区的温度和压力状况有关 一般来说，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤；刃前区的温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。对碳素钢来说，约在300～500℃时积屑瘤最高，到500℃以上时趋于消失。在背吃刀量和走刀量保持一定时，积屑瘤高度与切削速度有密切关系 如图所示。在低速范围Ⅰ区内不产生积屑瘤；在Ⅱ区内积屑瘤高度随切削速度增高而达最大值；在Ⅲ区内积屑瘤高度随切削速度增高而减小；在Ⅳ区内积屑瘤不再生成 有利影响 产生积屑瘤后，它包覆在切削刃上，由于其温度比工件材料硬，故可代替刀刃进行切削，对切削刃有一定的保护作用 积屑瘤使刀具实际前角增大，对切削过程有利 增大了切削厚度 不利影响 ⑴影响工件的尺寸精度 由于积屑瘤的前端伸出在切削刃之外，使切削厚度增加，因而对工件尺寸精度有影响 ⑵积屑瘤使加工表面粗糙度增大 积屑瘤的底部相对稳定一些，其顶部则很不稳定，容易破裂。一部分粘附于切削底部而排出，一部分残留在加工表面上，积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面变得粗糙。 ⑶对刀具寿命的影响 积屑瘤粘附在前刀面上，在相对稳定时，可代替刀刃切削，有减少刀具磨损、提高寿命的作用。但积屑瘤不稳定时，积屑瘤的破裂有可能导致硬质合金刀具颗粒剥落，使磨损加剧 在精加工时避免或减小积屑瘤的主要措施 控制切削速度，尽量采用低速或高速切削，避开中速区 采用润滑性能良好的切削液，以减小摩擦 增大刀具前角，以减小刀屑接触区的压力 适当提高工件材料的硬度，减小加工硬化的倾向 3.1.5 切削的类型及控制 带状切屑 挤裂切屑 单元切屑 崩碎切屑 切削的控制 带状切屑 形态：如右图， 连续不断呈带状，其底面（与前刀面接触的面）光滑，背面呈毛绒状（剪切面的条纹痕迹） 形成条件：一般加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小、刀具前角较大时，易出现带状切削