机械制造技术 了解装配 2切削变形.doc

切削变形 在金属切削过程中，会产生一系列的现象，有切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等。了解这些现象产生的原因、作用和变化规律，通过控制切屑、减小切削变形、合理选用切削液等措施，保证加工质量、降低生产成本、提高生产率的目的。 一、切削变形 切削变形本质上是工件受刀具推挤后产生弹性和塑性变形，使切削层与母体金属分离的过程。1. 切屑的形成过程 在刀具的作用下，切削层金属经过一系列复杂的过程变成切屑。如图1-2-2所示，塑性金属材料在刀具的作用下，会沿与作用力成45度的方向产生剪切滑移变形，当变形达到一定极限时，就会沿着变形方向产生剪切滑移破坏。若刀具连续运动，虚线以上的材料就会在刀具的作用下与下方材料分离。切削层金属就是这样经过复杂的变形后与工件基体材料分离形成切屑。如图1-2-2所示，切削层金属从OA面开始产生剪切滑移变形，到OM面剪切滑移变形基本终止，时间极短，应变速度很快。OA、OM相距只有0.02~0.2mm，通常用一个平面OM代表，称为剪切面。 图1-2-2 切屑的形成 2. 切削时的三个变形区 为了进一步分析切削层的变形规律，通常把切削刃作用部位的金属划分为三个变形区，如图1-2-3所示。 图1-2-3 切削时三个变形区 图1-2-4剪切角 （1）第一变形区 指靠近刀具前方，OA、OM之间的变形区域。塑性变形从始滑移面OA开始到终滑移面OM结束，之间形成AOM塑性变形区，称为第一变形区。其变形特点是剪切滑移，故又称剪切区。材料在这一变形区的特点是沿滑移面的剪切变形，由于剪切变形区域很窄，因此，近似用剪切面OM代表整个变形区，如图1-2-4所示。剪切面OM与切削速度vc的夹角φ称为剪切角。 切削层金属形成切屑后，由于变形的结果，长度缩短厚度增大。可以用长度和厚度的变化量来表示切削变形。基于变形前后体积不变的原理，变形系数ξ可由下式计算。 ξ=L/Lc=hch/hD （1-2-1） 式中L、hD—切削层的长度和厚度； Lc、hch——切屑的长度和厚度。 由此可见，只要测量出切削层和切屑的长度或厚度，便能求出变形系数ξ，而且，变形系数大于1。 由图1-38可以推导 ξ=hch/hD=OMcos（φ—γo）/OMsinφ= cos（φ—γo）/sinφ （1-2-2） 由式（1-2-1）可以看出，剪切角和前角是影响切削变形的两个主要因素。在实际应用中，可用变形系数的大小来判断切削层产生塑性变形的程度，以及工件材料的塑性高低。当工件材料相同而切削条件变化时，ξ值越大说明变形程度越大；当切削条件相同而工件材料不同时，ξ值越大说明工件材料塑性越大。 （2）第二变形区 第二变形区的变形特点 经过第一变形区变形后形成的切屑在沿着刀具前面流出时，进一步受到前面的挤压和摩擦，形成与前刀面平行的纤维化金属层。这一与前刀面接触的切屑底层内产生的变形区为第二变形区。研究发现，切屑与刀具前面间接触部分可以划分为两个区域，如图1-2-6所示。 图1-2-5 变形系数 图1-2-6 滞流层 粘结区 近切削刃长度 内，由于高温高压的作用使切屑底层材料产生软化，切屑底层的金属材料粘在高低不平的前刀面上形成粘结区。 滑动区 切屑即将远离前刀面时，切屑与前刀面之间只是突出的金属点接触，实际接触面积远小于名义接触面积。 （3）第三变形区 已加工表面与刀具后面接触的区域，受到刃口和刀具后面的摩擦和剪切划移，称为第三变形区。这个变形区有以下三个方面的特点。 ①已加工表面变形 已加工表面是经过多次复杂的变形而形成的。切削刀具的刃口并不是非常锋利的，而是存在着刃口圆弧半径rn。如图1-2-10所示。切削层在刃口钝圆部分存在复杂的应力状态，o点以上金属层经剪切滑移沿着前面流出形成切屑。o点以下金属层被刃口向前推挤或被压入已加工表面，受到压应力，同时又受到刀具后面的拉伸、摩擦作用，进一步产生塑性变形，使已加工表面存在内应力。 ②加工硬化 已加工表面经过切削加工，使工件表面层硬度提高的现象，称作加工硬化。硬化层的硬度比工件硬度高1.2～2倍。塑性变形程度越大，硬化层深度也越深。加工硬化使下道工序的刀具易磨损