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第4章 金属切削基本知识 第 页 机械制造技术 金属切削过程 第4章 金属切削基本知识 第 页 机械制造技术 金属切削过程 第4章 金属切削基本知识 第 页 机械制造技术 金属切削过程 第4章 金属切削基本知识 第 页 机械制造技术 金属切削过程 第4章 金属切削基本知识 第 页 机械制造技术 金属切削过程 目 录 第8章 金属切削基础知识 4.4 金属的切削过程 4.4.1 切屑形成及类型 4.4.2 切削力和切削功率 38 4.4.1. 切屑的形成及类型 金属切屑过程实质上是一种挤压过程(见视频5)，切削塑性金属过程中，金属在受 到刀具前面的挤压后，将发生 塑性剪切滑移变形，然后被切 离工件形成切屑。实际上，这 种塑性变形—滑移—切离三个 过程，会根据加工材料等条件 不同，不完全地显示出来。 4.4 金属的切削过程 视频5 金属切削过程 1 39 例如，加工铸铁等脆性材料时，被切层在弹性变形后很快形成切屑离开母材。而加工塑性很好的钢材时，滑移阶段特别明显。由于切屑形成过程不同，切屑的形状也不同。一般可以分成四类（见动画7）。 动画7 切屑的种类 2 (1)带状切屑 40 通常在加工塑性金属材料， 切削厚度较小，切削速度较高，刀具前角较大的情况下获得。形成带状切屑时，材料没有充分变形。因此切削中产生的力和热均较小，切削平稳，已加工表面粗糙度低(见动画8) 。 动画8 带状切屑 3 (2)节状切屑 40 节状切屑也称挤裂切屑 。在加工较硬的塑性金属材料且所用的切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较大的情况下产生。这是由于材料在剪切滑移过程中滑移量较大，由滑移变形所产生的加工硬化使剪切应力增大，在局部地方达到了材料的断裂强度所引起的。因此切削力波动较大，已加工表面粗糙度较大(见动画9) 动画9 节状切屑 4 切屑沿剪切面完全断开，因而呈单元状。当切削塑性较差的材料，在切削速度极低时，会产生这种切屑(见动画10)。 （3）粒状（单元） 41 动画10 粒状切屑 5 （4）崩碎切屑。 41 在加工铸铁、青铜等脆性材料时，易形成崩碎切屑。产生崩碎切屑时，切削热和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近，刀尖易磨损，容易产生振动，影响工件表面质量。工件材料愈硬脆，刀具前角愈小，切削厚度愈大，愈易形成这类切屑。 上述情况说明切屑类型对切削过程有着很大的影响。 动画11 崩碎切屑 6 视频6 金属材料对切削变形的影响 42 视频7 刀具前角对切削变形的影响 影响切削变形的因素主要有，金属材料的影响(见视频6)、刀具前角的影响(见视频7)、切削厚度的影响(见视频8)、切削速度的影响(见视频9)等。 7 视频8 切削厚度对切削变形的影响 视频9 切削厚度对切削变形的影响 43 8 2. 积屑瘤 44 由于变形和摩擦的结果，在切削过程中会产生一系列的物理现象，如积屑瘤、切削力、切削热、工件表面变形强化、刀具磨损等。 切削钢和铝合金等塑性金属时，在切削速度不高且形成带状切屑的情况下，常有一些来自切屑和工件的金属粘接层堆积在刀 动画12 积屑瘤 具的前面上，形成硬度很高(约为工件材料硬度的2～3.5倍)的楔块，称为积屑瘤，积屑瘤形成过程见动画12和视频10。 积屑瘤对切削过程有有利的影响，也有不利的影响，具体表现在： (1)保护刀具。积屑瘤在形成而且覆盖了部分刀刃和前面后就代替刀刃进行切削，起到保护刀刃的作用。 9 (2)增大了实际前角。可减少切削变形、降低切削力。 (3)易引起振动。由于积屑瘤的产生、成长和脱落是有一定周期的，因此使切削力发生变化，引起振动。 45 积屑瘤对切削过程的影响 (4)增大已加工表面的粗糙度和刀具磨损。由于积屑瘤的周期性产生和脱落，使一部分脱落的碎片留在工件的表面上，使表面变得粗糙，并增加刀具磨损。积屑瘤的脱落还伴随着硬质合金刀具前面上的材料的剥离，使刀具磨损增加。 视频10 积屑瘤 10 46 ①加工时控制切削速度，避开产生积屑瘤的切削速度区。一般在切削速度很低( 0.083m/s)时，或切削速度很高(＞1.17m/s)时不会产生积屑瘤。 ② 增加刀具前角以减小切削变形、降低刀屑接触区压力。 ③ 使用润滑性良好的切削液，减小摩擦。 ④ 用适当热处理的方法提高工件材料的硬度，减少加工硬化的倾向。 避免产生积屑瘤的方法： 因此在粗加工时可利用积屑瘤以保护刀具；而精加工时，应尽量避免积屑瘤，以提高加工质量。 11 4.4.2 切削力和切削功率 47