普通机床加工技术-成航 切削过程基本规律 3-2掌握切削过程基本规律.doc

教学单元2 切削过程中基本规律及其控制 刀具在切削材料时，切削层发生变形，形成切屑，伴随产生积屑瘤和加工硬化，产生切削力、切削热和刀具磨损等一系列现象。 一、切削变形 1、金属切削过程 金属切削过程类似刀具前刀面对工件上切削层的压缩过程(以刨削为例，见图3.2.1)。金属受压缩时，与主应力成45°角的方向上产生最大剪应力。当剪应力达到材料屈服点以后，金属的晶格滑移，产生塑性变形。切削金属时，与刀具作用在工件上的力F(工件作用于刀具前、后刀面的正压力与摩擦力合力的反作用力)约成45°角方向的剪切面上产生滑移(图3.2.2)，切削层由此形成切屑，切屑沿着刀具前刀面排出。 图3.2.1 金属的压缩与切削 图3.2.2 剪切滑移形成切屑 2、金属切削过程中的变形区（ 金属切削过程录象） 切削层大致可以划分成三个变形区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ (图3.2.3)。第1变形区切削刃前方的变形区，主要是沿剪切面的滑移变形区。切屑单元受刀具前刀面挤压已成梯形，切屑弯曲地排出。第Ⅱ变形区是与刀具前刀面接触的切屑底层变形区。切屑底层受到前刀面的挤压与摩擦，其流动速度较上层略缓，甚至滞留在前刀面上，形成积屑瘤。第Ⅲ变形区是近切削刃处已加工表面的变形区。该处受切削刃钝圆部分和刀具后刀面的挤压和摩擦，造成工件表面的加工硬化。三个变形区中，第Ⅰ变形区的变形量最大。 图3.2.3 三个变形区 3、切屑的种类和形状 由于加工材料和切削条件不同，切屑变形的性质和程度不同，常见的切屑有三种基本类型(图3.2.4)。 （1） 节状切屑 当以很小的刀具前角、很大的进给量和很低的切削速度切削钢等塑性金属时，形成的是节状切屑(图3.2.4a)。这种切屑较厚，一面有锯齿形的剪裂缝。形成这种切屑时金属变形很大，切削力有波动，加工出的工件表面较粗糙。 （2） 带状切屑 正常切削条件下(指采用合理的刀具前角，合理的切削用量)切削钢等塑性金属时，形成的是带状切屑(图3.2.4b)。此时切削平稳，加工出的工件表面粗糙度较小。带状切屑高速流出时，乱窜乱撞，既影响操作安全，也会缠绕到工件上划伤已加工表面，还会使自动加工无法进行，应采取断屑或卷屑措施。 （3） 崩碎切屑 切削脆性金属如铸铁、黄铜等，形成片状或崩碎切屑（图3.2.4c）。工件材料越脆，刀具前角越小，越容易形成此类切屑。形成崩碎切屑时，切屑与工件分离面凹凸不平，所以加工表面比较粗糙。 图3.2.4 切屑的种类 4、积屑瘤 在一定的条件下切削塑性金属，刀具切削刃附近的前面上粘附着一块很硬的金属堆积物，这就是积屑瘤，如图3.2.5所示．研究证明，积屑瘤材料主要来自切屑底层，少量来自工件。积屑瘤经过很大塑性变形，加工硬化严重，硬度约为母材的2～3倍，能代替切削刃进行切削，对切削过程有重大影响。 （1）积屑瘤的成因（ 积屑瘤录像） 在切削钢、铝合金产生带状切屑时，在刀—屑界面存在着粘结。所谓粘结，就是在两种固体金属相接近到原子间距离的程度时，所产生的金属结合现象。由于刀—屑界面存在着粘结，当切屑流动时，则在切屑底层的流变层内部产生滑移塑性流动，使流变层中的部分金属层层堆积在刀具前刀面上，长大成为积屑瘤。 （a）楔形积屑瘤 (b) 鼻形积屑瘤 图3.2.5 积屑瘤 当积屑瘤长到一定高度时，积屑瘤会破裂，部分会残留在已加工表面上，积屑瘤又重新成长。如果切削条件一定，积屑瘤的成长和脱落，大致周期性地重复，具有相对稳定性。 （2）如何避免积屑瘤 一般情况下，积屑瘤的存在害多利少，精加工时应完全避免积屑瘤，粗加工时可以利用。不过，若能使积屑瘤稳定存在，并连续排除切削区而带走大量的热量，则有利于切削。 为避免积屑瘤应采用高速切削或低速切削。另外，增大刀具前角，研磨前刀面和使用切削液等，可以减少切削变形，减少切屑与刀具前刀面的摩擦，因而可以避免积屑瘤的产生。 二、切削力 1、切削力的来源与分解 切削时，刀具迫使切削层变形形成切屑，刀具作用在工件上的力或工件反作用于刀具的力称为切削力。总切削力F可以分解为三个互相垂直的分力，见图3.2.6。 是主运动切削速度方向的分力，称切向力，是主要耗功的力，又称主切削力。 是背吃刀量方向的分力，称吃刀抗力，又称径向力。 是进给量方向的分力，为走刀抗力，又称轴向力。 2、切削力对加工过程的影响 三个切削分力中切向力最大，它要消耗车削功率的95％以上。当背吃刀量ap和进给量f很大时，车床会因功率不够造成“闷车”。 图3.2.6 切削力 径向力约为切向力的0.2～0.6倍。车外圆时，在径向，工件与刀具间无相对运动，所以径向力不作功，不消耗机床功率。但使机床，夹具、工件等变形仅可能引起振动