四、金属切削过程.ppt

* * 二、刀具切削过程 1.刀具切削过程的实质 金属切削过程就是利用刀具从工件上切下切屑的过程，也就是切屑形成的过程，其实质是一种挤压变形过程。 图1.25中，a）为塑性金属受压时，在与作用力成45°方向上剪应力最大，当剪应力达到材料屈服强度极限时，金属沿剪切面AD和BC剪切滑移而破坏。b）为金属偏挤压，压头下方金属较厚，阻 a）金属挤压 b）金属偏挤压 c）金属切削 图1.25 金属挤压与金属切削 力大，被挤压金属只能沿BC剪切面向上滑移破坏，c）为金属切削，刀具实际就是偏挤压的压头，由此可见，金属切削过程的实质是挤压过程。 二、切屑的形成过程 1、切屑的形成 图1.26 切削变形区及切屑的形成过程 切削塑性金属时，工件受到刀具的挤压，开始产生弹性变形，此后材料的内应力逐渐增大，当剪切应力达到材料的屈服极限时，金属开始滑移而产生塑性变形，随着滑移变形的进行，剪切应力不断增大，变形达到材料允许的最大值时，切削层金属被挤裂而破坏。图1.26中，OA为始滑移面，左侧发生弹性变形，AOM区内产生塑性变形，OM为终滑移面，金属在其上剪切应力和塑性变形达到最大值，越过OM面，金属被切离工件母体，沿刀具前刀面流出形成切屑。随着刀具的不断向前运动，AOM区不断前移，切屑不断流出，切削层各点金属均要经历弹性变形、塑性变形、挤裂和切离的过程。 2.切削变形区 （1）第Ⅰ变形区（AOM区域）：又称基本变形区，切削层金属产生剪切滑移和大量塑性变形区域，机床提供的大部分能量主要消耗在该区域。是切削力、切削热的主要来源。 （2）第Ⅱ变形区（OE区域）：切屑和前刀面的摩擦变形区。影响刀具前刀面的磨损和积屑瘤的形成。 （3）第Ⅲ变形区（OF区域）：工件已加工表面与刀具后刀面的摩擦区域，影响刀具后刀面的磨损和工件的加工硬化和残余应力。 3、切屑的类型 切削加工时，被加工材料的性质和切削条件的不同，滑移变形有很大差异，得到不同形态的切屑，常见切屑有以下三种（图1.26）： a） 带状切屑 b）挤裂切屑 c）崩碎切屑 图1.26 切屑的种类 a）带状切屑：切屑连绵不断，底部很光滑，背面毛茸状。加工塑性材料（低碳钢），切削厚度较小，切削速度较大，刀具前角较大。切屑变形：弹性变形→塑性变形→切离 b）挤裂切屑（节状切屑）：切屑背面呈锯齿形，底面有时有裂纹。加工较硬的塑性材料（中碳钢），切削厚度较大，切削速度较低，刀具前角较小。切屑变形：弹性变形→塑性变形→挤裂→切离 c）崩碎切屑：切屑呈碎块状。加工脆性金属材料（如铸铁、青铜），金属未经过塑性变形就被挤裂或断裂，材料越脆，刀具前角较小，切削厚度较大。切屑变形：弹性变形→挤裂→切离 三、刀具切削过程中的物理现象 1.总切削力 (1)、总切削力的来源。总切削力是切削刀具对工件的作用力，其大小影响切削热的多少，进而影响刀具的磨损和寿命以及工件加工精度和表面质量。切削力来源于切削过程的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个变形区： （1）第Ⅰ变形区内：克服切削层金属 弹、塑性变形的变形抗力。 （2）第Ⅱ变形区内：克服切屑与刀具 前刀面之间的摩擦阻力。 （3）第Ⅲ变形区内：克服工件与刀具 后刀面之间的摩擦阻力。 （2）、总切削力的分解。切削力Fr是 一空间矢量，可分解为三个相互垂直 的分力，见图1－28。 ①切削力Fc（切向力）：总切削力在主运动方向上的正投影，其数值在三个分力中最大，消耗机床总功率的 95％～99％。是计算机床动力、刀具和夹具强度的依据，选择刀具几何角度和切削用量的依据。 ②进给力Ff （轴向力 ）：总切削力在进给运动方向上的正投影，消耗机床总功率的1％～5％，作用在进给机构上，是设计和校检进给机构强度的依据。 ③背向力Fp （径向力 ）：总切削力在垂直于工作平面上的分力，因为切削时在这个方向上的运动速度为0，所以Fp不做功，但作用在机床和工件刚性最弱的方向上，易使刀架移位和工件变形，引起振动，对切削过程十分不利，影响加工精度。 (3)、切削力的影响因素 ①工件材料：强度、硬度越高，切削力越大；塑性、韧性越高，切削力越大。（例：不锈钢、灰口铸铁和45钢） ②切削用量：切削深度aP和进给量f增大，切削力增大。 aP增大一倍， Fc加大一 倍；而f增大一倍， Fc增