切削過(guò)程的基本規(guī)律

1、機(jī)機(jī) 械械 制制 造造 概論概論 金屬切削加工就是利用工件和刀具之間的相對(duì)（切金屬切削加工就是利用工件和刀具之間的相對(duì)（切削）運(yùn)動(dòng)，用刀具上的切削刃切除工件上的多余金屬層，削）運(yùn)動(dòng)，用刀具上的切削刃切除工件上的多余金屬層，從而獲得具有一定加工質(zhì)量零件的過(guò)程。由此可見(jiàn)，理從而獲得具有一定加工質(zhì)量零件的過(guò)程。由此可見(jiàn)，理解零件加工質(zhì)量的概念；掌握切削運(yùn)動(dòng)和金屬切削刀具解零件加工質(zhì)量的概念；掌握切削運(yùn)動(dòng)和金屬切削刀具的基本知識(shí)；認(rèn)識(shí)金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律是學(xué)習(xí)金屬的基本知識(shí)；認(rèn)識(shí)金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律是學(xué)習(xí)金屬切削加工的基本內(nèi)容。切削加工的基本內(nèi)容。 第三節(jié)第三節(jié) 金屬的切削過(guò)程金屬的切削過(guò)程 一、

2、切削過(guò)程中金屬的變形一、切削過(guò)程中金屬的變形 (一)切屑的形成 金屬材料受刀具作用后，經(jīng)過(guò) 彈性變形彈-塑性變形擠壓分離 三階段，沿刀具前刀面滑出形成切屑 開(kāi)始，在OA左，金屬只發(fā)生彈變， 在OA面上，隨，當(dāng) s時(shí)，金屬產(chǎn)生塑變，開(kāi)始滑移。 隨推擠力，OA面上金屬不斷接近前刀面，同時(shí)， 在OE面，當(dāng) b時(shí)，金屬層與工件分離。 (二)變形區(qū)的劃分 1.第一變形區(qū)第一變形區(qū) 0AOE變形量最大； 2.第二變形區(qū)第二變形區(qū) 靠近前刀面處金屬纖維化，基本與前刀面平行； 3.第三變形區(qū)第三變形區(qū) 產(chǎn)生金屬纖維化和加工硬化。1 1）切屑類(lèi)型）切屑類(lèi)型由于工件材料和切削條件的不同，切屑過(guò)程中的變形情況也不同

3、，因而產(chǎn)生由于工件材料和切削條件的不同，切屑過(guò)程中的變形情況也不同，因而產(chǎn)生的切屑形狀也不同，從變形的觀點(diǎn)來(lái)看，可將切屑的形狀分為四種類(lèi)型。的切屑形狀也不同，從變形的觀點(diǎn)來(lái)看，可將切屑的形狀分為四種類(lèi)型。帶狀切屑：帶狀切屑：通常在加工塑性金屬通常在加工塑性金屬材料、切削厚度較小、切削速度材料、切削厚度較小、切削速度較高、刀具前角較大的情況下獲較高、刀具前角較大的情況下獲得。形成帶狀切屑時(shí)，材料沒(méi)有得。形成帶狀切屑時(shí)，材料沒(méi)有充分變形。因此切削中產(chǎn)生的力充分變形。因此切削中產(chǎn)生的力和熱均較小，切削平穩(wěn)，已加工和熱均較小，切削平穩(wěn)，已加工表面粗糙度低。表面粗糙度低。教學(xué)錄像教學(xué)錄像節(jié)狀（擠裂）切屑

4、：節(jié)狀（擠裂）切屑：在加工較硬在加工較硬的塑性金屬材料且所用的切削速度的塑性金屬材料且所用的切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較較低、切削厚度較大、刀具前角較大的情況下產(chǎn)生。這是由于材料在大的情況下產(chǎn)生。這是由于材料在剪切滑移過(guò)程中滑移量較大，由滑剪切滑移過(guò)程中滑移量較大，由滑移變形所產(chǎn)生的加工硬化使剪切應(yīng)移變形所產(chǎn)生的加工硬化使剪切應(yīng)力增大，在局部地方達(dá)到了材料的力增大，在局部地方達(dá)到了材料的斷裂強(qiáng)度所引起的。因此切削力波斷裂強(qiáng)度所引起的。因此切削力波動(dòng)較大，已加工表面粗糙度較大。動(dòng)較大，已加工表面粗糙度較大。教學(xué)錄像教學(xué)錄像粒狀（單元）切屑：粒狀（單元）切屑：切屑沿剪切切屑沿剪切面完全斷

5、開(kāi)，因而呈單元狀。當(dāng)切面完全斷開(kāi)，因而呈單元狀。當(dāng)切削塑性較差的材料，在切削速度極削塑性較差的材料，在切削速度極低時(shí)，會(huì)產(chǎn)生這種切屑。低時(shí)，會(huì)產(chǎn)生這種切屑。崩碎切屑：崩碎切屑：在加工鑄鐵、青銅等在加工鑄鐵、青銅等脆性材料時(shí)，易形成崩碎切屑。產(chǎn)脆性材料時(shí)，易形成崩碎切屑。產(chǎn)生崩碎切屑時(shí)，切削熱和切削力都生崩碎切屑時(shí)，切削熱和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近，刀尖集中在主切削刃和刀尖附近，刀尖易磨損，容易產(chǎn)生振動(dòng)，影響工件易磨損，容易產(chǎn)生振動(dòng)，影響工件表面質(zhì)量。工件材料愈硬脆，刀具表面質(zhì)量。工件材料愈硬脆，刀具前角愈小，切削厚度愈大，愈易形前角愈小，切削厚度愈大，愈易形成這類(lèi)切屑。成這類(lèi)切屑。教學(xué)

6、錄像教學(xué)錄像 （4 4）積屑瘤積屑瘤 如圖所示，積屑瘤是堆積在前刀面上近切削刃處的一個(gè)楔塊，經(jīng)測(cè)定它的硬度為金屬母體的23倍，積屑瘤高出前刀面0.369mm、凸出后刀面0.057mm、寬1.138mm，在切削時(shí)形成了實(shí)際前角3227(有的可達(dá)40)。積屑瘤替代切削刃參加切削情況。當(dāng)積屑瘤的頂部具有大的刃口圓弧半徑時(shí)（圖中R0.134 mm），會(huì)產(chǎn)生較大的擠壓作用。此外，由于積屑瘤頂部凹凸不平和脫落后粘 附在已加工表面上，促使加工表面粗糙度增加。所以在精加工時(shí)應(yīng)盡量避免或抑制積屑瘤的產(chǎn)生。積積 屑屑 瘤瘤 積屑瘤的形成有許多解釋?zhuān)悍e屑瘤的形成有許多解釋?zhuān)?通常認(rèn)為是由于切屑在前刀面上粘結(jié)造成的。

7、當(dāng)在一定的加工條件下，隨著切屑與前刀面間溫度和壓力的增加，摩擦力也增大，使近前刀面處切屑中塑性變形層流速減慢，產(chǎn)生“滯流”現(xiàn)象。越貼近前刀面處的金屬層，流速越低。當(dāng)溫度和壓力增加到一定程度，滯流層中底層與前刀面產(chǎn)生了粘結(jié)。當(dāng)切屑底層中剪應(yīng)力超過(guò)金屬的剪切屈服極限時(shí)，底層金屬流速為零而被剪斷，并粘結(jié)在前刀面上。該粘結(jié)層經(jīng)過(guò)劇烈的塑性變形使硬度提高，在繼續(xù)切削時(shí)，硬的粘結(jié)層又剪斷軟的金屬層。這樣層層堆積，高度逐漸增加，形成了積屑瘤。長(zhǎng)高了的積屑瘤，受外力或振動(dòng)的作用可能發(fā)生局部斷裂或脫落。有些資料表明積屑瘤的產(chǎn)生、成長(zhǎng)和脫落是在瞬間內(nèi)進(jìn)行的，它們的頻率很高，是個(gè)周期性的動(dòng)態(tài)過(guò)程。 形成積屑瘤的條件

8、：形成積屑瘤的條件： 主要決定于切削溫度。在切削溫度很低時(shí),切屑與前刀面間呈點(diǎn)接觸,摩擦系數(shù)較小,故不易形成粘結(jié)；在溫度很高時(shí),接觸面間切屑底層金屬呈微熔狀態(tài),起潤(rùn)滑作用，摩擦系數(shù)也較小，積屑瘤同樣不易形成。在中溫區(qū)，例如切削中碳鋼的溫度在300380時(shí)，切屑底層材料軟化，粘結(jié)嚴(yán)重，摩擦系數(shù)最大，產(chǎn)生的積屑瘤高度達(dá)到很大值。此外，接觸面間壓力、粗糙程度、粘結(jié)強(qiáng)度等因素都與形成積屑瘤的條件有關(guān)。 合理控制切削條件，調(diào)節(jié)切削參數(shù)，盡量不形成中溫區(qū)域，就能較有效地抑制或避免積屑瘤的產(chǎn)生。 以切削中碳鋼為例，從圖示的曲線(xiàn)可知，低速（vc3m/min左右）切削時(shí)，產(chǎn)生的切削溫度很低；較高速（vc60m/

9、min）切削時(shí)，產(chǎn)生的切削溫度較高，這兩種情況的摩擦系數(shù)均小，故不易形成積屑瘤。積積 屑屑 瘤瘤 在中速（vc20m/min），積屑瘤的高度達(dá)到最大值。所以許多中速加工工序，如攻絲、拉孔、鉆孔、鉸孔等經(jīng)常由于積屑瘤作用而影響加工表面粗糙度。如同其它精加工工序，為了提高加工表面質(zhì)量，應(yīng)盡量不采用中速加工，否則應(yīng)配合其它改善措施。 在切削硬度和強(qiáng)度高的材料時(shí)，由于剪切屈服強(qiáng)度S高，不易切除切屑，即使采用較低的切削速度，也易達(dá)到產(chǎn)生積屑瘤的中溫區(qū)域，為了抑制積屑瘤，通常選用中等以上切削速度加工。同時(shí)，切削塑性高的材料，需選用高的切削速度才能消除積屑瘤。 積積 屑屑 瘤瘤二二 切削熱和切削溫度切削熱和

10、切削溫度 切削過(guò)程中的切削熱和由它引起的切削溫度升高，直切削過(guò)程中的切削熱和由它引起的切削溫度升高，直接影響刀具的磨損和壽命，并影響工件的加工精度和已加接影響刀具的磨損和壽命，并影響工件的加工精度和已加工表面質(zhì)量。工表面質(zhì)量。1.1.切削熱的產(chǎn)生和傳出切削熱的產(chǎn)生和傳出 在切削加工中，切削變形與在切削加工中，切削變形與摩擦所消耗的能量幾乎全部轉(zhuǎn)換摩擦所消耗的能量幾乎全部轉(zhuǎn)換為熱能。所以三個(gè)變形區(qū)就是三為熱能。所以三個(gè)變形區(qū)就是三個(gè)發(fā)熱源，如圖個(gè)發(fā)熱源，如圖7-137-13所示。所示。 產(chǎn)生的熱由切屑、刀具、工產(chǎn)生的熱由切屑、刀具、工件和周?chē)橘|(zhì)傳導(dǎo)出去。影響熱件和周?chē)橘|(zhì)傳導(dǎo)出去。影響熱傳導(dǎo)的

11、主要因素是工件和刀具材傳導(dǎo)的主要因素是工件和刀具材料的熱導(dǎo)率、加工方式和周?chē)榱系臒釋?dǎo)率、加工方式和周?chē)橘|(zhì)的狀況。質(zhì)的狀況。 圖圖 切削熱的產(chǎn)生和傳出切削熱的產(chǎn)生和傳出2. 影響切削溫度的主要因素影響切削溫度的主要因素 1）切削用量切削用量。 當(dāng)當(dāng) 、f、ap增大時(shí)，單位時(shí)間金屬切除量增大時(shí)，單位時(shí)間金屬切除量增多，變形和摩擦加劇，切削中消耗的功率增大，產(chǎn)生的增多，變形和摩擦加劇，切削中消耗的功率增大，產(chǎn)生的熱量多。熱量多。2）刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)。 前角增大，切削熱減小，使切削溫度前角增大，切削熱減小，使切削溫度降低；主偏角減小，使切削厚度減小，切削寬度增大，刀降低；主偏角減小，使切削

12、厚度減小，切削寬度增大，刀刃散熱條件得到改善，故切削溫度下降。刃散熱條件得到改善，故切削溫度下降。 3）工件材料工件材料。 當(dāng)工件材料的強(qiáng)度、硬度、塑性增加時(shí)，當(dāng)工件材料的強(qiáng)度、硬度、塑性增加時(shí)，切削中消耗的功率增多，產(chǎn)生的熱量多，使切削溫度升高。切削中消耗的功率增多，產(chǎn)生的熱量多，使切削溫度升高。熱導(dǎo)率大時(shí)則熱量傳出多，使切削溫度降低。熱導(dǎo)率大時(shí)則熱量傳出多，使切削溫度降低。4 4）刀具磨損的影響。）刀具磨損的影響。 刀具后刀面磨損時(shí)，使刃前區(qū)塑性刀具后刀面磨損時(shí)，使刃前區(qū)塑性變形增加，刀具與工件間的摩擦加劇，均使切削溫度升高。變形增加，刀具與工件間的摩擦加劇，均使切削溫度升高。在切削中使用

13、切削液，可降低切削溫度。在切削中使用切削液，可降低切削溫度。 三切削液三切削液（1 1）切削液的作用）切削液的作用 切削液的主要作用如下：切削液的主要作用如下：冷卻作用：冷卻作用：切削液能從切削區(qū)域帶走大量切削熱，從而降低切削溫度。切削液能從切削區(qū)域帶走大量切削熱，從而降低切削溫度。潤(rùn)滑作用：潤(rùn)滑作用：切削液能滲入到刀具與切屑和加工表面之間，形成一層潤(rùn)滑膜或切削液能滲入到刀具與切屑和加工表面之間，形成一層潤(rùn)滑膜或化學(xué)吸附膜，以減小它們之間的摩擦?；瘜W(xué)吸附膜，以減小它們之間的摩擦。清洗作用：清洗作用：切削液大量的流動(dòng)，可以沖走切削區(qū)域和機(jī)床上的細(xì)碎切屑和脫切削液大量的流動(dòng)，可以沖走切削區(qū)域和機(jī)床

14、上的細(xì)碎切屑和脫落的磨粒。落的磨粒。防銹作用：防銹作用：在切削液中加入防銹劑，可在金屬表面形成一層保護(hù)膜，對(duì)工件、在切削液中加入防銹劑，可在金屬表面形成一層保護(hù)膜，對(duì)工件、機(jī)床、刀具和夾具等都能起到防銹作用。機(jī)床、刀具和夾具等都能起到防銹作用。（2 2）切削液添加劑）切削液添加劑 為改善切削液的各種性能常在其中加入添加劑。常用的添加劑有以下幾種：為改善切削液的各種性能常在其中加入添加劑。常用的添加劑有以下幾種： 油性添加劑：油性添加劑：它含有極性分子，能在金屬表面形成牢固的吸附膜，在較低它含有極性分子，能在金屬表面形成牢固的吸附膜，在較低的切削速度下起到較好的潤(rùn)滑作用。常用的油性添加劑有動(dòng)物油

15、、植物油、的切削速度下起到較好的潤(rùn)滑作用。常用的油性添加劑有動(dòng)物油、植物油、脂肪酸、膠類(lèi)、醇類(lèi)和脂類(lèi)等。脂肪酸、膠類(lèi)、醇類(lèi)和脂類(lèi)等。極壓添加劑：極壓添加劑：它是含有硫、磷、氯、腆等元素的有機(jī)化合物，在高溫下與它是含有硫、磷、氯、腆等元素的有機(jī)化合物，在高溫下與金屬表面起化學(xué)反應(yīng)，形成耐較高溫度和壓力的化學(xué)吸附膜，能防止金屬金屬表面起化學(xué)反應(yīng)，形成耐較高溫度和壓力的化學(xué)吸附膜，能防止金屬界面直接接觸，從而減小摩擦。界面直接接觸，從而減小摩擦。表面活性劑：表面活性劑：它是使礦物油和水乳化，形成穩(wěn)定乳化液的添加劑。表面活它是使礦物油和水乳化，形成穩(wěn)定乳化液的添加劑。表面活性劑還能吸附在金屬表面上，形

16、成潤(rùn)滑膜，起油性添加劑的潤(rùn)滑作用。常性劑還能吸附在金屬表面上，形成潤(rùn)滑膜，起油性添加劑的潤(rùn)滑作用。常用的表面活性劑有石油磺酸鈉、油酸鈉皂等。用的表面活性劑有石油磺酸鈉、油酸鈉皂等。防銹添加劑：防銹添加劑：它是一種極性很強(qiáng)的化合物，與金屬表面有很強(qiáng)的附著力，它是一種極性很強(qiáng)的化合物，與金屬表面有很強(qiáng)的附著力，吸附在金屬表面上形成保護(hù)膜，或與金屬表面化合形成鈍化膜，起到防銹吸附在金屬表面上形成保護(hù)膜，或與金屬表面化合形成鈍化膜，起到防銹作用。常用的防銹添加劑有碳酸鈉、三乙醇胺、石油磺酸鋇等。作用。常用的防銹添加劑有碳酸鈉、三乙醇胺、石油磺酸鋇等。 （3 3）常用切削液的種類(lèi)與選用）常用切削液的種類(lèi)

17、與選用水溶液：水溶液：它的主要成分是水，其中加入了少量的有防銹和潤(rùn)滑作用的添加它的主要成分是水，其中加入了少量的有防銹和潤(rùn)滑作用的添加劑。水溶液的冷卻效果良好，多用于普通磨削和其它精加工。劑。水溶液的冷卻效果良好，多用于普通磨削和其它精加工。乳化液：乳化液：它是將乳化油它是將乳化油( (由礦物油、表面活性劑和其它添加劑配成由礦物油、表面活性劑和其它添加劑配成) )用水稀用水稀釋而成，用途廣泛。低濃度的乳化液冷卻效果較好，主要用于磨削、粗車(chē)、釋而成，用途廣泛。低濃度的乳化液冷卻效果較好，主要用于磨削、粗車(chē)、鉆孔加工等。高濃度的乳化液潤(rùn)滑效果較好，主要用于精車(chē)、攻絲、餃孔、鉆孔加工等。高濃度的乳化

18、液潤(rùn)滑效果較好，主要用于精車(chē)、攻絲、餃孔、插齒加工等。插齒加工等。切削油：切削油：它主要是礦物油它主要是礦物油( (如機(jī)械油、輕柴油、煤油等如機(jī)械油、輕柴油、煤油等) )，少數(shù)采用動(dòng)植物，少數(shù)采用動(dòng)植物油或復(fù)合油。普通車(chē)削、攻絲時(shí)，可選用機(jī)油。精加工有色金屬或鑄鐵時(shí)，油或復(fù)合油。普通車(chē)削、攻絲時(shí)，可選用機(jī)油。精加工有色金屬或鑄鐵時(shí)，可選用煤油。加工螺紋時(shí)，可選用植物油。在礦物油中加入一定量的油性添可選用煤油。加工螺紋時(shí)，可選用植物油。在礦物油中加入一定量的油性添加劑和極壓添加劑，能提高其高溫、高壓下的潤(rùn)滑性能，可用于精銑、鉸孔、加劑和極壓添加劑，能提高其高溫、高壓下的潤(rùn)滑性能，可用于精銑、鉸孔、攻絲及齒輪加工。攻絲及齒輪加工。復(fù)習(xí)與思考題復(fù)習(xí)與思考題. .切削加工由哪些運(yùn)動(dòng)組成切削加工由哪些運(yùn)動(dòng)組成? ?它們各有什么作用它們各有什么作用? ?. .切削用量三要素是什么切削用量三要素是什么? ?它們的單位是什么？它們的單位是什么？. .常用