機(jī)械制造基礎(chǔ)-3-1

1、第三章第三章 切削過程及控切削過程及控制制 切削過程及切屑類型切削過程及切屑類型 切切 削削 力力 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度 刀具磨損和耐用度刀具磨損和耐用度 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性 切切 削削 液液 切削用量的選擇切削用量的選擇 磨削過程及磨削原理磨削過程及磨削原理金屬切削過程金屬切削過程是用刀具從工件表面上切去多余的金屬是用刀具從工件表面上切去多余的金屬, ,形成形成已加工表面的過程已加工表面的過程, ,也是工件的切削層在刀具也是工件的切削層在刀具前面擠壓下產(chǎn)生塑性變形前面擠壓下產(chǎn)生塑性變形, ,形成切面被切下來形成切面被切下來的過程。的過程。切削過程中的許多物理

2、現(xiàn)象，如切削過程中的許多物理現(xiàn)象，如切削力、切切削力、切削熱、刀具磨損削熱、刀具磨損等，都與金屬的變形及其變等，都與金屬的變形及其變化規(guī)律有密切的關(guān)系，研究切削過程對(duì)保證化規(guī)律有密切的關(guān)系，研究切削過程對(duì)保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低成本和促進(jìn)切加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低成本和促進(jìn)切削加工技術(shù)的發(fā)展，有著十分重要的意義。削加工技術(shù)的發(fā)展，有著十分重要的意義。一、切屑的形成過程一、切屑的形成過程可以將切可以將切屑屑形成過程比擬為推擠一堆卡形成過程比擬為推擠一堆卡片的形象化模型片的形象化模型,可說明切可說明切屑屑形成過程形成過程(動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示 動(dòng)畫動(dòng)畫2)。a)b)金屬切削層的滑移線和流線示意

3、圖金屬切削層的滑移線和流線示意圖OA OMOA OM為等切應(yīng)力曲線為等切應(yīng)力曲線二、三個(gè)變形區(qū)二、三個(gè)變形區(qū)第一變形區(qū)第一變形區(qū)：從從OAOA線（稱始剪切線）開始發(fā)生塑線（稱始剪切線）開始發(fā)生塑性變形，到性變形，到OMOM線（稱終剪切線）晶粒的剪切線（稱終剪切線）晶粒的剪切滑移基本完成?；苹就瓿伞?第二變形區(qū)：第二變形區(qū)：切削沿前刀面排出時(shí)進(jìn)一步受到前切削沿前刀面排出時(shí)進(jìn)一步受到前刀面的擠壓和摩擦，使靠近前刀面處的金屬纖刀面的擠壓和摩擦，使靠近前刀面處的金屬纖維化，纖維化方向基本維化，纖維化方向基本. .上和前刀面平行。上和前刀面平行。 第三變形區(qū)：第三變形區(qū)：已加工表面受到刀刃鈍圓部分和

4、后已加工表面受到刀刃鈍圓部分和后刀面的擠壓與摩擦，產(chǎn)生變形和回彈，造成纖刀面的擠壓與摩擦，產(chǎn)生變形和回彈，造成纖維化與加工硬化。維化與加工硬化。三、第一變形區(qū)內(nèi)三、第一變形區(qū)內(nèi)金屬的剪切變形金屬的剪切變形 追蹤切削層上任一點(diǎn)追蹤切削層上任一點(diǎn)P，可以觀察可以觀察切削的變形和形成過程。切削的變形和形成過程。三、第一變形區(qū)內(nèi)金屬的剪切變形三、第一變形區(qū)內(nèi)金屬的剪切變形 從金屬晶體結(jié)構(gòu)的角度說，沿滑移線的剪切變形從金屬晶體結(jié)構(gòu)的角度說，沿滑移線的剪切變形就是沿晶格中晶面的滑移。就是沿晶格中晶面的滑移。工件材料的晶粒，可假定工件材料的晶粒，可假定為圓顆粒（圖為圓顆粒（圖3-4（a)，受剪切力后，晶格內(nèi)

5、晶面發(fā)受剪切力后，晶格內(nèi)晶面發(fā)生位移，晶粒呈橢圓形。圓的直徑生位移，晶粒呈橢圓形。圓的直徑AB(圖圖3-4（a)變變成橢圓的長軸成橢圓的長軸A B (圖圖3-4（b)，AB就是晶粒纖維就是晶粒纖維化的方向化的方向(圖圖3-4(c)。三、第一變形區(qū)內(nèi)金屬的剪切變形三、第一變形區(qū)內(nèi)金屬的剪切變形 晶粒伸長的方向即纖維化的方向，是與滑晶粒伸長的方向即纖維化的方向，是與滑移方向即剪切面方向不重合的。它們成一夾角移方向即剪切面方向不重合的。它們成一夾角。在一般切削速度內(nèi)，第一變形區(qū)的寬度僅在一般切削速度內(nèi)，第一變形區(qū)的寬度僅為為0.02-0.2mm，所以可以用一剪切面來表示。所以可以用一剪切面來表示。剪

6、切面和切削速度方向的夾角稱為剪切角，以剪切面和切削速度方向的夾角稱為剪切角，以表示。表示。四、變形程度的表示方法四、變形程度的表示方法1.1.剪切角剪切角 如如 角較大，剪切面積變小，角較大，剪切面積變小，即變形程度較小，切削比較省力。即變形程度較小，切削比較省力。2.2.變形系數(shù)變形系數(shù)(1)(1)五、前刀面的擠壓與摩擦及五、前刀面的擠壓與摩擦及其對(duì)切屑變形的影響其對(duì)切屑變形的影響第二變形區(qū)第二變形區(qū)：切削層金屬經(jīng)過第一變形區(qū)的剪切滑移：切削層金屬經(jīng)過第一變形區(qū)的剪切滑移變形后，沿前刀面方向排出時(shí)，由于受到前刀面的擠變形后，沿前刀面方向排出時(shí)，由于受到前刀面的擠壓與摩擦?xí)M(jìn)一步變形。變形主要

7、集中在和前刀面摩壓與摩擦?xí)M(jìn)一步變形。變形主要集中在和前刀面摩擦的切屑層底面一薄層金屬內(nèi)，這個(gè)區(qū)域?yàn)榈诙冃尾恋那行紝拥酌嬉槐咏饘賰?nèi)，這個(gè)區(qū)域?yàn)榈诙冃螀^(qū)。區(qū)。變形特征變形特征：使切屑底層靠近前刀面處纖維化，切屑流：使切屑底層靠近前刀面處纖維化，切屑流動(dòng)速度減慢，底層金屬甚至?xí)粼谇暗睹嫔?；由于?dòng)速度減慢，底層金屬甚至?xí)粼谇暗睹嫔?；由于切屑底層纖維化晶粒被伸長，形成切屑的卷曲；由摩切屑底層纖維化晶粒被伸長，形成切屑的卷曲；由摩擦產(chǎn)生的熱量使切屑底層與前刀面處溫度升高。前刀擦產(chǎn)生的熱量使切屑底層與前刀面處溫度升高。前刀面上的擠壓和摩擦不僅造成第二變形區(qū)的變形，并且面上的擠壓和摩擦不僅造成

8、第二變形區(qū)的變形，并且對(duì)第一變形區(qū)也有影響。例如前刀面的摩擦很大，切對(duì)第一變形區(qū)也有影響。例如前刀面的摩擦很大，切屑不易排出，則第一變形區(qū)的剪切滑移必將加劇。屑不易排出，則第一變形區(qū)的剪切滑移必將加劇。五、前刀面的擠壓與摩擦及其對(duì)五、前刀面的擠壓與摩擦及其對(duì)切屑變形的影響切屑變形的影響1.1.作用在切屑上的力（動(dòng)畫演示）作用在切屑上的力（動(dòng)畫演示） 直角自由切削時(shí)，切屑上的力（動(dòng)畫）：前刀面直角自由切削時(shí)，切屑上的力（動(dòng)畫）：前刀面上的上的F Fn n和和F Ff f，剪切面上的剪切面上的F Fnsns和和F Fs s?；ハ嗥胶狻；ハ嗥胶?。2.2.剪切角剪切角 與前刀面摩擦角與前刀面摩擦角 的

9、關(guān)系的關(guān)系1 1）在保證刀刃強(qiáng)度前提下，加大前角有利。在保證刀刃強(qiáng)度前提下，加大前角有利。22）仔細(xì)研磨刀面，使用切削液以減少前刀面上的摩）仔細(xì)研磨刀面，使用切削液以減少前刀面上的摩擦對(duì)切削過程同樣是有利的。擦對(duì)切削過程同樣是有利的。3.前刀面上的摩擦前刀面上的摩擦塑性金屬在切削過程中，切削與前刀面之間壓力很大，再加上塑性金屬在切削過程中，切削與前刀面之間壓力很大，再加上幾百度的高溫，實(shí)際上切削底層與前刀面呈粘結(jié)狀態(tài)。故切屑幾百度的高溫，實(shí)際上切削底層與前刀面呈粘結(jié)狀態(tài)。故切屑與前刀面之間不是一般的外摩擦，而是切屑與前刀面粘結(jié)層與與前刀面之間不是一般的外摩擦，而是切屑與前刀面粘結(jié)層與其上層金屬

10、之間的其上層金屬之間的內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦。4.4.影響前刀面摩擦系數(shù)的主要因素影響前刀面摩擦系數(shù)的主要因素工件材料工件材料：實(shí)驗(yàn)表明在相同切削條件下，加工實(shí)驗(yàn)表明在相同切削條件下，加工幾種不同工件材料，如銅、幾種不同工件材料，如銅、1010鋼、鋼、1010CrCr鋼、鋼、1 1Cr18Ni9TiCr18Ni9Ti等，隨著工件材料的強(qiáng)度和硬度的等，隨著工件材料的強(qiáng)度和硬度的依次增大，摩擦系數(shù)依次增大，摩擦系數(shù)略有減少。略有減少。切削厚度：切削厚度：ac c增加時(shí)，增加時(shí)，也略為下降，如也略為下降，如1010鋼鋼的的ac c從從0.10.1mmmm增大到增大到0.180.18mm,mm,從從0.740.

11、74降至降至0.720.72。因?yàn)橐驗(yàn)閍c c增加后正應(yīng)力也隨之增大。增加后正應(yīng)力也隨之增大。刀具前角：刀具前角：在一般切削速度范圍內(nèi)，前角在一般切削速度范圍內(nèi)，前角0 0愈大，則愈大，則值愈大。因?yàn)殡S著值愈大。因?yàn)殡S著0 0增大，正應(yīng)增大，正應(yīng)力減小，故力減小，故增加。增加。切削速度：切削速度：當(dāng)當(dāng)v30m/minv30m/min時(shí)，切削速度提高，時(shí)，切削速度提高，摩擦系數(shù)變大。摩擦系數(shù)變大。切削速度的影響切削速度的影響六、切削瘤的形成及其對(duì)切六、切削瘤的形成及其對(duì)切削過程的影響削過程的影響積屑瘤積屑瘤：在切削速度不高而又能形成連續(xù)性切屑的在切削速度不高而又能形成連續(xù)性切屑的情況下，加工鋼料

12、等塑性材料時(shí)，常情況下，加工鋼料等塑性材料時(shí)，常在前刀面切削在前刀面切削處粘著一塊剖面呈三角狀的硬塊處粘著一塊剖面呈三角狀的硬塊。它的硬度很高。它的硬度很高（通常是工件材料的（通常是工件材料的2-3倍），在處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，倍），在處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，能夠代替刀刃進(jìn)行切削。能夠代替刀刃進(jìn)行切削。積屑瘤是這樣形成的積屑瘤是這樣形成的(動(dòng)畫動(dòng)畫)：切削加工時(shí)，切屑與前：切削加工時(shí)，切屑與前刀面發(fā)生強(qiáng)烈摩擦而形成新鮮表面接觸。當(dāng)接觸面刀面發(fā)生強(qiáng)烈摩擦而形成新鮮表面接觸。當(dāng)接觸面具有適當(dāng)?shù)臏囟群洼^高的壓力時(shí)就會(huì)產(chǎn)生粘結(jié)（具有適當(dāng)?shù)臏囟群洼^高的壓力時(shí)就會(huì)產(chǎn)生粘結(jié)（冷冷焊焊）。于是，切屑底層金屬與前刀面冷焊而滯

13、留在）。于是，切屑底層金屬與前刀面冷焊而滯留在前刀面上。連續(xù)流動(dòng)的切削從粘在刀面的底層上流前刀面上。連續(xù)流動(dòng)的切削從粘在刀面的底層上流過時(shí)，在溫度、壓力適當(dāng)?shù)那闆r下，也會(huì)被阻滯在過時(shí)，在溫度、壓力適當(dāng)?shù)那闆r下，也會(huì)被阻滯在底層上。使粘結(jié)層逐層在前一層上積聚，最后底層上。使粘結(jié)層逐層在前一層上積聚，最后長成長成積屑瘤積屑瘤。切削瘤的形成及其對(duì)切削過切削瘤的形成及其對(duì)切削過程的影響程的影響六、切削瘤的形成及其對(duì)切削過六、切削瘤的形成及其對(duì)切削過程的影響程的影響積屑瘤對(duì)切削過程的影響：積屑瘤對(duì)切削過程的影響： （1 1）使實(shí)際前角增大使實(shí)際前角增大 （2 2）增大切入深度增大切入深度 （3 3）使加

14、工表面粗糙度值增大使加工表面粗糙度值增大 （4 4）影響刀具耐用度影響刀具耐用度精加工時(shí)避免或減小積屑瘤的措施精加工時(shí)避免或減小積屑瘤的措施控制切削速度，盡量采用很低或者很高控制切削速度，盡量采用很低或者很高的速度，避開中速區(qū)；的速度，避開中速區(qū)；使用潤滑性能好的切削液，以減小摩擦；使用潤滑性能好的切削液，以減小摩擦；增大刀具前角，以減小刀屑接觸區(qū)壓力；增大刀具前角，以減小刀屑接觸區(qū)壓力；提高工件材料硬度，減少加工硬化傾向。提高工件材料硬度，減少加工硬化傾向。七、切屑變形的變化規(guī)律七、切屑變形的變化規(guī)律1. 1.工件材料對(duì)切屑變形的影響工件材料對(duì)切屑變形的影響 工件材料強(qiáng)度愈高，切屑變形愈小工

15、件材料強(qiáng)度愈高，切屑變形愈小 工件材料的塑性也是影響切削變形的主要因素工件材料的塑性也是影響切削變形的主要因素2.2.刀具前角對(duì)切屑變形的影響刀具前角對(duì)切屑變形的影響 刀具前角愈大，切削變形愈小刀具前角愈大，切削變形愈小3.3.切削速度對(duì)切屑變形的影響切削速度對(duì)切屑變形的影響在無積屑瘤的切削速度范圍內(nèi)，切削速度愈高，則變形系數(shù)愈小在無積屑瘤的切削速度范圍內(nèi)，切削速度愈高，則變形系數(shù)愈小在有積屑瘤的切削速度范圍內(nèi)，切削速度的影響是通過積屑瘤所在有積屑瘤的切削速度范圍內(nèi)，切削速度的影響是通過積屑瘤所形成的實(shí)際前角來影響切削變形的。形成的實(shí)際前角來影響切削變形的。4.4.切屑厚度對(duì)切屑變形的影響：切

16、屑厚度對(duì)切屑變形的影響：當(dāng)切削厚度增加時(shí)，當(dāng)切削厚度增加時(shí)，摩擦系數(shù)減小，摩擦系數(shù)減小，增大，變形變小。可見，在無積屑瘤情況下，增大，變形變小?？梢?，在無積屑瘤情況下，f f愈大（愈大（ac c愈大），則愈大），則愈小。愈小。八、切屑的類型八、切屑的類型1）帶狀切屑帶狀切屑 塑性金屬，切削厚度較小，切削塑性金屬，切削厚度較小，切削速度較高，刀具前角較大時(shí)速度較高，刀具前角較大時(shí)2）擠裂切屑擠裂切屑 切削速度較低，切削厚度較大，切削速度較低，切削厚度較大，刀具前角較小時(shí)產(chǎn)生。刀具前角較小時(shí)產(chǎn)生。3）單元切屑單元切屑 以上三種為切削塑性材料時(shí)以上三種為切削塑性材料時(shí)4）崩碎切屑崩碎切屑 力求避免力求避免九、已加工表面的形成過程九、已加工表面的形成過程鱗刺鱗刺形成過程：抹形成過程：抹拭、導(dǎo)裂、層積、拭、導(dǎo)裂、層積、切頂切頂。（動(dòng)畫）。（動(dòng)畫）抑制方法：抑制方法：減小切削厚度減小切削厚度使用潤滑性能好的使用潤滑性能好的極壓切削液極壓切削液采用高速切削，或采用高速切削，或用人工加熱把切削溫用人工加熱把切削溫度提高到度提高到500500攝