金屬切削原理與道具第三章金屬切削的變形過程

1、金屬切削原理與刀具金屬切削原理與刀具山東理工大學(xué)機械工程學(xué)院 李志永 2015年2月 愛國愛國者導(dǎo)者導(dǎo)彈彈切削變形實驗設(shè)備與錄像裝置 FABOM45a）正擠壓）正擠壓FABOM45b）偏擠壓）偏擠壓OMFc）切削）切削 金屬擠壓與切削比較 第變形區(qū)：即剪切變形區(qū)，金屬剪切滑移，成為切屑。金屬切削過程的塑性變形主要集中于此區(qū)域。 切削部位三個變形區(qū)第變形區(qū)：已加工面受到后刀面擠壓與摩擦，產(chǎn)生變形。此區(qū)變形是造成已加工面加工硬化和殘余應(yīng)力的主要原因。第變形區(qū)：靠近前刀面處，切屑排出時受前刀面擠壓與摩擦。此變形區(qū)的變形是造成前刀面磨損和產(chǎn)生積屑瘤的主要原因。 切屑根部金相照片M刀具切屑OA終滑移線始

2、滑移線：=s剪切角 大小大??？ OysM0 相對滑移系數(shù))cos(sincos00yS 切削層經(jīng)塑性變形后，厚度增加，長度縮小，寬度基本不變?？捎闷浔硎厩邢鲗幼兊淖冃纬潭?。LchacachLD 切屑與切削層尺寸厚度變形系數(shù)chhcaa長度變形系數(shù)DLchLL自由切削寬度變形可忽略Lh sin(90)cos()sinsinchoocaOMaOM22sin1cosooo 變形系數(shù)求法0 切削部位三個變形區(qū) ccwAaasinscFA前刀面切平面 cos()sroFFcos()sincos()rsocoFFA ()44o44ooo粘結(jié)區(qū)：高溫高壓使切屑底層軟化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形成長度

3、為lfi的粘接區(qū)。切屑的粘接層與上層金屬之間產(chǎn)生相對滑移，其間的摩擦屬于內(nèi)摩擦。 切屑與前刀面的摩擦 在高溫高壓作用下，切屑底層與前刀面發(fā)生粘接，切屑與前刀面之間既有外摩擦，也有內(nèi)摩擦?；瑒訁^(qū)：切屑在脫離前刀面之前，與前刀面只在一些突出點接觸，切屑與前刀面之間的摩擦屬于外摩擦。lfolfi11fsfsnavfavFAFAs 外摩擦力與摩擦系數(shù)和正壓力有關(guān)與接觸面積無關(guān)。內(nèi)摩擦系數(shù)為變值。 摩擦系數(shù)為定值。工件材料、切削厚度ac、切削速度v、刀具前角o切屑與前刀面的摩擦工件材料剪切屈服強度工件材料剪切屈服強度內(nèi)摩擦部分的平均正應(yīng)力，內(nèi)摩擦部分的平均正應(yīng)力，與多種因素有關(guān)，為變值與多種因素有關(guān)，為

4、變值 切屑刀具 切屑的分離和積屑瘤積屑瘤 切削45鋼時切削速度與積屑瘤、 、粗糙度關(guān)系100120v（m/min）020406080140表面粗糙度Rz（m）481216202428變形系數(shù)1.52.02.53.0積屑瘤高度 h（m） 0200400600hRz v 工件材料硬度HB v 實驗結(jié)果見圖3-23 v v 實驗結(jié)果見圖3-24o v （無積屑瘤的速度范圍內(nèi)）v 實驗結(jié)果見圖3-25v v （無積屑瘤的速度范圍內(nèi)）v 實驗結(jié)果見圖3-26fv 有積屑瘤的速度范圍內(nèi)，切削速度通過積屑瘤形成的實際 影響 。 ov 實際 o帶狀切屑擠裂切屑節(jié)狀切屑崩碎切屑 切屑形態(tài)照片 形成條件影響名稱簡

5、圖形態(tài)變形帶狀，底面光滑，背面呈毛茸狀節(jié)狀，底面光滑有裂紋，背面呈鋸齒狀粒狀不規(guī)則塊狀顆粒剪切滑移尚未達到斷裂程度局部剪切應(yīng)力達到斷裂強度剪切應(yīng)力完全達到斷裂強度未經(jīng)塑性變形即被擠裂加工塑性材料，切削速度較高，進給量較小， 刀具前角較大加工塑性材料，切削速度較低，進給量較大， 刀具前角較小工件材料硬度較高，韌性較低，切削速度較低加工硬脆材料， 刀具前角較小切削過程平穩(wěn)，表面粗糙度小， 妨礙切削工作，應(yīng)設(shè)法斷屑切削過程欠平穩(wěn)，表面粗糙度欠佳切削力波動較大，切削過程不平穩(wěn)，表面粗糙度不佳切削力波動大，有沖擊，表面粗糙度惡劣，易崩刀帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑 切屑類型及形成條件 v 為使切削過

6、程正常進行和保證已加工表面質(zhì)量，應(yīng)使切屑卷曲和折斷。v 切屑的卷曲是切屑基本變形或經(jīng)過卷屑槽使之產(chǎn)生附加變形的結(jié)果。 切屑的卷曲 斷屑的產(chǎn)生v斷屑是對已變形的切屑再附加一次變形（常需有斷屑裝置）。 v 為使切削過程正常進行和保證已加工表面質(zhì)量，希望得到C狀切屑。v 有時希望得到發(fā)條狀或短螺卷狀切屑。 v 切削過程中變形程度超過了材料的斷裂應(yīng)變造成折斷。v 多數(shù)情況下切屑的卷曲變形不足以使切屑折斷。v需用斷屑臺或卷屑槽使切屑產(chǎn)生附加變形撞到工件或后刀面折斷。v螺卷狀切屑甩斷。n切削刃存在刃口圓弧，導(dǎo)致擠壓和摩擦，產(chǎn)生第變形區(qū)。A點以上部分沿前刀面流出，形成切屑；A點以下部分受擠壓和摩擦留在加工表

7、面上，并有彈性恢復(fù)。hDhDhACFE圖3-12 已加工表面變形A點前方正應(yīng)力最大，剪應(yīng)力為 0。 A點兩側(cè)正應(yīng)力逐漸減小，剪應(yīng)力逐漸增大，繼而減小。 GGC （3-4）式中 G 裂紋擴展單位長度時釋放的能量（應(yīng)變能 釋放率）； GC 裂紋擴展單位長度時所需的能量（裂紋擴 展阻力）。K1K1C （3-5）式中 K1 應(yīng)力強度因 子； K1C K1臨界值。對于型（張開型）裂紋，在平面應(yīng)變條件下，脆性斷裂條件為： 大規(guī)模擠裂與小規(guī)模擠裂交替進行（圖3-13）a）b）c）d）e）圖3-13 硬脆材料切削過程a）大規(guī)模擠裂（大塊破碎切除）b）空切c）小規(guī)模擠裂（小塊破碎切除）d）小規(guī)模擠裂（次小塊破碎切除）e）重復(fù)大規(guī)模擠裂（大塊破碎切除）flashflash 磨粒切削刃幾何形狀不確定（通常刃口前角為60 85） 磨粒及切削刃隨機分布 磨削厚度小（幾m），磨削速度高，磨削點瞬時溫度高（達1000以上） 彈性變形：磨粒在工件表面滑擦而過，不能切入工件塑性變形