金屬切削原理與刀具設(shè)計(jì)金屬切削過(guò)程

金屬切削原理與刀具設(shè)計(jì)課件金屬切削過(guò)程第1頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

切屑的形成與切離過(guò)程，是切削層受到刀具前刀面的擠壓而產(chǎn)生以滑移為主的塑性變形過(guò)程。FABOM45°a）正擠壓FABOM45°b）偏擠壓OMFc）切削正擠壓：金屬材料受擠壓時(shí)，最大剪應(yīng)力方向與作用力方向約成45°偏擠壓：金屬材料一部分受擠壓時(shí)，OB線以下金屬由于母體阻礙，不能沿AB線滑移，而只能沿OM線滑移切削：與偏擠壓情況類似。彈性變形→剪切應(yīng)力增大，達(dá)到屈服點(diǎn)→產(chǎn)生塑性變形，沿OM線滑移→剪切應(yīng)力與滑移量繼續(xù)增大，達(dá)到斷裂強(qiáng)度→切屑與母體脫離。圖3-1金屬擠壓與切削比較3.1切屑的形成過(guò)程擠壓與切削第2頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖3-2切屑根部金相照片M刀具切屑OA終滑移線始滑移線：τ=τsΦ剪切角3.2金屬切削過(guò)程的變形

金屬切削變形過(guò)程第3頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.2金屬切削過(guò)程的變形

金屬切削變形過(guò)程圖3-3切削變形實(shí)驗(yàn)設(shè)備與錄像裝置第4頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

第Ⅰ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(guò)程的塑性變形主要集中于此區(qū)域。圖3-4切削部位三個(gè)變形區(qū)ⅠⅢⅡ

第Ⅲ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。3.2金屬切削過(guò)程的變形

三個(gè)變形區(qū)分析

第Ⅱ變形區(qū)：靠近前刀面處，切屑排出時(shí)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。第5頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.3切屑類型與變形系數(shù)

形成條件影響名稱簡(jiǎn)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(dá)到斷裂程度局部剪切應(yīng)力達(dá)到斷裂強(qiáng)度剪切應(yīng)力完全達(dá)到斷裂強(qiáng)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(jìn)給量較小，刀具前角較大加工塑性材料，切削速度較低，進(jìn)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(guò)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(guò)程欠平穩(wěn)，表面粗糙度欠佳切削力波動(dòng)較大，切削過(guò)程不平穩(wěn)，表面粗糙度不佳切削力波動(dòng)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表3-1切屑類型及形成條件第6頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.3切屑類型與變形系數(shù)

切屑類型帶狀切屑Real擠裂切屑Real節(jié)狀切屑Real崩碎切屑Real圖3-5切屑形態(tài)照片第7頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.3切屑類型與變形系數(shù)

切屑控制為使切削過(guò)程正常進(jìn)行和保證已加工表面質(zhì)量，應(yīng)使切屑卷曲和折斷。切屑的卷曲是切屑基本變形或經(jīng)過(guò)卷屑槽使之產(chǎn)生附加變形的結(jié)果（圖3-6）圖3-6切屑的卷曲圖3-7斷屑的產(chǎn)生斷屑是對(duì)已變形的切屑再附加一次變形（常需有斷屑裝置，圖3-7）

第8頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四切削層經(jīng)塑性變形后，厚度增加，長(zhǎng)度縮小，寬度基本不變。可用其表示切削層變的變形程度。LchhDhch3.3切屑類型與變形系數(shù)

LD圖3-8切屑與切削層尺寸◆厚度變形系數(shù)（3-1）◆長(zhǎng)度變形系數(shù)（3-2）變形系數(shù)第9頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.3切屑類型與變形系數(shù)

當(dāng)γ0=0～30°，Λh

≥1.5時(shí)，Λh與ε相近

ε主要反映第Ⅰ變形區(qū)的變形，Λh還包含了第Ⅱ變形區(qū)的影響。ΔyΔsOMφγ0圖3-9相對(duì)滑移系數(shù)（3-3）相對(duì)滑移系數(shù)第10頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

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(zhǎng)度為lfi的粘接區(qū)。切屑的粘接層與上層金屬之間產(chǎn)生相對(duì)滑移，其間的摩擦屬于內(nèi)摩擦。3.4切屑與前刀面的摩擦變形

圖3-10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)生沾接，切屑與前刀面之間既有外摩擦，也有內(nèi)摩擦。

滑動(dòng)區(qū)：切屑在脫離前刀面之前，與前刀面只在一些突出點(diǎn)接觸，切屑與前刀面之間的摩擦屬于外摩擦。lfolfi特點(diǎn)兩個(gè)摩擦區(qū)第11頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.5積屑瘤

積屑瘤成因◆

一定溫度、壓力作用下，切屑底層與前刀面發(fā)生粘接◆粘接金屬嚴(yán)重塑性變形，產(chǎn)生加工硬化◆

增大前角，保護(hù)刀刃◆

影響加工精度和表面粗糙度滯留—粘接—長(zhǎng)大積屑瘤形成過(guò)程積屑瘤影響切屑刀具圖3-11積屑瘤積屑瘤RealReal第12頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.6已加工表面的變形

σn切削刃存在刃口圓弧，導(dǎo)致擠壓和摩擦，產(chǎn)生第Ⅲ變形區(qū)。A點(diǎn)以上部分沿前刀面流出，形成切屑；A點(diǎn)以下部分受擠壓和摩擦留在加工表面上，并有彈性恢復(fù)。hDΔhDΔhACFE圖3-11已加工表面變形A點(diǎn)前方正應(yīng)力最大，剪應(yīng)力為0。A點(diǎn)兩側(cè)正應(yīng)力逐漸減小，剪應(yīng)力逐漸增大，繼而減小。變形原因變形情況應(yīng)力分布ττ第13頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

3.7硬脆非金屬材料切屑形成機(jī)理G＞GC

（3-4）式中G——裂紋擴(kuò)展單位長(zhǎng)度時(shí)釋放的能量（應(yīng)變能釋放率）；

GC

——裂紋擴(kuò)展單位長(zhǎng)度時(shí)所需的能量（裂紋擴(kuò)展阻力）。K1＞K1C

（3-5）式中K1——應(yīng)力強(qiáng)度因子；

K1C

——K1臨界值。脆性斷裂條件對(duì)于Ⅰ型（張開(kāi)型）裂紋，在平面應(yīng)變條件下，脆性斷裂條件為：第14頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

3.7硬脆非金屬材料切屑形成機(jī)理脆性材料切削過(guò)程◆大規(guī)模擠裂與小規(guī)模擠裂交替進(jìn)行（圖