7.3金屬切削過程

任務(wù)7.3金屬切削過程【知識(shí)點(diǎn)】1.切屑形成過程及積屑瘤的產(chǎn)生；2.切削力和切削功率；3.切削熱和切削溫度；4.刀具磨損和耐用度?！炯寄茳c(diǎn)】1.切屑種類和積屑廇的分析判斷；2.切削熱和切削溫度的影響分析；3.刀具耐用度的正確選擇。2

金屬的切削過程是指切削刀具從工件表面切除多余材料，獲得符合一定形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量要求的零件的過程。

在切削過程中伴有多種物理現(xiàn)象產(chǎn)生，例如切削力、切削熱、積屑廇、表面變形強(qiáng)化和殘余應(yīng)力等。

了解這方面的知識(shí)，有助于提高加工質(zhì)量、提高勞動(dòng)效率、降低生產(chǎn)成本等。7.3.1切屑的形成和積屑廇

1.切屑的形成

（1）切削過程：就是切削層材料在刀具切削刃和前角的作用下，經(jīng)擠壓、產(chǎn)生剪切滑移變形而成為切屑的過程。

（2）切屑的種類

由于工件材料不同，切削條件不同，切削過程的變形也不同，所形成的切屑多種多樣。

通常將切屑分為四類：

帶狀切屑、節(jié)狀切屑、粒狀切屑、崩碎切屑

帶狀切屑

擠裂切屑（節(jié)狀切屑）粒狀切屑

崩碎切屑

（1）帶狀切屑

切削塑性材料、進(jìn)給量（切削層厚度）較小、切削速度較高、刀具前角較大時(shí)，得到帶狀切屑。它在切削過程比較平穩(wěn)，切削力波動(dòng)較小，已加工表面粗糙度較小。

切削塑性較高的金屬材料,例如碳素鋼、合金鋼、銅和鋁合金時(shí),常出現(xiàn)這類切屑。

特點(diǎn)

外形呈帶狀，切屑底層表面是光滑的，上層表面是毛茸茸的。帶狀屑：高速切削塑性金屬，易緾繞，不易清除，不好，一般應(yīng)力求避免長(zhǎng)緊卷屑：普通車床上，較好發(fā)條狀卷屑：重型機(jī)床上，較好寶塔狀卷屑：自動(dòng)機(jī)或自動(dòng)線上，較好螺卷屑

：易勾掛牽拉，不易清除，不好

C形屑：切削一般碳鋼和合金鋼時(shí)，采用帶卷屑槽的車刀時(shí)易得，較好

崩碎屑

：碎片飛出，極易傷人，磨損導(dǎo)軌。

（2）擠裂切屑（節(jié)狀切屑）

特點(diǎn)

與前刀面接觸的一面較光潔,其背面局部開裂成節(jié)狀。

加工塑性材料、進(jìn)給量（切削層厚度）較大、切削速度較低、刀具前角較小時(shí)得到擠裂切屑。

剪切面上的剪應(yīng)力未全部達(dá)到最大剪應(yīng)力，上層表面呈鋸齒形，切削力大，已加工表面粗糙度值大，斷屑效果有提高。

切削黃銅或用低速切削鋼,

較易得到這類切屑。（3）粒狀切屑

加工塑性材料、進(jìn)給量（切削厚度）更大、切削速度更低、刀具前角更?。ɑ?yàn)樨?fù)值）易形成單元切屑。當(dāng)切屑形成時(shí)，整個(gè)剪切面上剪應(yīng)力超過了材料的抗拉強(qiáng)度，即整個(gè)單元被切離，成為梯形的粒狀切屑。形成粒狀切屑時(shí)切削力波動(dòng)最大。單元切屑比較少見。

切削鉛或用很低的速度切削鋼時(shí)可得到這類切屑。

（4）崩碎切屑

切削脆性金屬時(shí)，由于材料的塑性很小、抗拉強(qiáng)度較低，刀具切入后，切削層內(nèi)靠近切削刃和前刀面的局部金屬幾乎不經(jīng)過塑性變形就產(chǎn)生脆性崩裂,形成不規(guī)則的碎塊狀切屑，同時(shí)使工件加工表面凹凸不平。

工件材料越脆硬，切削厚度越大時(shí)，越容易產(chǎn)生這類切屑。

切削鑄鐵、黃銅等材料,

可得到這種不規(guī)則的細(xì)粒狀切屑。

第Ⅰ變形區(qū)（剪切區(qū)）：切削層金屬在第一變形區(qū)發(fā)生剪切滑移轉(zhuǎn)變成為切屑。

第Ⅱ變形區(qū)（磨擦區(qū)）：切削塑性材料時(shí)，由于切屑底層與刀具前刀面的擠壓和劇烈摩擦，使底層金屬流速減緩，形成滯流層。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)。該粘結(jié)層經(jīng)過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。

2、切屑受力變形與積屑瘤（1）切削時(shí)的三個(gè)變形區(qū)

第Ⅲ變形區(qū)（擠壓區(qū)）：被切削金屬在刀具圓角o點(diǎn)以上的金屬成為切屑，o點(diǎn)以下的金屬經(jīng)過擠壓和摩擦產(chǎn)生劇烈的塑性變形，導(dǎo)致晶格扭曲，晶粒破碎，硬度強(qiáng)度提高而塑性韌性降低，這種現(xiàn)象稱為形變強(qiáng)化或加工硬化。（2）積屑瘤的利與弊

積屑瘤能增大實(shí)際前角γoe

，減小切屑變形和切削力；可代替刀刃切削，保護(hù)切削刃。但是因?yàn)樗纬傻氖菆A弧刃口，對(duì)工件會(huì)產(chǎn)生擠壓和過切現(xiàn)象，使實(shí)際切削厚度增大，會(huì)影響工件的尺寸精度；積屑瘤的形態(tài)是一個(gè)不斷長(zhǎng)大和脫落的動(dòng)態(tài)過程，因而會(huì)增加已加工表面的粗糙度和加速刀具的磨損，并使切削力波動(dòng)。因此，在加工中應(yīng)當(dāng)盡量避免積屑瘤，一般情況下尤其是精加工時(shí)是不希望積屑瘤產(chǎn)生的。

如果掌握好積屑瘤的變化規(guī)律，利用好積屑瘤，將有利于粗加工。

（3）控制積屑瘤的措施

適當(dāng)提高工件材料的硬度；選用極低或高的切削速度，避免在中速切削加工；適當(dāng)減小進(jìn)給量；適當(dāng)增大刀具前角，提高刀具的刃磨質(zhì)量或減小前刀面的粗糙度；選用潤(rùn)滑性好的切削液等都會(huì)避免積屑瘤的產(chǎn)生。

切屑受力：刀具作用的正壓力Fn與摩擦力Ff，合力F。

總切削力：切削力、進(jìn)給力、背向力切屑上受力分析7.3.2切削力和切削功率（1）作用力分析切屑力的來源工件材料

工件材料的成分，組織、性能是影響切削力的主要因素。切削用量

對(duì)切削力影響最大的是被吃刀量，其次是進(jìn)給量，切削速度對(duì)切削力的影響最小。刀具幾何角度

刀具前角增大時(shí)，刀刃鋒利，切屑變形形小，同時(shí)摩擦小切，削力也小。后角增大時(shí)，摩擦減小，切削力也減小。改變主偏角的大小可以改變進(jìn)給力和背向力的比例。當(dāng)加工細(xì)長(zhǎng)工件時(shí)，增大主偏角，可減小背向力，從而避免工件彎曲。其他因素

使用切削液可減小摩擦，減小切削力。（2）影響切削力的因素7.3.3切削熱和切削溫度

1切削熱的來源材料的變形熱；前刀面的摩擦熱；后刀面的摩擦熱。2切削熱的傳散

通過切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)等傳散。變形熱+前面摩擦熱+后面摩擦熱=散熱（切屑+工件+刀具+介質(zhì)）3切削溫度及影響因素

切削區(qū)域的平均溫度稱切削溫度。其高低取決于切削熱的產(chǎn)生與散熱條件的好壞。影響切削溫度的因素有切削用量工件材料刀具幾何角度使用切削液刀具的磨損7.3.4刀具磨損和耐用度

1刀具磨損（1）前刀面磨損：形狀為月牙洼（以最大深度KT表示）。（2）后刀面磨損：刀尖部分C區(qū)（VC表示）、中間B區(qū)（VB表示）、靠工件外表面N區(qū)（VN表示）。（3）前、后刀面同時(shí)磨損

切削塑性材料，如切削厚度適中出現(xiàn)。通常以較能代表刀具磨損性能的VB和VBmax來代表刀具磨損量。2刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具磨損過程初期磨損階段正常磨損階段急劇磨損階段刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用，這個(gè)磨損限度稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)標(biāo)規(guī)定以1/2背吃刀量處后刀面上測(cè)定的磨損帶寬度VB值，作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。刀具耐用度刀具刃磨后開始切削，一直到刀具達(dá)到磨損標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)過的總切削時(shí)間，稱為刀具耐用度。用T表示，單位為min。是確定換刀時(shí)間的重要依據(jù)。

刀具耐用度是衡量材料切削加工性、刀具切削性能優(yōu)劣以及刀具幾何參數(shù)和切削用量選擇是否合理的重要標(biāo)志。

VxTm=Cv對(duì)T的影響最大，其次是f,影響最小的是ap。3刀具耐用度的選擇原則。（1）根據(jù)刀具復(fù)雜程度、制造和刃磨的成本來選擇。（2）對(duì)機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時(shí)間短，刀具耐用度可選擇低一些。（3）裝刀、調(diào)刀、