金属切削过程中的变形-revised课件.ppt

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1、第二章第二章 金属切削过程金属切削过程第二章第二章第二章第二章 金属切削过程金属切削过程金属切削过程金属切削过程n1.1.切屑的形成过程切屑的形成过程n2.2.切削变形程度切削变形程度n3.3.前刀面上的摩擦前刀面上的摩擦n4.4.积屑瘤的形成及其对切削过程的影响积屑瘤的形成及其对切削过程的影响n5.5.影响切屑变形的因素影响切屑变形的因素第二节第二节 金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形 切切屑屑的的形形成成与与切切离离过过程程，是是切切削削层层受受到到刀刀具具前前刀刀面面的的挤挤压压而而产产生生以以滑移为主的塑性变形过程。滑移为主的塑性变形过程。FABOM45a）正挤压）正挤压FABO

2、M45b）偏挤压）偏挤压OMFc）切削）切削 正正挤挤压压：金金属属材材料料受受挤挤压压时时，最最大大剪应力方向与作用力方向约成剪应力方向与作用力方向约成4545 偏偏挤挤压压：金金属属材材料料一一部部分分受受挤挤压压时时，OBOB线线以以下下金金属属由由于于母母体体阻阻碍碍，不不能能沿沿ABAB线滑移，而只能沿线滑移，而只能沿OMOM线滑移线滑移 切切削削：与与偏偏挤挤压压情情况况类类似似。弹弹性性变变形形剪剪切切应应力力增增大大，达达到到屈屈服服点点产产生生塑塑性性变变形形，沿沿OMOM线线滑滑移移剪剪切切应应力力与与滑滑移移量量继继续续增增大大，达达到到断断裂裂强强度度切屑与母体脱离。切

3、屑与母体脱离。图 金属挤压与切削比较挤压与切削挤压与切削一、切屑的形成过程一、切屑的形成过程 图 切屑根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：=s剪切角金属切削变形过程金属切削变形过程 第变形区：即剪切变形区，金属剪切滑移，成为切屑。金属切削过程的塑性变形塑性变形主要集中于此区域。图 切削部位三个变形区 第变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，造成表层金属纤维化金属纤维化与加工硬化加工硬化。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。1 1）三个变形区分析）三个变形区分析 第变形区：靠近前刀面处，切屑排出时受前刀面挤压与摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损前刀面磨损和产生积屑瘤产生

4、积屑瘤的主要原因。等切应力曲线图 第一变形区金属的剪切滑移晶粒伸长方向剪切面剪切角2 2）切屑的受力分析）切屑的受力分析图 作用在切削上的力前刀面摩擦力前刀面法向力剪切面正压力剪切力摩擦角刀具前角第二章第二章第二章第二章 金属切削过程金属切削过程金属切削过程金属切削过程n1.1.切屑的形成过程切屑的形成过程n2.2.切削变形程度切削变形程度n3.3.前刀面上的摩擦前刀面上的摩擦n4.4.积屑瘤的形成及其对切削过程的影响积屑瘤的形成及其对切削过程的影响n5.5.影响切屑变形的因素影响切屑变形的因素第二节第二节 金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形二、切削变形程度二、切削变形程度二、切削变形程

5、度二、切削变形程度 切削变形程度有三种不同的表示方法，分述如下。切削变形程度有三种不同的表示方法，分述如下。1）变形系数）变形系数由由于于切切削削层层变变成成切切屑屑后后，宽宽度度变变化化很很小，根据体积不变原理，可求得小，根据体积不变原理，可求得=切屑厚度切削层厚度结结论论：剪剪切切角角增增大大，变变形形系系数数减小，切削变形减小。减小，切削变形减小。2）相对滑移）相对滑移 既既然然切切削削过过程程中中金金属属变变形形的的主主要要形形式式是是剪剪切切滑滑移移，当当然然就就可可以以用用相相对对滑滑移移（剪剪应应变变）。来来衡衡量量切切削削过过程程的的变变形形程程度度。如如图图中中，平平行行四四

6、边边形形OHNM发发生生剪剪切切变变形形后后，变变为为平平行行四四边边形形OCPM，其相对滑移，其相对滑移3）剪切角）剪切角 分析上式可知：分析上式可知：1）前前角角增增大大时时，剪剪切切角角随随之之增增大大，变变形形减减小小。这这表表明明增增大大刀刀具前角可减少切削变形，对改善切削过程有利。具前角可减少切削变形，对改善切削过程有利。2）摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形增大。提高刀具刃摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形增大。提高刀具刃磨质量、采用润滑性能好的切削液可以减小前刀面和切屑之间的摩磨质量、采用润滑性能好的切削液可以减小前刀面和切屑之间的摩擦系数，有利于改善切削过程。擦系数，有利于改

7、善切削过程。第二章第二章第二章第二章 金属切削过程金属切削过程金属切削过程金属切削过程n1.1.切屑的形成过程切屑的形成过程n2.2.切削变形程度切削变形程度n3.3.前刀面上的摩擦前刀面上的摩擦n4.4.积屑瘤的形成及其对切削过程的影响积屑瘤的形成及其对切削过程的影响n5.5.影响切屑变形的因素影响切屑变形的因素第二节第二节 金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形三、前刀面上的摩擦三、前刀面上的摩擦三、前刀面上的摩擦三、前刀面上的摩擦图 刀屑界面上正应力和切应力的分布高温、高压，占总摩擦力的85%。第二章第二章第二章第二章 金属切削过程金属切削过程金属切削过程金属切削过程n1.1.切屑的形

8、成过程切屑的形成过程n2.2.切削变形程度切削变形程度n3.3.前刀面上的摩擦前刀面上的摩擦n4.4.积屑瘤的形成及其对切削过程的影响积屑瘤的形成及其对切削过程的影响n5.5.影响切屑变形的因素影响切屑变形的因素第二节第二节 金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形 四、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响四、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响四、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响四、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响 1）积屑瘤的形成及其影响）积屑瘤的形成及其影响 加工钢、铝等塑形材料时，在刀具前刀面切削处粘附加工钢、铝等塑形材料时，在刀具前刀面切削处粘附一块断面呈三角形的金属硬块，称积屑瘤。一块断面

9、呈三角形的金属硬块，称积屑瘤。积屑瘤成因积屑瘤成因 一定温度、压力作用下，切屑底层与前刀面发生粘接 粘接金属严重塑性变形，产生加工硬化滞留粘接长大积屑瘤形成过程积屑瘤形成过程切屑刀具图 积屑瘤积屑瘤 积屑瘤的产生及其成积屑瘤的产生及其成长与工件材料的性质、切长与工件材料的性质、切削区的温度分布和压力分削区的温度分布和压力分布有关。布有关。塑性材料的加工硬化塑性材料的加工硬化倾向越强，越易产生积屑倾向越强，越易产生积屑瘤；在背吃刀量瘤；在背吃刀量a ap p和进给和进给量量f f保持一定时，积屑瘤保持一定时，积屑瘤高度高度HbHb与切削速度与切削速度V Vc c 有密有密切关系，因为切削过程中切

10、关系，因为切削过程中产生的热是随切削速度的产生的热是随切削速度的提高而增加的。提高而增加的。2）积屑瘤对切削过程的影响）积屑瘤对切削过程的影响 （1）使刀具前角变大，保护刀具；使刀具前角变大，保护刀具；（2）使切削厚度变化；使切削厚度变化；（3）使加工表面粗糙度增加；使加工表面粗糙度增加；（4）对刀具寿命的影响。对刀具寿命的影响。积积屑屑瘤瘤对对切切削削过过程程的的影影响响有有积积极极的的一一面面，也也有有消消极极的的一一面面。精加工时必须防止积屑瘤的产生，可采取的控制措施有：精加工时必须防止积屑瘤的产生，可采取的控制措施有：（2）使使用用润润滑滑性性能能好好的的切切削削液液，目目的的在在于于

11、减减小小切切屑屑底底层层材材料与刀具前刀面间的摩擦。料与刀具前刀面间的摩擦。（1）正正确确选选用用切切削削速速度度，使使切切削削速速度度避避开开产产生生积积屑屑瘤瘤的的区区域。域。（3）增大刀具前角，减小刀具前刀面与切屑之间的压力。增大刀具前角，减小刀具前刀面与切屑之间的压力。（4）适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。第二章第二章第二章第二章 金属切削过程金属切削过程金属切削过程金属切削过程n1.1.切屑的形成过程切屑的形成过程n2.2.切削变形程度切削变形程度n3.3.前刀面上的摩擦前刀面上的摩擦n4.4.积屑瘤的形成及其对切削过程的影响积屑瘤的形

12、成及其对切削过程的影响n5.5.影响切屑变形的因素影响切屑变形的因素第二节第二节 金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形五、影响切屑变形的因素五、影响切屑变形的因素五、影响切屑变形的因素五、影响切屑变形的因素 1）工件材料）工件材料 工件材料强度越高，切屑和前刀面的工件材料强度越高，切屑和前刀面的接触长度越短，导致切屑和前刀面的接触接触长度越短，导致切屑和前刀面的接触面积减小，前刀面上的平均正应力面积减小，前刀面上的平均正应力 增大，增大，前刀面与切屑间的摩擦系数减小，摩擦角前刀面与切屑间的摩擦系数减小，摩擦角减小，剪切角减小，剪切角增大，变形系数增大，变形系数 将随之将随之减小。减小。增增

13、大大刀刀具具前前角角o，剪剪切切角角将将随随之之增增大大，变变形形系系数数 将将随随之之减减小小；但但o增增大大后后，前前刀刀面面倾倾斜斜程程度度加加大大，切切屑屑作作用用在在前前刀刀面面上上的的平平均均正正应应力力av减减小小，使使摩摩擦擦角角和和摩摩擦擦系系数数增增大大而而导导致致减减小小。由由于于后后一一方方面面影影响响较较小小，还还是是随随的的o增增加加而减小。而减小。2刀具前角刀具前角0 3切削速度切削速度Vc 在在无无积积屑屑瘤瘤产产生生的的切切削削速速度度范范围围内内，切切削削速速度度 越越大大，变变形形系系数数 越越小小。主主要要是是因因为为塑塑性性变变形形的的传传播播速速度度较较弹弹性性变变形形慢慢，切切削削速速度度 越越高高，切切削削变变形形越越不不充充分分，导导致致变变形形系系数数 下下降降。此此外外，提提高高切切削削速速度度 还还会会使使切切削削温温度度增增高高，切切屑屑底底层层材材料料的的剪剪切切屈屈服服强强度度s因因温温度度的的增增高高而而略略有有下下降降，导导致致前前刀刀面面摩擦系数摩擦系数减小，使变形系数减小，使变形系数 下降。下降。在在无无积积屑屑瘤瘤的的切切削削速速度度范范围围内内，切切削削层层公公称称厚厚度度 越越大大，变变形形系数系数 越小。越小。4切削层公称厚度切削层公称厚度