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第三章 金属切削过程的基本规律 1898年Taylor和White发明高速 钢。1930年前后人们又发明了硬质合金。 新的刀具材料的出现使切削加工的生产效率大大提高，应用范围越来越广。以高速 钢的应用为例，Trent在他的名著《Metal Cutting》中写到“高速钢刀具的出现引起了 金属切削实践的革命，大大提高了机械加工车间的生产率，并要求完全改变机床的结构 ，据估计，在最初几年，美国的工程制造业，由于使用了价值二千万美元的高速钢而 增加了八十亿美元的产值。” 与此同时，生产实际也给金属切削研究者带来了许多急需解决的问题，例如刀具 的耐用度，加工表面质量，切屑的排除等等。 1907年Taylor在整整工作了26年切除了3万吨切屑，掌握了10万个以上的实验数据的基 础上，在他经典的论文“On the Art of Cutting Metal”中提出了著名的刀具耐用度公式， 第一个研究了切削速度和刀具耐用度之间的关系。这一公式对今天预测刀具耐用度仍有 重要的指导意义。有些学者认为金属切削理论的研究是从Taylor开始，虽不确切，但 Taylor的工作确实是金属切削理论史上一个重要的里程碑。 传统意义上的金属切削理论研究在二十世纪六七十年代达 到高峰 第三章 金属切削过程的基本规律 第一节 切削变形与切屑的形成过程 第二节 切削力 第三节 切削热与切削温度 第四节 刀具磨损与寿命 1. 第Ⅰ变形区 : 塑性变形区,因为晶粒的位错滑移而形成。 塑性变形从始滑移面OA开始至终滑移面OM终了，之间形成AOM塑性变形区，由于塑性变形的主要特点是晶格间的剪切滑移，所以AOM叫剪切区，也称为第一变形区(Ⅰ)。 剪切角φ : 剪切面和切削速度方向的夹角。 φ值小，反映剪切变形的程度大 实验证明，对于同一工件材料，用同样的刀具，切削同样大小的切削层，当切削速度高时，剪切角ф较大，剪切面积变小切削比较省力，说明切屑变形较小。相反，当剪切角ф较小，则说明切屑变形较大 2. 第Ⅱ变形区 切屑沿刀具前面排出时会进一步受到前刀面的阻碍，在刀具和切屑界面之间存在强烈的挤压和摩擦，使切屑底部靠近前刀面处的金属发生“纤维化”的二次变形，其方向基本上和前面相平行。这部分区域称为第二变形区（Ⅱ）。 3. 第Ⅲ变形区 第一变形区的塑性变形扩展到切削层的下方金属，在后刀面的法向力和摩擦力的作用下，使工件继续产生径向的塑性变形和弹性变形。该变形区的变形及应力状态对已加工表面的质量影响最大。会造成已加工面塑性变形、晶粒纤维化、加工硬化和残余应力。 引起变形的主要因素： ⑴刀刃都有钝圆半径 刀刃不可能绝对锋利，不管采用何种方式刃磨，刀刃总会有一钝圆半径rn。一般高速钢刃磨后rn为3～10μm，硬质合金刀具磨后约18～32μm，如采用细粒金刚石砂轮磨削， rn最小可达到3～6μm。另外，刀刃切削后就会产生磨损，增加刀刃钝圆。 被切金属与基体的分离点在该圆弧段上是随机的。使切削层参数中公称切削厚度不可能完全切除(△a)，会有很小一部分被挤压到已加工表面，与刀具后刀面发生摩擦，并进一步产生弹、塑性变形，从而影响已加工表面质量 ⑵刀具由于磨损，在后刀面上会产生一无后角的磨损平面(BC)。 ⑶由于工件材料的弹性恢复(△ h)，使已加工表面与后刀面接触变长。 纵上所述，金属切削过程的本质就是：被切削金属层在刀具的作用下，经受挤压而产生的剪切滑移变形的过程。 以上对金属切削层在切削过程中三个变形区域变形的特点进行了介绍，如果将这三个区域综合起来，可以看作如图所示过程。当金属切削层进入第一变形区时，金属发生剪切滑移，并且金属纤维化，该切削层接近刀刃时，金属纤维更长并包裹在切削刃周围，最后在O点断裂成两部分，一部分沿前刀面流出成为切屑，另一部分受到刀刃钝圆部分的挤压和摩擦成为已加工表面，表面金属纤维方向平行已加工表面，这层金属具有与基体组织不同的性质。 三、变形程度的表示方法 切削过程中，切削层金属变形主要表现在剪切面上的剪切滑移，其次表现在切屑的收缩、卷曲和加工过程中的硬化。变形程度的度量方法一般用： 切削厚度压缩比Λh 相对滑移ε 剪切角φ表示。 2. 切削厚度压缩比Λh 切削层金属受到挤压而形成的切屑切削层厚度增加，长度缩小， 这种现象称为切屑收缩。 另外：宽度不变，体积不变。 厚度变形系数：切屑厚度hch/切削层厚度hD 长度变形系数：切削层长度LD/切屑长度Lch 由体积相等可推出两变形系数相等