前表面摩擦与吸积.pptVIP

2.3 前刀面的摩擦与积屑瘤;关于固体滑动摩擦，阿门吞(Amontons)已于1699年得出如下两条法则： 1) 摩擦力与名义接触面积大小无关。 2) 摩擦力与法向载荷大小成正比。 可是在切削时，刀－屑和刀－工的滑动摩擦并不服从阿门吞的这两条法则。;金属切削过程中摩擦的特点 ;设刀具加在切屑底面的摩擦力为Ff ，则其大小等于Ft，其方向与的Ft方向相反。根据阿门吞第二法则和定义，摩擦系数为：;按照阿门吞的摩擦第二条法则， 是常数，与 的大小无关，τ应正比于σ 。; ;第二节 金属切削的摩擦机理 ;一.固体金属的接触 ;由于载荷集中在正在接触的峰点上，这些承受载荷的峰点的应力也就达到或超过屈服点，因而发生了塑性变形。为了便于分析，刀－屑之间微观凸起的互相接触，简化为理想的球面对球面、平面对球面，平面对圆柱面、圆柱面对圆柱面等的组合。 通过分析可以发现，当金属表面相接触时，即使载荷不很大，在精细表面的峰点周围的材料便处于很容易超过弹性极限的应力状态。 ;事实上，在大多数情况下，峰点周围的材料很快就处于完全塑性，在变形面积上的平均压应力由以下公式计算： ;切削时，可以想象前刀面上有许多微小峰点，其凸峰都是理想的球状；而切屑可以想象为硬度比前刀面软的平面。在切屑加在前刀面的法向力Fn的作用下，前刀面上的凸峰压入切屑。 刀－屑总的实际接触面积应等于前刀面上各峰点与切屑接触的总和，而分摊在各峰点上的载荷Fw的总和应为Fn ，设软材料的压缩屈服应力为σs ，则;刀－屑间实际接触面积;当 小于 时， 小于 ，这时的接触是一些峰 点接触，称为峰点型接触。;刀－屑的紧密型接触示意图 ;OA称为紧密型接触区，简称I区或前区;在切削加工中，切屑的新生表面暴露在空气中，空气便在这新生表面上形成吸附膜，空气中的氧与新生表面层起化学反应而形成氧化膜。对于刀具来说，如果在空气中暴露，同样会在表面上形成吸附膜，如果刀具材料能和氧起化学反应的话，也同样会生成氧化膜。对于碳钢则生成三种稳定的氧化物，包括 Fe2O3、 Fe3O4 、FeO。;吸附膜稳定性较差，随着温度的升高，解吸能力逐渐增大。氧化膜相对来说是比较稳定的，但是比较脆，容易破碎。两个相接触的金属作相对滑动，摩擦主要发生在膜层之内，这时摩擦系数较小。通过实验发现，摩擦面上的氧化膜和吸附膜有显著的润滑作用。 ;切削时（法向力Fn大），刀－屑接触面上的许多峰点都发生了接触、互相挤压，软的一方发生了塑性变形，蜂点被压低了，有部分金属向凹谷里流动。在发生强烈塑性变形的同时，这些峰点的温度急剧上升。 摩擦面上原先的吸附膜在高温下解吸，并移向凹谷。 氧化膜是比较脆的，由于所依附的金属发生塑性流动，因而也就破碎，随着峰点顶部金属移往凹谷。 刀－屑摩擦面上的峰点发生了金属对金属的接触，而且由于峰点之间存在着很大的压力，接触非常紧密，峰点间发生了金属元素的互相扩散。;峰点间在摩擦过程中的互相接触、挤压和发生塑性变形，是在非常短暂的时间内完成的，以至摩擦热来不及从摩擦面传出，而是大量积聚在接触蜂点的表层金属里，因而接触峰点表层达到很高的温度，使峰点表层金属处于软化甚至熔融状态。刀－屑摩擦面上的许多接触着的峰点，在这种情况下发生了焊合。 高温只存在于蜂点的表层，就整个刀具和切屑而言，温度并不高，故称这种焊合为冷焊；峰点相互联结处称为冷焊结。 ;带状切屑开始时，冷焊面积小于实际接触面积，有部分氧化膜和吸附膜仍然起着润滑作用，所以这时的摩擦系数和摩擦力都比较小。随着切削经历时间的增长，切屑连续地流出，用新生的底表面逐渐将这些氧化膜和吸附膜抹拭干净，冷焊面积才逐渐增大，刀－屑间的摩擦系数和摩擦力也才逐渐增大。 ; 切削时如果形成的是单元切屑，切屑周期地脱离前刀面，前刀面便周期地暴露在空气中，在极短暂时间里又重新形成吸附膜和氧化膜。当新的切屑单元形成时，又逐渐将这新形成的氧化膜和吸附膜抹拭掉，摩擦系数和摩擦力又逐渐增大。这是形成单元切屑时摩擦系数周期变化的原因。摩擦系数的变化反过来又影响单元切屑的形成。;刀－屑之间如果形成了峰点的冷焊，那么在相对滑动时，所形成的冷焊结必然受到剪切破坏。与此同时一些新的冷焊结又要形成，以保持原有实际接触面积的大小。可见刀－屑的摩擦过程也就是不断地更换冷焊结的过程刀－屑的摩擦过程也就是不断地更换冷焊结的过程。;第三节 切削时的摩擦系数;由于Ar1 = Aα1，剪应力τ=τs 。切削温度很低的情况下，可以假设切屑底层金属的抗剪强度不受温度分布不均匀的影响，亦即不随 而变，τs=常数。 σ（x）随x的增大而减小 ，因此μ1是变量，在刀刃处为最小，随x增大而增大，在A处达最大值。在I区里，刀－屑的摩擦不服从古典摩擦法则。;在Ⅱ区里,刀－屑接触属峰点型接触, 实际接触面积