[工学]机械设计制造第.ppt

第二章 金属切削过程的基本规律及其应用 金属切削过程——通过切削运动，使刀具从工件上切下多余的金属，形成切屑和已加工表面的过程。 四个方面的基本规律：①切削变形；②切削力；③切削热与切削温度； ④刀具磨损与耐用度。 2.1 金属切削过程的基本规律 2.1.1 切削变形 切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程。 流线——被切削金属的某一点在切削过程中流过的轨迹。 始滑移线——被切削金属开始产生滑移的线（面），AC。 终滑移线——被切削金属终止滑移的线（面），AE。 三个变形区的划分： 第Ⅰ变形区——从始滑移线AC (即开始产生塑性变形)到终滑移线AE (晶 粒剪切滑移基本完成) 之间的变形区域。 第Ⅱ变形区——与前刀面接触的切屑层内产生的变形区。即切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压与摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维化，方向基本上与前刀面平行。 第Ⅲ变形区——近切削刃处已加工表面层内产生的变形区。即已加工表面受到切削刃钝圆部分与后刀面的挤压和摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化和加工硬化。 三个变形区示意图 2.1.1.1 切屑的形成及变形特点 （1）第一变形区金属的剪切滑移变形 第一变形区——形成切屑的变形区。 变形特点：切削层产生剪切滑移变形。 剪切面AB 剪切角φ——剪切面AB与切削速度Vc之间的夹角。 作用角ω——作用力Fr与切削速度Vc之间的夹角。 2.1.1.1 切屑的形成及变形特点 （2）第二变形区金属的挤压摩擦变形 变形特点：挤压摩擦变形。 变形过程： 经过第一变形区后→切屑沿前刀面排出————————变形（切屑底部薄层金属晶粒纤维化，方向与前刀面平行）。 （3）第三变形区金属的挤压摩擦变形 变形特点：挤压摩擦变形＝纤维化，加工硬化。 变形过程： 已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压摩擦而产生变形。 2.1.1.2 切屑的类型 取决于工件材料和切削条件。 （1）带状切屑：切削塑性高的金属材料时的情况。 （2）挤裂切屑：切削黄铜、低速切削钢时的情况。 （3）单元切屑：切削铅或很低速切削钢时的情况。 （4）崩碎切屑：切削脆性金属（如铸铁）时的情况。 2.1.1.3 变形程度的衡量方法 （1）相对滑移ε——用来衡量第一变形区滑移变形程度。 ε可比较真实地反映切削变形的程度。 由上式可以看出：当刀具的γo一定时， ε取决于φ（剪切角），所以有时也可以用剪切角φ来衡量切削变形的大小。 2.1.1.3 变形程度的衡量方法 （2）变形系数∧h——通过切屑外形尺寸的变化大小来衡量变形程度。 ∧h注重塑性压缩。 有长度变形系数和厚度变形系数之分（二者近似相等）。 ∧h表征了切屑的收缩程度。 由图2.5可以看出剪切角φ 对切削变形的影响： φ ↑= hch↑ = ∧h ↓ 由此可见： φ和γo是影响切削 变形的两个主要因素。 φ ↑， γo ↑ =切削变形↓ 2.1.1.4 前刀面的挤压摩擦与积屑瘤 （1）作用力分析 取切屑为研究对象，作受力分析，如图2.6所示。 刀具作用在切屑上的力有正压力Fn，切屑与前刀面之间的摩擦力Ff，其合力为Fr. Fr与切削层作用到剪切面上的反作用力F r ˊ共线，并处于平衡状态。 2.1.1.4 前刀面的挤压摩擦与积屑瘤 将合力F r ˊ分解为如图2.6所示两组分力： 在运动方向的水平分力Fz、垂直分力Fy; 在剪切面上的剪切力Fs、法向力Fns 。 所以 剪切面上产生的剪应力τ应为 式中，β——摩擦角(Fn和Fr之夹角) ， AD——切削层面积。 当τ 材料剪切屈服强度时，切削层产生剪切破坏而断裂成切屑。 可以看出： Fz ↓， AD ↑ ，φ ↓ = τ ↓ 2.1.1.4 前刀面的挤压摩擦与积屑瘤 前刀面与切屑接触面间摩擦系数μ 摩擦系数μ或摩擦角β可以由测得的分力Fz 、 Fy求得 不能用库仑定理来计算摩擦系数μ。 库仑定理: A——接触面积。 2.1.1.4 前刀面的挤压摩擦与积屑瘤 （2）剪切角φ的确定 剪切角是影响切削变形的一个重要因素。 由图2.6可以知道（改错Fz → Fs ）： 令 ，即可求得最小切削力或能耗最少时的剪切角φ为： 也可根据最大剪应力理论来求剪切角φ。 由材料力学可知： Fr应在主应力方向， Fs在最大剪应力方向，二者的夹角为π/4。 又由图2.6可以知道： Fr‘和 Fs的夹角可表示为φ+β-γo，则 2.1.1.4 前刀面的挤压摩擦与积屑瘤