[工学]第一节金属切削过程中的变形.pptVIP

第一节 金属切削过程中的变形 学习目的 学习内容 一、切屑的形成过程及其种类 现以塑性金属材料为例，说明切屑的形成及切削过程中的变形情况。 在切削过程中，被切金属层在前刀面的推力作用下产生剪应力，当剪应力达到并超过工件材料的屈服极限时，被切金属层将沿着某—方向产生剪切滑移变形而逐渐累积在前刀面上，随着切削运动的进行，这层累积物将连续不断地沿前刀面流出，从而形成了被切除的切屑。简言之，工件上切削层金属,在刀具前刀面的推挤作用下发生了塑性变形，最后沿某一面剪切滑移形成了切屑。 切屑厚度(ach)与切削层厚度 (ac)之比称为厚度变形系数ξa 。 根据最大剪应力理论可以求出剪切角 φ=45°+ γo -β β---前刀面上的平均摩擦角。 第二变形区的变形是指切屑在沿前刀面流动时受前刀面的挤压、摩擦而产生的进一步变形。这一变形主要集中在和前刀面摩擦的切屑层底面一薄层金属内。 1）粘结区：塑性金属在切削过程中，在近切削刃长度lfi内，切屑与前刀面之间压力很大（可达到3.5GPa) ，再加上几百度的高温（可达900 ℃) ，使切屑底层材料产生软化，从而粘结在前刀面上高低不平的凹坑形成粘结区。 内摩擦约占85%，只有温度低，压力小时，才考虑外摩擦的影响。 积屑瘤现象 切削加工时，切屑与前刀面发生强烈摩擦而形成新鲜表面接触。当接触面具有适当的温度和较高的压力时就会产生粘结（冷焊）。于是，切屑底层金属与前刀面冷焊而滞留在前刀面上。连续流动的切屑从粘在刀面的底层上流过时，在温度、压力适当的情况下，也会被阻滞在底层上。使粘结层逐层在前一层上积聚，最后长成积屑瘤。 4.对刀具寿命的影响?? 积屑瘤粘附在前刀面上，在相对稳定时，可代替刀刃切削，有减少刀具磨损、提高寿命的作用。但在积屑瘤比较不稳定的情况下使用硬质合金刀具时，积屑瘤的破裂有可能使硬质合金刀具颗粒剥落，反而使磨损加剧。 5.进给量：进给量小切屑与前刀面接触长度小，摩擦系数小，切削温度低，不易产生积屑瘤。 由于切削刀具的刃口存在圆弧，在切削过程中，除产生第一、二变形区的变形外，切削层金属中有为△ ac的一层未被切除，而被刀刃圆弧挤压在工件以加工表面上。这层金属在刀具刃口的作用下产生弹性和塑性变形。已加工表面在形成过程中，由于刃口和后刀面的挤压和摩擦作用，表层金属组织晶粒被拉长、沿着表层平行的方向纤维化，形成硬化层。在硬化层的表面，由于塑性变形严重，会产生残余应力。此切削过程为第三变形区的变形。此变形直接影响一加工表面的物理力学性质。 5.进给量对切屑变形的影响 1.工件材料对切屑变形的影响 2)工件材料的塑性也是影响切屑变形的主要因素。 ?如碳钢的塑性越大，抗拉强度和屈服强度越低，在较小的应力条件下就开始产生塑性变形。在相同的切削条件下，工件材料的塑性越大，切削变形就越大。例如，1Cr18Ni9Ti和45钢的强度近似，但前者延伸率大得多，切削时切削变形大，易粘刀且不易断屑。 2.前角对切屑变形的影响 当γ0增加时，剪切角φ增大，因而变形系数ξ减小。 4、切削速度对切屑变形的影响 其二是v对μ有影响。除低速区外，v增大，则μ减小，因此ξ减小。 5、进给量对切屑变形的影响 2、第二变形区（纤维化） 左图表示了切屑和前刀面摩擦时的情形。?刀-屑接触部分分二个区域，在粘结部分为内摩擦，滑动部分为外摩擦。图中也表示出了整个刀-屑接触区上正应力σf和切应力的分布，显然金属的内摩擦力要比外摩擦力大得多，因此，应着重考虑内摩擦。 在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。它的硬度很高，通常是工件材料的2—3倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤或刀瘤。 a)积屑瘤的形成 b)积屑瘤在切削过程中的作用 c)影响积屑瘤的因素 a)积屑瘤的形成 所以积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化性质有关，也与刃前区的温度和压力分布有关。一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤；温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。走刀量保持一定时，积屑瘤高度与切削速度有密切关系。 积屑瘤形成过程 演示3 演示1 演示2 b)积屑瘤在切削过程中的作用 2.增大切削厚度 ??? 它加大了刀具的实际前角，可使切削力减小，对切削过程起积极的作用。积屑瘤愈高，实际前角愈大。 3.使加工表面粗糙度增大??? 积屑瘤的底部则相对稳定一些，其顶部很不稳定，容易破裂，一部分连附于切屑底部而排出，一部分残留在加工表面上，积屑瘤凸出刀刃部分使加