金属切削的变形过程【精品】教材教学课件.pptVIP

金属切削的变形过程;金属切削过程是指从工件表面切除多余金属形成已加工表面的过程,该过程也是一个切屑形成的过程。 伴随着切屑的形成,会产生切削变形、积屑瘤、表面硬化、切削力、切削热和刀具磨损等物理现象。 ;　在金属切削过程中,被切削金属层经刀具的挤压作用,发生弹性变形、塑性变形、直至切离工件形成切屑沿刀具前刀面排出。通常 　将这个过程大致 　分为三个变形区。; 第一变形区 由OA线和OM线围成的区域(Ⅰ)称为第一变形区,也称剪切滑移区,是切削过程中产生变形的主要区域 OA为始滑移线,OM为终滑移线 一般切削速度下,第一变形区的宽度仅为0.02?0.2mm。所以可用一个平面OM(剪切面)表示第一变形区。剪切面OM与切削速度方向的夹角称为剪切角?; 第二变形区 它是指刀—屑接触区(Ⅱ) 切屑沿前刀面流出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦,使靠近前刀面处金属纤维化,其方向基本上和前刀面平行。又称为挤压变形区;第三变形区 指刀—工件接触区(Ⅲ)。在第三变形区里,后刀面施加法向力Frn和摩擦力Fr于工件。Frn使工件产生径向的塑性和弹性变形,Fr使已加工表面产生切向的塑性和弹性变形。;切削层金属以vc进入第一变形区后便开始塑性变形,晶粒伸长? 运动到刀刃时,晶粒成纤维状,最后包围刀尖? 刀尖以上部分沿前刀面流出,成为刀屑底层;刀尖以下部分沿后刀面流出,且纤维越伸越长、越细,最后拉断,成为已加工表面层。;切削层部分金属进入第三变形区后发生塑性变形,随着进入第三变形区深度的增大,塑性变形亦增大。在第一变形区发生纤维化的金属,有很小一部分进入第三变形区。第三变形区以外的金属发生弹性变形,这些金属离开弹性变形区后,弹性变形便恢复。 由此可知,已加工表面受到挤压、摩擦、变形、切削热等作用。;通常用切屑厚度压缩比Λh (λ的大写)(以前称为切屑变形系数ξ)、剪切变形(以前称为相对滑移)ε和剪切角 ? 作为衡量切屑变形程度的指标。;相对滑移(剪切变形)ε 是个反映切削变形中金属滑移本质的系数 切削层中HN线滑移至GP位置时的瞬时位移为Δy,其滑移量为Δs。滑移量Δs越大,说明变形越严重。;相对滑移ε表示为: ε=Δs/Δy =(n’p + pn”)/MP =cot? + tan(? -γo) ;切屑厚度压缩比Λh 切屑厚度压缩比Λh是指切屑外形尺寸变化的程度 ;剪切角 ? 剪切角是影响切屑变形的重要因素,也可反映切屑变形程度 计算剪切角的公式:剪切面上,金属产生了滑移变形,最大剪应力就在剪切面上 (M. E. Merchant) ;计算剪切角的公式:根据材料力学平面应力状态理论,主应力方向与最大剪应力方向的夹角应为45o (Lee and Shaffer) ;结论: 由切屑厚度压缩比、剪切变形和剪切角公式可知: Λh↗? 变形↗ 反映变形程度 γo↗?φ↗?ε↘ 在保证切削刃强度的前提下增大γo有利切削 β↗ ?φ↘ ? ε↗ 说明施用切削液减小β有利切削;五、前刀面上的摩擦与积屑瘤;刀—屑接触区的摩擦特点 切屑沿前面流出? 切屑与前刀面间压力大(2~3Gpa)、温度高(400~1000℃),切屑底部严重塑性变形且与前刀面发生粘结? 刀-屑间的摩擦不再是外摩擦,而是粘结层与金属层的内摩擦? 刀-屑接触区内摩擦力占85%,整个接触区正应力σ以刀尖处最大? 刀-屑接触区实际上存在两个分区:滑动区、粘结区;前刀面上的平均摩擦系数 令μ代表前刀面上的平均摩擦系数,则按内摩擦的规律得;积屑瘤 切削塑性较大的金属材料(如钢、铝合金)时,在切削速度不高、又能形成带状切屑的情况下,常常有一些从切屑和工件上下来的金属冷焊并层积在前刀面上,形成硬度很高的楔块,能代替刀面和切削刃进行切削,这一小硬块称为积屑瘤。它的硬度约为工件材料的2～3倍。;积屑瘤;积屑瘤的形成过程 切屑在前刀面上流动? 产生粘结,底层金属形成滞流层? 滞流层以上的金属流过时产生内摩擦? 底面上面的金属变形,发生加工硬化,被阻滞并与底层粘在一起? 逐渐扩大,积屑瘤形成 积屑瘤形成是一个动态过程:局部形成、长大? 局部断裂或脱落? 形成、长大、稳定、脱落? 形成、长大……;积屑瘤对切削过程的影响 保护刀具 增大前角 增大切削厚度,改变背吃刀量 增大表面粗糙度、降低表面质量 对粗加工有利,对精加工不利;积屑瘤产生的条件 主要取决于切削温度、刀-屑面压力、前刀面粗糙度;控制积屑瘤的措施 改善工件材料性