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1、第三节 金属切削过程的规律,、金属切削过程的变形区 金属切削过程的实质是指金属切削层在刀具挤压作用下，产生塑性剪切滑移变形的过程。 这是一个极复杂的过程，为了研究的方便，通常把金属切削过程的变形划分为三个变形区，,OA与OE之间是切削层的塑性变形区，称为第一变形区，或称基本变形区。,切屑沿着刀具前面流出。由于受刀具前面挤压和摩擦的作用，切屑将继续发生强烈的变形，这个变形区域称为第二变形区，用表示。 工件已加工表面与后刀面接触的区域称为第三变形区，或称摩擦变形区。,第三变形区的变形，会造成已加工表面的加工硬化和产生残余应力，对已加工表面的质量影响密切。 金属切削过程中的三个变形区，虽然各自有其特
2、征，但是，三个变形区之间有着紧密的互相联系和互相影响。,三、积屑瘤 1、积屑瘤的生长及消失 。 在一定的切削速度范围内切削塑性金属材料时，切屑与刀具前面有剧烈的摩擦，使切屑底层流动缓慢。流动缓慢的称为滞流层。于是，滞流层与刀具前面发生粘结，这是形成积屑瘤的基础。随后，新的滞流层又在这基础上不断地粘结堆积，最后生成积屑瘤。,积屑瘤在生长的过程中，一直受到工件材料与切屑的挤压摩擦，受到切削的冲击振动，受到切削温度的升高等因素的作用和影响。因此，积屑瘤会随时破碎、脱落、消失。可以认为，积屑瘤的不断生成的过程，也是积屑瘤不断破碎、脱落和消失的过程。,2、积屑瘤对切削过程的影响 （1）增大刀具前角 积屑
3、瘤使刀具实际工作前角增大，减小切削变形和切削力。 （2）提高刀具硬度 积屑瘤是由受了剧烈塑性变形而强化的被切材料堆积而成，其硬度是工件材料硬度的23倍。它可代替刀具切削刃进行切削。 （3）增大切削厚度 积屑瘤前端伸出于切削刃外，导致切削厚度增大了，不利于加工尺寸的精度。,（4）对刀具寿命的影响 积屑瘤包围着刀具切削刃及刀具部分前面，减少了刀具磨损，提高了刀具寿命。但是，积屑瘤的生长是一个不稳定的过程，积屑瘤随时会产生破裂、脱落的现象。脱落的碎片会粘走刀面上的金属材料，或者严重擦伤刀面，使刀具寿命下降。 （5）降低工件表面质量 由于积屑瘤的外形不规则，使被切削的工件表面不平整。又由于积屑瘤在不断
4、地破碎和脱落，脱落的碎片使工件表面粗糙，产生缺陷。 根据上述积屑瘤对加工的影响说明，精加工时应防止积屑瘤的产生，因此，通常在切削加工中，不希望出现积屑瘤。,3控制积屑瘤的措施 （1）降低工件材料的塑性 可减小刀-屑间的摩擦因数，减少粘结，抑制积屑瘤的生长。 （2）控制切削速度 （3）增大刀具前角 可减小切削变形和切削温度，从而可抑制积屑瘤的生长。 （4）合理使用切削液 既可减少切削摩擦，又可降低切削温度，从而使积屑瘤的生长得到抑制。,四、鳞刺 鳞刺是在已加工表面上呈鳞片状有裂口的毛刺。 切削塑性金属材料时，若切削速度较低，常常会产生鳞刺。鳞刺使已加工表面质量下降，表面粗糙度值增大24级。鳞刺形
5、成的过程，可以分为四个阶段。,a为抹拭阶段 使切屑与刀具前面之间的摩擦因数逐渐增大，摩擦因数增大到一定值时，使切屑在刀具前面作短暂的停留。 b为开裂阶段 由于停留的切屑代替刀具前面推挤切削层，导致切削区产生裂口。 c为层积阶段 随着推挤切削层的继续，裂口逐渐增大，同时，切削力也在逐渐增大。 d为刮成阶段 当切削力增大到一定值时，从而使切屑能克服在刀具前面上的摩擦粘结时，切屑又开始沿刀具前面流出，一个鳞刺就这样刮成了。,在低的切削速度（Vc10mmin）时，减小进给量，增大刀具前角，采用润滑性能好的切削液，可抑制鳞刺的形成。 在较高的切削速度（Vc30mmin)时，工件材料调质处理，减小刀具前角
6、，可抑制鳞刺的形成。 高速切削，切削温度达500oC以上，便不会产生磷刺。,第二节 切屑的类型及控制 一、切屑的类型及其分类 在金属切削过程中，由于工件材料的不同和切削条件的不同，因而产生的 切屑种类也就多种多样，可分为四种类型 。,1、带状切屑 连续呈较长的带状，底面光滑，背面无明显裂纹，呈微小锯齿形。加工塑性金属材料，当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时这种切屑是较常见的。出现带状切屑时，切削力波动小，切削过程较平稳，加工表面质量较好。但必须采取有效的断屑、排屑措施，否则会产生切屑缠绕以至损坏刀具、破坏加工质量，造成人身伤害等后果。,2、挤裂切屑 切屑的外表面呈较大的锯齿形，内表面
7、有时有较深的裂纹。加工塑性金属材料，当切削厚度较大、切削速度较低、刀具前角较小时产生。切削力波动较大、切削过程不太平稳，加工表面质量较差。,3、单元切屑 切屑裂纹贯穿整个切屑断面，切屑成梯形粒状，这种切屑较少见。出现单元切屑时，切削力波动大，切削过程不平稳，加工表面质量差。,上述三种切屑，是在切削塑性金属材料时才能产生的，这些不同的切屑形态与切削条件有密切关系，当改变切削条件，可使切屑形态相互转换，切屑形态相互转换的切削条件是： （1）增大刀具前角 可使单元切屑挤裂切屑带状切屑。 （2）增大切削速度 可使单元切屑挤裂切屑带状切屑。 （3）减小切削厚度 可使单元切屑挤裂切屑带状切屑。,4、崩碎切
8、屑 切屑呈不规则的碎块状，这种切屑是在切削脆性金属材料时才会产生的。出现崩碎切屑时，切削过程不太平稳，易损坏刀具，加工表面较粗糙。当采取减小切削厚度、减小刀具主偏角、适当提高切削速度等措施，可使崩碎切屑转换为针状或片状切屑，切削过程中的不良现象，得到改善。,切削控制是指在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，使形成可接受的良好屑形。,衡量切屑可控性的主要标准是：不妨碍正常的加工（即不缠绕在工件、刀具上，不飞溅到机床运动部件中）不影响操作者的安全；易于清理、存放和搬运。 二、切屑控制的措施 在实际加工中，应用最广的切屑控制方法就是在前刀面上磨制出断屑槽或使用压块式断屑器。 理想的
9、解决方法就是使用可转位刀具，由专业化的工具生产厂家来解决合理的槽形设计和精确的制造工艺问题。,第三节 切 削 力 、切削力的来源，切削合力及其分解，切削功率 金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力称为切削力。由前面对切削变形的分析知，切削力来源于三个方面： （1）克服被加工材料对弹性变形的抗力； （2）克服被加工材料对塑性变形的抗力； （3）克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀 面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。,上述各力的总和形成作用在刀具上的合力Fr。为了实际应用，Fr可分解为相互垂直的Fz（国标为Fc）、Fy（国标为Fp）和Fx（国标为Ff）三个分力（图318
10、）。,Fz切削力或切向力。它切于过渡表面并与基面垂直。Fz是计算车刀强度，设计机床 零件，确定机床功率所必需的。 Fx进给力或轴向力。它是处于基面内并与工件轴线平行与进给方向相反的力。Fx是设计进给机构，计算进给功率所必需的。 Fy切深抗力、或背向力、径向力、吃刀力。它是处于基面内并与工件轴线垂直的力。 Fy用来确定与工件加工精度有关的工件挠度（详见第四章第一节），并且它与工件在切削过程中产生的振动有关。不消耗机床的功率。,消耗在切削过程中的功率称为切削功率Pm,二、切削力的测量及切削力的计算机辅助测试 在生产实际中，切削力的大小一般采用由实验结果建立起来的经验公式计算。在需要较为准确地知道某
11、种切削条件下的切削力时，还需迸行实际测量。,三、切削力的经验公式和切削力估算 目前，人们已经积累了大量的切削力实验数据，对于一般加工方法，如车削、孔加工和铣削等已建立起了可直接利用的经验公式。常用的经验公式约可分为两类：一类是指数公式；一类是按单位切削力进行计算。,1、计算切削力的指数公式 在金属切削中广泛应用指数公式计算切削力。常用的指数公式形式为,用YT15硬质合金车刀外圆纵车b=0.637GPa的结构钢，车刀几何参数为,2、按单位切削力计算切削力和切削功率 单位切削力是指单位切削面积上的切削力。,单位时间内切除单位体积的金属所消耗的功率称为单位切削功率Ps,1、工件材料的影响 工件材料的
12、性能是决定切削力大小的主要因素之一。一般来说，工件材料的强度、硬度越高，则切削力越大。 2、切削用量的影响 由切削力的指数公式可知，随着背吃刀量和进给量的增大，切削力也增大。切削一般钢的材料，切削速度对切削力的影响呈波浪形，切削铸铁等脆性材料，切削速度对切削力的影响不大。,3、刀具几何参数的影响 （1）前角 前角增大，若后角不变，楔角减小，则刀具锋利，切削变形减小，使切削力下降。加工塑性大的材料，增大前角，切削力下降明显；加工脆性的材料，增大前角，切削力下降不显著。,（2）主偏角 切削一般钢时，当主偏角kr6075时，随着kr的增大，切削力减小。当kr =6075时，切削力减至最小。当kr 6
13、075时，随着kr的增大，切削力增大。,4、切削液的影响 切削液具有冷却、润滑、清洁、防锈的作用。选用润滑性能好的切削液，可以减小刀具前面与切屑、刀具后面与工件之间的摩擦，从而降低切削力。如矿物油、植物油、极压切削油都有良好的润滑性能。,第四节 切削热与切削温度 切削热是金属切削过程中又一重要的物理现象之一。切削热使切屑、工件、刀具的温度升高，从而影响工件的质量、刀具的寿命、切削速度的提高等。为此，学习掌握切削热和切削温度的知识及规律，具有重要的实用意义。,一、切削热的产生与传出 1、切削热的产生 被切削的金属在刀具的作用下，发生弹性和塑性变形而耗功，这是切削热的一个重要来源。此外，切屑与前刀
14、面、工件与后刀面之间的摩擦也要耗功，也产生出大量的热量。 因此，切削时共有三个发热区域，即剪切面、切屑与前刀面接触区、后刀面与过渡表面接触区 。 切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。,切削用量中，ap增加一倍时，Pc相应的成比例地增大一倍，因而切削热也增大一倍；切削速度v的影响次之，进给量f的影响最小；其它因素对切削热的影响和它们对切削力的影响完全相同。,切削区域的热量被切屑、工件、刀具和周围介质传出。 切削热由切切屑、刀具、工件及周围介质传出的比例,工件材料的导热性能是影响热量传导的重要因素 刀具材料的导热系数，影响刀具的切削温度 切屑与刀具接触时间的长短，也影响刀具的切削温度,
15、二、切削温度的测量 切削温度一般指前刀面与切屑接触区域的平均温度。 切削温度的测量方法大致分为热电偶法、辐射温度计法以及其它测量方法。,一、自然热电偶法 切削加工中，化学成分不同的刀具材料和工件材料相互作用，在刀具一切屑与刀具一工件的接触面上总是处在较高的切削温度作用下，这就自然地形成了热电偶的热端；若将工件与刀具的引出端保持室温，则形成了热电偶的冷端；热端和冷端之间必然有热电动势产生，用仪表将刀具工件所组成的回路中的冷、热端产生的热电动势测出或记录下来，再根据事先进行标定的刀具工件所组成热电偶的温度与输出电压的关系曲线（或称标定曲线），便可求得刀具与工件接触面上切削温度的平均值。,二、人工热
16、电偶法 将两种预先经过标定的金属丝组成热电偶（或用标准热电偶），把此热电偶的热端焊接在刀具或工件的预定要测量温度的点上，而把冷端通过导线串接在电位差计或毫伏表上，根据仪表上的指示数值，参照热电偶标定曲线，便可得知欲测温点的切削温度。,三、影响切削温度的主要因素 1、切削用量的影响 （1）背吃刀量：背吃刀量对切削温度的影响很小。因为ap增大，切削力和切削热也增大，但是刀具主切削刃与切削层的接触长度也增大，从而改善了刀头的散热条件。,（2）进给量 进给量对切削温度有影响。,（3）切削速度 切削速度增大，切削温度明显增大。其原因是，当Vc增大时，在单位时间内切除的工件余量增多，由切削产生的切削热增多；另外，切削宽度、切削厚度没有变化，使刀具和切屑的散热能力并没有提高。因此，切削速度对切削温度有明显的影响。,综合上述分析可知：切削用量中对的影响最为显著，f对的影响次之，ap对的影响最小。因此，在机床允许的条件下，选用较大的背吃刀量和进给量比选用大的切削速度更为有利。,2、刀具几
