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1、机械制造技术基础机械制造技术基础 机械制造技术基础机械制造技术基础第二章第二章 金属切削过程金属切削过程 通过刀具把被切金属层变为切屑的过通过刀具把被切金属层变为切屑的过程，其实质是一种挤压、剪切变形过程。程，其实质是一种挤压、剪切变形过程。 塑性金属的切削过程一般要经过塑性金属的切削过程一般要经过弹性弹性变形、塑性变形、挤裂、切离变形、塑性变形、挤裂、切离四个阶段四个阶段第二章第二章 金属切削过程金属切削过程第一节第一节 金属切削过程概述金属切削过程概述一、金属切削过程的实质一、金属切削过程的实质（塑性材料）（塑性材料） 切切屑屑的的形形成成与与切切离离过过程程，是是切切削削层层受受到到刀刀
2、具具前前刀刀面面的的挤挤压压而而产产生生以以滑移为主的塑性变形过程。滑移为主的塑性变形过程。FABOM45a）正挤压）正挤压FABOM45b）偏挤压）偏挤压OMFc）切削）切削 正正挤挤压压：金金属属材材料料受受挤挤压压时时，最最大大剪应力方向与作用力方向约成剪应力方向与作用力方向约成4545 偏偏挤挤压压：金金属属材材料料一一部部分分受受挤挤压压时时，OBOB线线以以下下金金属属由由于于母母体体阻阻碍碍，不不能能沿沿ABAB线滑移，而只能沿线滑移，而只能沿OMOM线滑移线滑移 切切削削：与与偏偏挤挤压压情情况况类类似似。弹弹性性变变形形剪剪切切应应力力增增大大，达达到到屈屈服服点点产产生生塑
3、塑性性变变形形，沿沿OMOM线线滑滑移移剪剪切切应应力力与与滑滑移移量量继继续续增增大大，达达到到断断裂裂强强度度切屑与母体脱离。切屑与母体脱离。金属挤压与切削比较挤压与切削挤压与切削 第一变形区（剪切、滑移）第一变形区（剪切、滑移）第二变形区（挤压和摩擦）第二变形区（挤压和摩擦） 第三变形区（挤压和摩擦）第三变形区（挤压和摩擦）二、切削变形区二、切削变形区切屑根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：=s剪切角金属切削过程的变形金属切削过程的变形 1. 第一变形区（剪切、滑移）第一变形区（剪切、滑移） 第一变形区金属的滑移第一变形区金属的滑移2. 第二变形区第二变形区（挤压和摩擦）（挤压和
4、摩擦）3. 第三变形区第三变形区已加工表面的形成过程已加工表面的形成过程1. 剪切角剪切角三、三、切削变形程度的表示方法切削变形程度的表示方法剪切角剪切角 剪切面剪切面积积变形程度变形程度切削力切削力图图2-2 剪切角与切削变形剪切角与切削变形2.切削厚度压缩比（变形系数切削厚度压缩比（变形系数1）图图2-3 切屑厚度压缩比切屑厚度压缩比说明：说明：1、同一工件材料，若切削条件不同，则、同一工件材料，若切削条件不同，则切削厚度压缩比不同；切削厚度压缩比不同；2、不同工件材料，即使切削条件相同，、不同工件材料，即使切削条件相同，切削厚度压缩比不同；切削厚度压缩比不同；3、用切削厚度压缩比反映切削
5、变形比较、用切削厚度压缩比反映切削变形比较简单、直观，但很粗略简单、直观，但很粗略,只在一定条件下只在一定条件下反映切削变形。前角反映切削变形。前角=0-30，Ah1.5切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本不变。可用其表示切削层变的变形程度。LchhDhchLD四、四、 切屑类型切屑类型形成条件影响名称简图形态变形带状，底面光滑，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状粒状不规则块状颗粒剪切滑移尚未达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小， 刀具前角较大加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大， 刀具
6、前角较小工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆材料， 刀具前角较小切削过程平稳，表面粗糙度小， 妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切削过程不平稳，表面粗糙度不佳切削力波动大，有冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑切屑类型及形成条件切屑控制切屑控制v为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量，应使切屑卷曲和折断。v切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加变形的结果切屑的卷曲断屑的产生v断屑是对已变形的切屑再附加一次变形（常需有断屑装置）五、积屑瘤五、积屑瘤积屑瘤现象：刀尖上急剧塑性变形而被强化的硬度很高的的附着物生产中又
7、称为刀瘤 切削过程中，由于金属的挤压和强烈摩擦，使切屑与前刀切削过程中，由于金属的挤压和强烈摩擦，使切屑与前刀面之间产生很大的应力和很高的切削温度。当应力和温度条面之间产生很大的应力和很高的切削温度。当应力和温度条件适当时，切屑底层与前刀面之间的摩擦力很大，使得切屑件适当时，切屑底层与前刀面之间的摩擦力很大，使得切屑底层流出速度变得缓慢，形成一层很薄的底层流出速度变得缓慢，形成一层很薄的“滞流层滞流层”，当滞，当滞流层与前刀面的摩擦阻力超过切屑内部的结合力时，滞流层流层与前刀面的摩擦阻力超过切屑内部的结合力时，滞流层的金属与切屑分离而粘附在切削刃附近形成积屑瘤的金属与切屑分离而粘附在切削刃附近
8、形成积屑瘤. 切屑底层金属与前刀面的切屑底层金属与前刀面的粘结粘结和和加工硬化。加工硬化。 五、积屑瘤五、积屑瘤 1.积屑瘤产生的原因积屑瘤产生的原因积屑瘤的形成条件积屑瘤的形成条件必要条件n加工塑性金属材料n中速切削不使用切削液时容易产生5m/min60m/min积屑瘤改屑瘤改变刀具切削刀具切削条条件件刀尖被包裹起来前角增大切削深度变化工件上的已加工表面变粗糙积屑瘤是否有害呢？屑瘤是否有害呢？对工件的影工件的影响响 C加工表面的粗糙度增加（变差）C鳞刺可能就是因积屑瘤破裂形成的C切深变化工件尺寸精度下降对刀具的影刀具的影响响 C刀尖没有参与切削保护刀尖C刀具实际前角增大切削更轻快粗加工粗加工
9、与与精加工精加工粗加工可以利用积屑瘤 C粗加工精度不是主要问题 C增大前角 C保护刀尖 精加工一定要回避积屑瘤 C保证精度 C保证表面质量有利方面有利方面保护刀具保护刀具增加工增加工作前角作前角积屑瘤硬积屑瘤硬度很高度很高可代替切削刃可代替切削刃进行切屑，减进行切屑，减少刀具的磨损少刀具的磨损积屑瘤的存在，积屑瘤的存在，使刀具的实际工使刀具的实际工作前角增大作前角增大可减小切削变可减小切削变形和切削力，形和切削力，使切削轻快使切削轻快不利方面不利方面影响工件尺影响工件尺寸精度寸精度影响工件表影响工件表面粗造度面粗造度积屑瘤破裂后会划伤表面，加积屑瘤破裂后会划伤表面，加快刀具磨损快刀具磨损会形成
10、硬点和毛刺，使工件表面粗会形成硬点和毛刺，使工件表面粗造度值增大造度值增大时大时小，时有时无，使切削时大时小，时有时无，使切削力产生波动而引起振动力产生波动而引起振动积屑瘤的顶端突出于切削刃之外，积屑瘤的顶端突出于切削刃之外，使实际的切削深度不断变化使实际的切削深度不断变化精加工应尽量避免积屑瘤n选择切削速度，切削速度，（温度）（温度）避避开开产生生积屑瘤的屑瘤的区区域域 n高速：Vc60m/min高速精加工n低速：Vc y z，即：影响大，即：影响大 小：小：vc f ap2、进给量、进给量 f 和背吃刀量和背吃刀量 ap 与刀具耐用度与刀具耐用度T的关系的关系 为了减少刀具磨损、提高刀具耐
11、用度，应该选为了减少刀具磨损、提高刀具耐用度，应该选大的背吃刀量大的背吃刀量、较大的进给量和合适的切削速度。、较大的进给量和合适的切削速度。 不同刀具材料的耐用度比较硬质合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速钢刀具耐用度T（min）1235681020304060800600500400300200100806050切削速度v（m/min）（3）刀具的影响）刀具的影响刀具角度：刀具角度： 前角增大，刀具耐用度增加。前角增大，刀具耐用度增加。 前角过大，刀具耐用度降低。前角过大，刀具耐用度降低。 刀尖圆弧半径增大或主偏角减小，刀具耐用刀尖圆弧半径增大或主偏角减小，刀具耐用提高。
12、提高。（3）刀具的影响）刀具的影响 刀具耐用度确定刀具耐用度确定 式中to、tm 、ta 、tc分别为工序时间、基本时间、辅助时间和换刀时间；T为刀具耐用度。令f，ap为常数，有：使工序时间最短的刀具耐用度。以车削为例，工序时间：将上式代入式（4-14），对T求导，并令其为0，可得到最大生产率刀具耐用度为：（3-16）（3-17）又：最大生产率耐用度最大生产率耐用度（3-18）式中C0工序成本；Cm机时费；Ct 刀具费用；tm，ta，tc，T含义同前。使工序成本最小的刀具耐用度。仍以车削为例，工序成本为：（3-19）仍令f，ap为常数，采用相同方法，可得到经济耐用度为（图3-28）tmCm刀具
13、费用taCmC0刀具耐用度Top成本图3-28经济寿命经济耐用度经济耐用度刀具耐用度确定刀具耐用度确定3. 刀具耐用度的合理数值刀具耐用度的合理数值 最高生产率耐用度最高生产率耐用度Tp最低成本耐用度最低成本耐用度Tc刀具耐用度并不表征刀具的切削性能，刀具耐用度并不表征刀具的切削性能，而是人而是人为的规定值。为的规定值。刀具耐用度并不是越高越好。刀具耐用度并不是越高越好。确定刀具耐用度时应考虑：确定刀具耐用度时应考虑：.刀具制造和刃磨的难易程度、成本刀具制造和刃磨的难易程度、成本刀具装卸或调整时间的长短刀具装卸或调整时间的长短工件情况工件情况 高速钢车刀：高速钢车刀：3090min硬质合金焊接车刀：硬质合金焊接车刀：60min90min高速钢钻头：高速钢钻头：80120min硬质合金铣刀：硬质合金铣刀：120180min齿轮刀具：齿轮刀具：200300min组合、自动机床及自动线用刀具：组合、自动机床及自动线用刀具：240480min 可转位车刀：可转位车刀：1530min本章结束
