第三节金属切削过程

第三节金属切削过程

第三节金属切削过程 • 金属切削过程就是通过刀具把被切金属层变为切屑的过程。 • 金属的切削过程，实质上是工件切削层在刀具的挤压下，产生剪切滑移为主的塑性变形，而形成切屑的过程。 • 挤压、滑移、挤裂、切离

第三节金属切削过程 一、切屑的形成过程及变形区的划分金属切削过程中的滑移线和流线

第三节金属切削过程 一、切屑的形成过程及变形区 OM--“终滑移面 OA面--“始滑移面” 切削层中点P 第一变形区金属的滑移

第三节金属切削过程 平面OM表示第一变形区（Ⅰ）第二变形区（II）第三变形区（Ⅲ）三个变形区、剪切角

第三节金属切削过程 三个变形区说明

二、变形系数 第三节金属切削过程 • 切屑厚度与切削层厚度之比称为厚度变形系数ξh（切屑厚度压缩比Ah）； • 切削长度与切屑长度之比称为长度变形系数ξl， • 变形系数直观地反映了切屑的变形程度，且容易测量。

第三节金属切削过程 • 厚度变形系数 • 长度变形系数

第三节金属切削过程 • 对于同一种工件材料，如果在不同的切削条件下进行切削，变形系数越大，则表明切削中的塑性变形越大，切削力和切削热相应增加，动力消耗上升，加工质量下降。 • 有效控制变形系数，有利于提高工件的加工质量。

三、切屑类型 第三节金属切削过程切屑类型 a)带状切屑 b)节状切屑 c)单元切屑 d)崩碎切屑

第三节金属切削过程 • 带状切屑 • 采用较高的切削速度、较小的切削厚度和前角较大的刀具，切削塑性较好的金属材料时，易形成带状切屑。形成带状切屑时，切削力的波动小，切削过程比较平稳，已加工表面粗糙度较小，但这种切屑容易缠绕在刀具或工件上，损伤已加工表面，或危害操作者安全，应采取适当的断屑措施。 • 节状切屑 • 采用较低的切削速度、较大的切削厚度和前角较小的刀具，切削中等硬度的塑性材料时，易形成节状切屑。形成节状切屑时，金属的塑性变形和切削抗力较大，切削力的波动也比较大，切削过程不平稳，已加工表面也比较粗糙。

第三节金属切削过程 • 单元切屑 • 切削塑性材料时，切削层金属在塑性变形过程中，剪切面上产生的剪应力超过材料的强度极限，切屑沿剪切面完全断开，形成形状类似，而又互相分离的屑块。采用极低的切削速度，大的切削厚度，小的前角，切削塑性较差的材料时，易形成单元切屑。形成单元切屑时，切削力波动很大，有振动，已加工表面粗糙，且有振纹。 • 崩碎切屑 • 切削脆性材料时，由于材料的塑性小，抗拉强度低，切削层金属在产生弹性变形后，几乎不产生塑性变形而突然崩裂，形成形状极不规则的碎块。形成崩碎切屑时，切削力幅度小，但波动很大，伴有振动和冲击，使已加工表面凸凹不平。

第三节金属切削过程 四、积屑瘤（一）积屑瘤的产生在切削塑性金属材料时，经常在前刀面上靠刃口处沾结一小块很硬的金属楔块（如图3-6），这个金属楔块称积屑瘤。积屑瘤

（二）积屑瘤对切削过程的影响 第三节金属切削过程积屑瘤对切削加工的影响 ①对切削力的影响 ②对已加工表面粗糙度的影响 ③对刀具强度的影响积屑瘤与切削刃的金相显微照片

第三节金属切削过程 （1）积屑瘤积屑瘤包围着切削刃，可以代替前面、后面和切削刃进行切削，从而保护了刀刃，减少了刀具的磨损。积屑瘤使刀具的实际工作前角增大，而且，积屑瘤越高，实际工作前角越大，刀具越锋利。积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。

第三节金属切削过程 • 积屑瘤对切削过程的影响有其有利的一面，也有其不利的一面。 • 粗加工时，可允许积屑瘤的产生，以增大实际前角，使切削轻快； • 精加工时，则应尽量避免产生积屑瘤，以确保加工质量。

（2）积屑瘤的成因 第三节金属切削过程 1）工件材料的塑性； 2）切削速度； 3）刀具前角； 4）冷却润滑条件。切削速度对积屑瘤的影响

（三）控制积屑瘤产生的措施 第三节金属切削过程（1）避免容易产生积屑瘤的切削速度范围（2）降低材料塑性（3）合理使用切削液（4）增大刀具前角

第四节切削力、切削热与切削温度

第四节切削力、切削热与切削温度 • 切削力决定着切削热的产生，并影响刀具磨损和已加工表面质量。 • 切削力又是计算切削功率，设计和使用机床、刀具、夹具的必要依据。 • 切削热和由它产生的切削温度，直接影响刀具的磨损和使用寿命 • 切削热影响工件的加工精度和表面质量。

一、切削力的来源、合力及其分力 第四节切削力、切削热与切削温度

切削力的来源 第四节切削力、切削热与切削温度 • 一是切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力； • 二是刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。

切削力 第四节切削力、切削热与切削温度（1）总切削力的分解 1）切削力Fc 2）背向力Fp 3）进给力Ff

第四节切削力、切削热与切削温度 （2）切削功率单位：kw Fc——切削力，单位：N； vc——切削速度，单位：m/min。

第四节切削力、切削热与切削温度 （2）切削功率单位：kw 机床电机所需功率 m——机床传动效率，一般，取 m= 0.75～0.85。

第四节切削力、切削热与切削温度 • 单位切削力是指单位面积上的主切削力，用KC表示（单位N/mm2）。 KC=FC/AD 式中 AD——切削层公称横截面积（mm2）AD=ap•.f； Fc——主切削力（N）。 • 计算主切削力： FC=KC•AD= KC•ap•.f

第四节切削力、切削热与切削温度 2. 切削力的经验公式切削力

第四节切削力、切削热与切削温度 切削力背向力进给力切削时消耗的功率

第四节切削力、切削热与切削温度 [计算举例]：工件材料：40Cr热轧棒料；HBS=212 刀具结构：机夹可转位车刀刀片材料及型号：YT15；TNMA150605 刀具几何参数：γ0=15º，κr=90º，λS=-5º，br=0.4mm， γ01=-10º（负倒棱的前角），rε=0.5mm 机床型号：CA6140车床切削用量：ap=3mm，f=0.4mm/r，vc=100m/min [试求] 切削力Fc、Fp、Ff和切削功率Pc

第四节切削力、切削热与切削温度 [查表2-6至表2-15得下列数据： Cfc=1640N，xfc=1，yFc=0.84，kvFc=0.96，krfc=1，kvfc=1，kbrFc=1.1， KκFc=1.05，Fp/Fc=0.3，Ff/Fc=0.4，KrFc=1，KλFc=1，KVBFc=1.2 （取VB=0.6mm），Kc=1962N/mm2。

第四节切削力、切削热与切削温度 [解]：1．主切削力Fc

第四节切削力、切削热与切削温度 2．背向力Fp与进给力Ff（估算法） 3．切削功率Pc 机床消耗功率：取机床传动效率ηm=0.8，而CA6140车床电机功率为7.5kW，功率足够。

二、切削力 第四节切削力、切削热与切削温度 3. 影响切削力的因素总切削力的来源有两个方面：一是克服被加工材料对弹性变形和塑性变形的抗力；二是克服切屑对刀具前面的摩擦阻力和工件表面对刀具后面的摩擦阻力。

3. 影响切削力的因素 第四节切削力、切削热与切削温度 1）工件材料的性能对切削力有显著的影响。工件材料的硬度或强度愈高，材料的剪切屈服强度也愈高，发生剪切变形的抗力也愈大，故切削力也愈大。

↑ 背吃刀量asp 变形抗力摩擦力 ↑ ↑ 切削力 AD ↑ ↑ 进给量f 3. 影响切削力的因素第四节切削力、切削热与切削温度 2）切削用量对切削力的影响。 a）背吃刀量asp和进给量f对切削力的影响;

二、切削力 第四节切削力、切削热与切削温度标准切削试验：刀具材料P10，工件材料45钢σb=650Mpa，车刀几何参数为go =10°、kr =45°、ls =0°。即，ap增大一倍，FC也增大一倍；而f 增大一倍，FC只能增大68%～80％。

第四节切削力、切削热与切削温度 由此可见，从减小切削力和节省动力消耗的观点出发，在切除相同余量的条件下，增大 f 比增大asp更为有利。

3. 影响切削力的因素 第四节切削力、切削热与切削温度 2）切削用量对切削力的影响。 b）切削速度Vc对切削力的影响; 切削塑性材料时

3. 影响切削力的因素 第四节切削力、切削热与切削温度 3）刀具几何参数对切削力的影响。 a）前角go对切削力的影响; ↓ 切削力 ↓ ↑ 刀刃锋利↑ 变形抗力前角go

3. 影响切削力的因素 第四节切削力、切削热与切削温度 3）刀具几何参数对切削力的影响。 a）前角go对切削力的影响; 图3-25 前角对切削力的影响 asp=4mm f=0.25mm/r

3. 影响切削力的因素 第四节切削力、切削热与切削温度 3）刀具几何参数对切削力的影响。 b）主偏角kr对切削力的影响;

3. 影响切削力的因素 第四节切削力、切削热与切削温度 3）刀具几何参数对切削力的影响。 c）刃倾角ls对切削力的影响; 背前角gp ↑ ↑ ls 侧前角 ↓ gf Fp ↓ Ff ↑

3. 影响切削力的因素 第四节切削力、切削热与切削温度 3）刀具几何参数对切削力的影响。 d）刀尖圆弧半径re对切削力的影响;

3. 影响切削力的因素 第四节切削力、切削热与切削温度 3）刀具几何参数对切削力的影响。 e）使用切削液对切削力的影响。

五、影响切削力的因素 第四节切削力、切削热与切削温度 ⑴工件材料的影响 ⑵切削用量的影响 ①背吃刀量和进给量的影响 ②切削速度的影响 ⑶刀具几何参数的影响 ①前角的影响 ②负倒棱的影响 ③主偏角的影响 ④刃倾角的影响

第四节切削力、切削热与切削温度 ⑷刀具磨损的影响 ⑸切削液的影响 ⑹刀具材料的影响

第四节切削力、切削热与切削温度 七、切削热的产生与传出切削热来源于切削层金属发生弹性、塑性变形所产生的热及切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩擦。切削热来源

第三节 金属切削过程