金屬切削原理與刀具-3切削過程

1、第三節(jié)金屬 切削過程v金屬在加工過程中會發(fā)生剪切和滑移，如圖表示金屬在加工過程中會發(fā)生剪切和滑移，如圖表示了金屬的滑移線和流動軌跡，其中橫向線是金屬了金屬的滑移線和流動軌跡，其中橫向線是金屬流動軌跡線，縱向線是金屬的剪切滑移線。流動軌跡線，縱向線是金屬的剪切滑移線。v圖圖2-5表示了金屬的滑移過程。由圖可知，金屬表示了金屬的滑移過程。由圖可知，金屬切削過程的塑性變形通常可以劃分三個變形區(qū)。切削過程的塑性變形通?？梢詣澐秩齻€變形區(qū)。1金屬切削過程的變形金屬切削過程的變形v（1）第一變形區(qū)第一變形區(qū) ：切削：切削層金屬從開始塑性變形到層金屬從開始塑性變形到剪切滑移基本完成的過程剪切滑移基本完成的過

2、程區(qū)。區(qū)。OA與與OM之間的區(qū)域之間的區(qū)域就是第一變形區(qū)就是第一變形區(qū)。v第一變形區(qū)是金屬切削變第一變形區(qū)是金屬切削變形過程中最大的變形區(qū)，形過程中最大的變形區(qū)，在這個區(qū)域內(nèi)，金屬將產(chǎn)在這個區(qū)域內(nèi)，金屬將產(chǎn)生大量的切削熱，并消耗生大量的切削熱，并消耗大部分功率。此區(qū)域較窄，大部分功率。此區(qū)域較窄，寬度僅寬度僅0.020.2。（2）第二變形區(qū)第二變形區(qū)v產(chǎn)生塑性變形的金屬切削層材產(chǎn)生塑性變形的金屬切削層材料經(jīng)過第一變形區(qū)后沿刀具前料經(jīng)過第一變形區(qū)后沿刀具前刀面流出，在刀面流出，在靠近前刀面處靠近前刀面處形形成第二變形區(qū)。成第二變形區(qū)。v在這個變形區(qū)域，由于切削層在這個變形區(qū)域，由于切削層材料受到

3、刀具前刀面的材料受到刀具前刀面的擠壓和擠壓和摩擦摩擦，變形進(jìn)一步加劇，材料，變形進(jìn)一步加劇，材料在此處纖維化，在此處纖維化，流動速度減慢流動速度減慢，甚至停滯在前刀面上。而且，甚至停滯在前刀面上。而且，切屑與前刀面的切屑與前刀面的壓力壓力很大，高很大，高達(dá)達(dá)23GPa，由此，由此摩擦產(chǎn)生的摩擦產(chǎn)生的熱量熱量也使切屑與刀具面溫度上也使切屑與刀具面溫度上升到幾百度的高溫，升到幾百度的高溫，切屑底部切屑底部與刀具前刀面發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象。與刀具前刀面發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象。粘結(jié)現(xiàn)象時的摩擦狀況粘結(jié)現(xiàn)象時的摩擦狀況（3）第三變形區(qū)第三變形區(qū)v金屬切削層在金屬切削層在已加工已加工表面表面受刀具刀刃鈍圓受刀具刀刃鈍圓部分

4、的擠壓與摩擦而部分的擠壓與摩擦而產(chǎn)生塑性變形部分的產(chǎn)生塑性變形部分的區(qū)域。區(qū)域。刀刃鈍圓情況下已加工表面的形成過程刀刃鈍圓情況下已加工表面的形成過程 切屑經(jīng)過刀刃鈍圓切屑經(jīng)過刀刃鈍圓B點后，受到后刀面點后，受到后刀面BC段段的擠壓和摩擦，的擠壓和摩擦，經(jīng)過經(jīng)過BC段后，段后，這部分金屬開始這部分金屬開始彈性恢復(fù)，彈性恢復(fù)，恢復(fù)高度為恢復(fù)高度為h，在恢復(fù)過程中又與，在恢復(fù)過程中又與后刀面后刀面CD部分產(chǎn)生摩擦部分產(chǎn)生摩擦，這部分切削層在，這部分切削層在OB，BC，CD段的擠壓和摩擦后，段的擠壓和摩擦后，形成了已加工表面形成了已加工表面的加工質(zhì)量。的加工質(zhì)量。所以說第三變形區(qū)對工件加工表面所以說第

5、三變形區(qū)對工件加工表面質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。v2積屑瘤的形成及對加工影響積屑瘤的形成及對加工影響概念概念：v在一定的切削速度和保持連續(xù)切削的情況下，在一定的切削速度和保持連續(xù)切削的情況下，加工加工塑性材料塑性材料時，在刀具前刀面常常粘結(jié)一時，在刀具前刀面常常粘結(jié)一塊剖面呈三角狀的硬塊，這塊金屬被稱為塊剖面呈三角狀的硬塊，這塊金屬被稱為積積屑瘤屑瘤。 積屑瘤的積屑瘤的成因成因：當(dāng)金屬切削層從終滑移面：當(dāng)金屬切削層從終滑移面流出時，受到流出時，受到刀具前刀面的擠壓和摩擦刀具前刀面的擠壓和摩擦，切屑，切屑與刀具前刀面接觸面溫度升高，擠壓力和溫度與刀具前刀面接觸面溫度升高，擠壓力和溫度達(dá)

6、到一定的程度時，就達(dá)到一定的程度時，就產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，也就是，也就是常說的常說的“冷焊冷焊”。切屑流過與刀具粘附的底層。切屑流過與刀具粘附的底層時，產(chǎn)生內(nèi)摩擦，這時底層上面金屬出現(xiàn)加工時，產(chǎn)生內(nèi)摩擦，這時底層上面金屬出現(xiàn)加工硬化，并與底層粘附在一起，逐漸長大，成為硬化，并與底層粘附在一起，逐漸長大，成為積屑瘤，如圖積屑瘤，如圖2-9所示。所示。 積屑瘤的產(chǎn)生與不但與材料的加工硬化有關(guān)，積屑瘤的產(chǎn)生與不但與材料的加工硬化有關(guān)，而且也與刀刃前區(qū)的溫度和壓力有關(guān)。而且也與刀刃前區(qū)的溫度和壓力有關(guān)。 v積屑瘤對金屬切削過程產(chǎn)生的影響積屑瘤對金屬切削過程產(chǎn)生的影響 ：v（1）實際刀具前角增大）

7、實際刀具前角增大v（2）實際切削厚度增大）實際切削厚度增大v（3）加工后表面粗糙度增大）加工后表面粗糙度增大v（4）切削刀具的耐用度降低）切削刀具的耐用度降低 （1）實際刀具前角增大）實際刀具前角增大v刀具前角刀具前角o指前刀面與基面之間的夾角，其指前刀面與基面之間的夾角，其概念將在后節(jié)詳細(xì)論述。如圖所示，由于積概念將在后節(jié)詳細(xì)論述。如圖所示，由于積屑瘤的粘附，刀具前角增大了一個屑瘤的粘附，刀具前角增大了一個b角度，角度，如把切屑瘤看成是刀具一部分的話，無疑實如把切屑瘤看成是刀具一部分的話，無疑實際刀具前角增大際刀具前角增大,現(xiàn)為現(xiàn)為o b 。v刀具前角增大可減小切削力，對切削過程有刀具前角增

8、大可減小切削力，對切削過程有積極的作用。而且，切削瘤的高度積極的作用。而且，切削瘤的高度Hb 越大，越大，實際刀具前角也越大，切削更容易。實際刀具前角也越大，切削更容易。（2）實際切削厚度增大）實際切削厚度增大v由圖由圖2-9可以看出，當(dāng)切削瘤存可以看出，當(dāng)切削瘤存在時，實際的金屬切削層厚度在時，實際的金屬切削層厚度比無切削瘤時增加了一個比無切削瘤時增加了一個hD，顯然，這對工件切削尺寸的控顯然，這對工件切削尺寸的控制是不利的。值得注意的是，制是不利的。值得注意的是，這個厚度這個厚度hD的增加并不是固的增加并不是固定的定的，因為切削瘤在不停變化，因為切削瘤在不停變化，它是一個產(chǎn)生，長大，最后脫

9、它是一個產(chǎn)生，長大，最后脫落的周期性變化過程，這樣可落的周期性變化過程，這樣可能在加工中產(chǎn)生能在加工中產(chǎn)生振動。振動。（3）加工后表面粗糙度增大）加工后表面粗糙度增大v積屑瘤的變化不但是整體，而且積屑瘤本身積屑瘤的變化不但是整體，而且積屑瘤本身也有一個變化過程。也有一個變化過程。積屑瘤的底部積屑瘤的底部一般比較一般比較穩(wěn)定穩(wěn)定，而它的，而它的頂部極不穩(wěn)定，經(jīng)常會破裂頂部極不穩(wěn)定，經(jīng)常會破裂，然后再形成。然后再形成。v破裂破裂的一部分隨切屑的一部分隨切屑排除排除，另一部分留在加另一部分留在加工表面上，工表面上，使加工表面變得非常使加工表面變得非常粗糙粗糙?？梢??？梢钥闯?，如果想提高表面加工質(zhì)量，

10、必須控制看出，如果想提高表面加工質(zhì)量，必須控制積屑瘤的發(fā)生。積屑瘤的發(fā)生。（4）切削刀具的耐用度降低）切削刀具的耐用度降低v從積屑瘤在刀具上的粘附來看，積屑瘤應(yīng)該從積屑瘤在刀具上的粘附來看，積屑瘤應(yīng)該對刀具有保護作用，它代替刀具切削，對刀具有保護作用，它代替刀具切削，減少減少了刀具磨損了刀具磨損。v積屑瘤的粘附是不穩(wěn)定的，它會周期性的從積屑瘤的粘附是不穩(wěn)定的，它會周期性的從刀具上脫落，當(dāng)它脫落時，可能使刀具上脫落，當(dāng)它脫落時，可能使刀具表面刀具表面金屬剝落金屬剝落，從而，從而使刀具磨損加大使刀具磨損加大。對于硬質(zhì)。對于硬質(zhì)合金刀具這一點表現(xiàn)尤為明顯。合金刀具這一點表現(xiàn)尤為明顯。問題v某工廠車工

11、師傅在粗加工一件零件時，他采某工廠車工師傅在粗加工一件零件時，他采用了在刀具上產(chǎn)生積屑瘤的加工方法，而在用了在刀具上產(chǎn)生積屑瘤的加工方法，而在精加工時，他又努力避免積屑瘤的產(chǎn)生，請精加工時，他又努力避免積屑瘤的產(chǎn)生，請問這是為什么？在防止積屑瘤方面，你認(rèn)為問這是為什么？在防止積屑瘤方面，你認(rèn)為能用哪些方法。能用哪些方法。回答v1、根據(jù)本節(jié)積屑瘤對加工的影響分析可知，積屑、根據(jù)本節(jié)積屑瘤對加工的影響分析可知，積屑瘤能增大刀具實際前角，使瘤能增大刀具實際前角，使切削更容易切削更容易，所以這位，所以這位師傅在粗加工時采用了利用積屑瘤的加工方法，師傅在粗加工時采用了利用積屑瘤的加工方法，v2、積屑瘤很

12、不穩(wěn)定積屑瘤很不穩(wěn)定，它會周期性地脫落，這就造，它會周期性地脫落，這就造成了刀具實際切削厚度在變化，成了刀具實際切削厚度在變化，影響零件的加工尺影響零件的加工尺寸精度。寸精度。v3、積屑瘤的剝落和形狀的不規(guī)則積屑瘤的剝落和形狀的不規(guī)則又使零件加工表又使零件加工表面變得面變得非常粗糙非常粗糙，影響零件表面光潔度。所以在精，影響零件表面光潔度。所以在精加工階段，這位師傅又努力避免積屑瘤的發(fā)生。加工階段，這位師傅又努力避免積屑瘤的發(fā)生。避免積屑瘤的發(fā)生的措施避免積屑瘤的發(fā)生的措施v、首先從加工前的熱處理工藝階段解決。通過熱處理，、首先從加工前的熱處理工藝階段解決。通過熱處理，提高提高零件零件材料材料

13、的的硬度硬度，降低降低材料的材料的加工硬化加工硬化。v、調(diào)整、調(diào)整刀具刀具角度，角度，增大前角，增大前角，從而減小切屑對刀具前從而減小切屑對刀具前刀面的壓力。刀面的壓力。v、調(diào)低調(diào)低切削速度切削速度，使切削層與刀具前刀面接觸面使切削層與刀具前刀面接觸面溫度溫度降低，避免粘結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生。降低，避免粘結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生?；虿捎没虿捎幂^高的切削速度，較高的切削速度，增加切削溫度，因為增加切削溫度，因為溫度高到一定程度，溫度高到一定程度，積屑瘤也不會積屑瘤也不會發(fā)生。發(fā)生。v、更換、更換切削液切削液，采用潤滑性能更好的切削液，減少切，采用潤滑性能更好的切削液，減少切削摩擦。削摩擦。2.1.3 影響切削變形的

14、因素影響切削變形的因素v1工件材料工件材料v2刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù) v3切削速度切削速度v4切削厚度切削厚度1工件材料工件材料v通過試驗，可以發(fā)通過試驗，可以發(fā)現(xiàn)工件材料強度和現(xiàn)工件材料強度和切屑變形有密切的切屑變形有密切的關(guān)系。關(guān)系。v從圖可以看出，隨從圖可以看出，隨著工件材料強度的著工件材料強度的增大，切屑的變形增大，切屑的變形越來越小。越來越小。 變形系數(shù)材料強度圖圖2-10 材料強度對變形系數(shù)的影響材料強度對變形系數(shù)的影響 2刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)v由由圖圖2-7可以看到，當(dāng)可以看到，當(dāng)?shù)毒叩毒咔敖乔敖荗增大時，沿刀面流出的金屬切增大時，沿刀面流出的金屬切削層將比較平緩的流出，金

15、屬切削層將比較平緩的流出，金屬切屑的變形也會變小。屑的變形也會變小。v通過對通過對高速鋼刀具高速鋼刀具所作的切削試所作的切削試驗也證明了這一點。在同樣的切驗也證明了這一點。在同樣的切削速度下，刀具前角削速度下，刀具前角O愈大，材愈大，材料變形系數(shù)愈小。料變形系數(shù)愈小。v刀尖圓弧半徑對切削變形也有影刀尖圓弧半徑對切削變形也有影響，響，刀尖刀尖圓弧半徑圓弧半徑越大越大，表明刀，表明刀尖越鈍，對加工表面擠壓也越大，尖越鈍，對加工表面擠壓也越大，表面的切削變形也越大表面的切削變形也越大。3、切削速度、切削速度v由圖由圖2-11可以看出，隨切削速度變化的材料變形可以看出，隨切削速度變化的材料變形系數(shù)曲線

16、系數(shù)曲線并不是一直遞減并不是一直遞減，而是在某一段有一個，而是在某一段有一個波峰，這實際是積屑瘤產(chǎn)生的影響。所以切削速波峰，這實際是積屑瘤產(chǎn)生的影響。所以切削速度對材料變形的影響分為兩個段，一個是積屑瘤度對材料變形的影響分為兩個段，一個是積屑瘤這一段，另一個是無積屑瘤段。這一段，另一個是無積屑瘤段。 積屑瘤段情況積屑瘤段情況v切削速度對切屑變形的影響主要是通過積屑瘤對切屑變形的影切削速度對切屑變形的影響主要是通過積屑瘤對切屑變形的影響來實現(xiàn)的。響來實現(xiàn)的。v在在積屑瘤增長積屑瘤增長階段，積屑瘤隨著切削速度的增大而增大，積屑階段，積屑瘤隨著切削速度的增大而增大，積屑瘤越大，瘤越大，實際刀具前角也

17、越大實際刀具前角也越大，切屑的變形相對減少切屑的變形相對減少，所以在，所以在此階段，切削速度增加時，材料變形系數(shù)此階段，切削速度增加時，材料變形系數(shù)也減少。也減少。v隨著速度的增加，積屑瘤增大到一定程度又會消退，在隨著速度的增加，積屑瘤增大到一定程度又會消退，在消退階消退階段，積屑瘤隨著切削速度的增加而減小，段，積屑瘤隨著切削速度的增加而減小，同時，同時，實際刀具前角實際刀具前角也減小，材料的變形將增大，也減小，材料的變形將增大，在積屑瘤完全消退時，材料變形在積屑瘤完全消退時，材料變形將最大。將最大。 在無積屑瘤段在無積屑瘤段v材料變形系數(shù)是隨著材料變形系數(shù)是隨著切削速度切削速度的增加而減小。的增加而減小。主要主要是因為是因為塑性變形的傳播速度比彈性變形的慢塑性變形的傳播速度比彈性變形的慢，速度，速度低時，金屬始剪切面為低時，金屬始剪切面為OA，當(dāng)速度增大到一定值，當(dāng)速度增大到一定值時，金屬流動速度大于塑性變形速度，時，金屬流動速度大于塑性變形速度，在在OA面金面金屬并未充分