文档介绍：金属切削***第3章
第3章金属切削过程
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。在切削过程中,工件受到***的推挤,通常会产生变形,形成切屑。伴随着切屑的形成,将产生切削力、切削热、***磨损、积屑瘤和加工硬化等现象,这些现象将影响到工件的加工质量和生产效率等,因此,有必要对其变形过程加以研究,找到其规律,以便提高加工质量和生产效率。
切屑的形成
金属切削过程的变形
切屑是金属切削过程中切削层经过***的作用而形成的,金属切削过程的一切物理变化和化学变化都是因为形成切屑而引起的。所以了解金属切屑的形成过程,对理解切削规律及其本质是非常重要的。下面以塑性金属材料为例,来说明金属切削过程变形区的划分和切屑的形成过程。
在金属切削过程中,切削层金属受***前面挤压要产生一系列变形,通常将其划分为三个变形区,如图3-1所示。
图3-1 金属切削过程三个变形区的示意图
1)第一变形区
图3-1中Ⅰ(AOM)为第一变形区。在第一变形区内,当***和工件开始接触时,工件材料内部产生切应力和弹性变形,随着切削刃和前面对工件材料的挤压作用加强,工件材料内部的切应力和弹性变形逐渐增大,
当切应力达到工件材料的屈服强度时,工件材料将沿着与走刀方向成45o的剪切面滑移,即产生塑性变形。当切应力超过工件材料的屈服强度极限时,切削层金属便与工件材料基体分离,从而形成切屑沿前面流出。由此可以看出,第一变形区变形的主要特征是沿滑移面的剪切变形,以及随之产生的加工硬化。
实验证明,在一般切削速度下,~ mm,切削速度越高,其宽度越小,故它可看成一个平面,即剪切面OM。这种单一的剪切面切削模型虽不能完全反映塑性变形的本质,但简单实用,因而在切削理论研究和实践中应用较广。
2)第二变形区
图3-1中Ⅱ为第二变形区。切屑底层(与前面接触层)在沿前面流动过程中受到前面的进一步挤压与摩擦,使靠近前面处的切削层金属纤维化,即产生了第二次变形,其变形方向基本上与前面平行。
3)第三变形区
图3-1中Ⅲ为第三变形区。***后面与已加工表面间的挤压和摩擦,产生以加工硬化和残余应力为特征的滑移变形,使已加工表面产生变形,造成纤维化和加工硬化,构成了第三 1
变形区。此变形区位于后面与已加工表面之间。
完整的金属切削过程包括上述三个变形区,它们汇集在切削刃附近。该处的应力比较集中而且复杂,切削层就在该处与工件材料分离,一部分变成切屑,另外很小一部分留在已加工表面上。这三个变形区互有影响,密切相关。
切屑是被切材料受到***前面的推挤,沿着某一斜面剪切滑移形成的。金属切削过程是切削层受到前面的挤压后,产生剪切滑移为主的塑性变形而形成为切屑的过程。如图3-2所示,切屑形成是在第一变形区内完成的,当切削层材料移近OA面时,切削层在正压力FN与摩擦力Ff的合力Fr作用下产生弹性变形,进入OA面后则产生塑性变形,。
图3-2(a)中以质点P为例,进入OA面后,由点1剪切滑移至点2;由点2继续移至点3,再由点3继续滑移至点4。随着质点P的移动,剪切滑移量和切应力逐渐增大。达到OE面时,质点P滑移至点10,此时,剪应力最大,剪切滑移结束,切削层被***切离,形成了切屑。通常OA面称为始滑移面,OE面称为终滑移面,两个滑移面间很窄,故剪切滑移时间很短、形成切屑时间极快。
图3-2(b)中第一变形区可用一个剪切平面Psh(OM)表示。剪切平面Psh与合力Fr间夹角为45°,剪切平面Psh与切削速度vc的方向夹角为剪切角φ。
(a) (b)
图3-2 切屑形成过程及材料切削受力情况
切屑的形态
由于工件材料性质和切削条件不同,切削层变形程度也不同,因而产生的切屑形态也多种多样,归纳起来主要包括带状切屑、节状切屑、粒状切屑和崩碎切屑四种类型,如图
3-3所示。
2
(a)带状切屑(b)节状切屑(c)粒状切屑(d)崩碎切屑
图3-3 切屑形态
图3-3(a)为带状切屑。切屑延续成较长的带状,这是一种最常见的切屑形态。一般情况下,当加工的塑性材料(如软钢、铜、铝等)切削厚度较小,切削速度较高,***前角较大时,往往会得到带状切屑。此类切屑底层表面光滑,上层表面毛茸。形成此类切屑时,切削过程比较平稳,切削力波动较小,加工表面质量高,但形成时要注意加以处理(如断屑、排屑),以免对工作环境和工人安全造成危害。
图3-3(b)为节状切屑,又称为挤裂切屑。此类切屑的底层仍较光滑,有时有