第3章 金属切剂过程的基本规律及典应用 本章主要介绍以下内容： 1、金属切削过程基本规律 2、金属切削过程基本规律的应用 课时分配：1，三个学时，2，三个学时 重点：金属切削过程的基本概念 难点：金属切削过程基本规律的应用 金属切削过程是机械制造过程的一个重要组成部分。金属切削过程是指将工件上多余的 金属层，通过切削加工被刀具切除而形成切屑并获得几何形状、尺寸精度和表面粗糙度都符 合要求的零件的过程。在这一过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾， 从而产尘一系列现象，切削变形、切削力、切削热与切削温度以及有关刀具的磨损与刀具 寿命、卷屑与断屑等。对这些现象进行研究，揭示共内在的机理，探索和掌屋金属切削过程 的基本规律，从而主动地加以有效的控制，对保证加工精度和表面质量，提高切削效率，降 低生产成本和劳动强度具有「分重大的意义。总之，金属切削过程的优劣，直接影响机械加 工的质量、生产率与生产成本。因此，必须进行深入的研究。 3.1金属切削层的变形 一、切屑形成过程及变形区的划分（见P19) 1、切削变形金属的切削过程与金属的挤压过程很相似。金属材料受到刀具的作用以后， 开始产生弹性变形：着刀具继续切入，金属内部的应力、应变继续加大，当达到材料的屈 服点时，开始产生塑性变形，并使金属品格产生滑移：刀具再继续前进，应力进而达到材料 的断裂强度，便会产生挤裂。 2、变形区的划分大量的实验和理论分析证明，塑性金属切削过程中切屑的形成过程就是 切削层金属的变形过程。切削层的金属变形大致划分为三个变形区：第一变形区（剪切滑移）、 第二变形区（纤维化）、第三变形区（纤维化与加工硬化）。 3、切屑的形成及变形特点（见P20) 1)第一变形区（近切削刃处切削层内产生的塑性变形区）金属的剪切滑移变形
切削层受刀具的作用，经过第一变形区的塑性变形后形成切屑。切削层受刀具前刀面与 切削刃的挤压作用，使近切削刃处的金属先产生弹性变形，继而塑性变形，并同时使金属品 格产生滑移。 在下图中，切削层上各点移动企AC线均开始滑移、离开AE线终止滑移，在沿切削宽度 范围内，称AC是始滑移面，AE是终滑移面。AC、AE之间为第一变形区。山于切屑形成时 应变速度很快、时间极短，故AC、AE面相距很近，一般约为0.02一0.2mm,所以常用AB 滑移面来表示第一变形区，AB面亦称为剪切面。 剪切面AB与切削速度Vc之间的夹角p称为剪切角。作用力下r与切削速度Vc之间的 夹角ω称为作用角。 N (a) (b) 图2.2切屑形成过程 (a)质点滑移过程；(6)切屑形成棋型 第一变形区就是形成切屑的变形区，其变形特点是切削层产生剪切滑移变形。 2)第二变形区（与前刀面接触的切屑层产生的变形区）内金属的挤压磨擦变形 经过第一变形区后，形成的切屑要沿前刀面方向排出，还必须克服刀具前刀面对切屑挤 压而产生的摩擦力。此时将产生挤压摩擦变形。 应该指出，第一变形区与第二变形区是相互关联的。前刀面上的摩擦力大时，切屑排出 不顺，挤压变形加制，以致第一变形区的剪切滑移变形增大。 3)第三变形区（近切削刃处已加工表面内产生的变形区）金属的挤压磨擦变形 已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压摩擦，造成纤维化和加工硬化。 二、切削变形程度的度量方法 1、相对滑移e 相对滑移ε是用来量度第1变形区滑移变形的程度。右图，设切削层中A'B线沿剪
切面滑移A”B”时的距离为△y,事实上△y很小，故可认为滑移是在剪切面上进行，其滑 移量为△s。则相对滑移e表示为： E= =8r大E-cg十ang-W Ay △y B 图2.4相对滑移 1、变形系数∧h 变形系数个是表示切屑的外形尺寸变化大小的一个参数。右图所示，切屑经过剪切 变形、又受到前刀面摩擦后，与切削层比较，它的长度缩短、厚度增加，这种切屑外形尺 变化的变形现象称为切屑的收缩。 变形系数个h表示切屑收缩的程度，即 -然>1 式中、h如一切削层长度和厚度； lh,h一切屑长度和厚度
h B 图2.5切屑的收缩 从上图可知，剪切角p变化对切屑收缩的影响，p增大剪切面AB减短，切屑厚度hch 减小，故八h变小。它们之间的关系下： 4= =ABcos() ho ABsing =cotqeos7,十sinY, 从上面两个公式可知，剪切角p与前角Y。是影响切削变形的两个主要因素。果增大 前角y。和剪切角p,使相对滑移e、变形系数∧h减小，则切削变形减小。 注意：山于切削过程是一个非常复杂的物理过程，切削变形除了产生滑移变形外，还有 挤压、摩擦等作用，而ε值主要从剪切变形考虑：而∧h主要从塑性压缩方面分析。所以， e与个h都只能近似地表示切削变形程度。 三、剪切角的确定 剪切角p是影响切削变形的一个重要因素。若能预测剪切角的值，则对了解与控制 切削变形具有重要意义。为此，许多学者进行了大量研究，并推荐了若干剪切角p的计算式
其中，按最少能量原则来确定剪切 45°+ 角P的计算式为： 2 按最大剪应力的理论，求出剪切角 +Y。-B p计算式为： 从上面公式可看出：p与Y。、B有关。增大前角Y。、减小摩擦角B,使剪切角0增大， 切削变形减小，这一规律已被普遍用于生产实践中。 从上面公式也可看出：第2变形区产生的摩擦对第1变形区剪切变形的影响规律。 四、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响（见P24) 在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常 在前刀面处粘着一块剂面有时呈二角状的硬块。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤（或 刀瘤)。它的硬度很高，通常是工件材料的2一3倍，在处于比较稳定的状念时，能够代替刀 刃进行切削。 1、积屑瘤是如何形成的？ 1)切屑对前刀面接触处的摩擦，使前刀面「分洁净。 2)当两者的接触面达到一定温度同时压力又较高时，会产生粘结现象，即一般所谓的“冷 焊”。切屑从粘在刀面的底层上流过，形成“内摩擦”。 3)果温度与压力适当，底层上面的金属因内摩擦而变形，也会发生加工硬化，而被阻滞 在底层，粘成一体。 4)这样粘结层就遂步长大，直到该处的温度与压力不足以造成粘附为止。 2、形成积屑瘤的条件： 主要决定于切削温度。此外，接触面间的压力、粗糙程度、粘结强度等因素都与形成积 屑瘤的条件有关。 1)一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤： 2)温度与压力太低，不会产尘积屑瘤：反之，温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑 瘤。 3)走刀量保持一定时，积屑瘤高度与切削速度有密切关系