1、1.3金屬切削過程,金屬切削過程是由擠壓而產生的剪切過程。 這是俄國學者在1870年定義的 在這個過程中會產生切屑，積屑瘤，切削力，加工硬化和刀具磨損等物理現象。,1.3.1切削過程及切屑種類,1.切屑形成過程 切屑的形成過程是工件受到刀具的擠壓而產生彈性變形，塑性變形，斷裂的過程。 脆性材料，如鑄鐵，則產生彈性變形，崩碎，無塑性變形。如圖：,A,B,C,D,A,D,C,A,D,B,C,A,D,B,C,A,D,滑移面AB，CD等與作用力P的方向大致呈45左右角度。 AB，CD兩側還會產生一系列滑移面。,前角為零的刀具切削鑄鐵,ap,正前角刀具切削塑性金屬,M-O為剪切平面 Lc 切削層長度 剪

2、切角,2.切屑的種類,切屑的種類主要有以下四種類型：帶狀切屑；擠裂切屑（節(jié)狀切屑）；單元切屑；崩碎切屑。 前三者為切削塑性材料的切屑；最后一種為切削脆性材料的切屑。,(1)帶狀切屑,最常見的一種切屑。內表面光滑，外表面毛茸。加工塑性材料，切削厚度小，切削速度較高，刀具前角較大。切削力波動小，表面粗糙度值小。,(2)擠裂切屑(節(jié)狀切屑),外表面呈鋸齒形，內表面有時有裂紋。這種切屑大部分在切削速度較低，切削厚度較大，刀具前角較小時產生。,(3)單元切屑,在擠裂切屑的剪切面上，裂紋擴展到整個面上，則整個單元被切離，成為梯形單元切屑。 如果改變擠裂切屑條件，進一步減小前角，減低切削速度，或加大切削厚度

3、，就可以得到單元切屑；反之則可以得到帶狀切屑。,(4)崩碎切屑,這是屬于脆性材料的切屑(加工灰鑄鐵、脆鋼) 塑性變形很不充分，即突然崩裂而成為小塊或粉末狀切屑。,1.3.2積屑瘤Built-Up Edge,1.積屑瘤的形成 在切削區(qū)，金屬材料層受到強烈的擠壓和摩擦，正壓力和摩擦系數的乘積，即內摩擦力大于金屬材料的剪切強度，切屑底部一部分金屬就撕裂下來粘接在刀尖附近的表面上，逐漸積成積屑瘤。,(1)積屑瘤特征,1)硬度高于被切金屬，可以代替刀刃工作。 2)積屑瘤時高時低，時有時無，不穩(wěn)定。 粗加工時，可以有積屑瘤，精加工時，不允許有積屑瘤。,(2)生成條件,1)外摩擦力（正壓力產生） 2)材料性

4、質（塑性材料） 3)刀-屑間接觸溫度 a.切削溫度很高，不產生積屑瘤，切屑底部液化，軟化。 b.切削溫度很低，也不產生積屑瘤，粘性小，脆性大。,2.積屑瘤對切削加工的影響,(1)實際前角增大 切削力減小 (2)增大切削厚度 產生-脫落-振動 (3)使表面粗糙度增大 精加工時須設法避免或減小積屑瘤。,ap,3.影響積屑瘤的因素,(1)工件材料 塑性大，就產生積屑瘤。 (2)切削速度 速度高，切削溫度就增加，不產生積屑瘤。 速度適當，就產生積屑瘤。 速度低，切削溫度低，不產生積屑瘤。,4.防止積屑瘤的方法,(1)降低切削速度，使溫度較低。 (2)采用高速切削，使溫度高于積屑瘤消失的相應溫度。 (3

5、)增加刀具前角，減小正壓力。 (4)采用適當的切削液，減小摩擦。 (5)采用適當的熱處理方法，減小工件的塑性。例如，對低碳鋼正火處理。,1.3.3切削力,1.切削力 (1)切削力的來源 1)克服被加工材料對彈性變形的抗力。 2)克服被加工材料對塑性變形的抗力。 3)克服切屑對刀具前刀面的摩擦力Fr和刀具后刀面對加工表面及已加工表面的摩擦力Ffa。,切削力的來源,Ffa,Fr,彈性壓力,彈性壓力,塑性壓力,塑性壓力,(2)切削力的分解及影響,1)主切削力(切向力)Fz 切于加工表面并與基面垂直。 Fz是主切削力，占總切削力的8090%，是計算刀具強度，確定機床功率所必需的。 2)進給抗力(軸向力

6、，走刀力)Fx 于基面內，與工件軸線平行，與走刀方向相反。 3)切深抗力(背向力，徑向力，吃刀抗力)Fy 于基面內，與工件軸線垂直。 總切削力：,切削力的分解,主切削力,進給抗力,切深抗力,總切削力,計算切削力的經驗公式分兩類：指數公式；按單位切削力計算。 (1)指數公式 CFZ 取決于工件材料，刀具材料和切削條件 KFZ 修正系數 (2)單位切削力p 單位切削面積上的主切削力 N/m p的數值可以從有關切削手冊中查出,2.切削力與切削功率的計算,(3)切削功率Pm,第二項是消耗在進給運動中的功率，小于1%2%，可以略去，所以：,3.影響切削力的因素,(1)工件材料 塑性增加，切削力增加。 硬

7、度增加，切削力增加，單位功率消耗增加。 在鋼中加進一些硫或鉛時，可以降低其摩擦系數，從而使切削力降低。 (2)切削用量 1)切削深度ap增大一倍，切削力也增大一倍 （高速鋼，硬質合金）,ap,切削力,2)進給量f增大，切削力也相應增大，但不如切削深度增加得快。 3)切削速度 小于50m/min切削力變化，大于50m/min切削速度增加，切削力下降。,切削力,f,20 50,V m/min,切削力,積屑瘤消失,積屑瘤最高,變化,減小,(3)刀具角度,1)前角增加，切削力減小。 2)后角增加，切削力減小。 3)主偏角kr增加，主切削力Fz減小，進給力Fx增加，切深抗力Fy減小。,908070605

8、040,-20 -10 0 10 20 30,切削力,0,Fz,Fy,Fx,主偏角Kr,切削力,4)刃傾角對主切削力Fz沒有什么影響，但對切深抗力Fy和進給力Fx影響較大。 (4)切削液 金屬切削時如果能合理選用冷卻潤滑液，可降低切削力3%25%。,-10 0 +10,Fz,Fy,Fx,刃傾角s,切削力,1.3.4切削熱和切削溫度,1.切削熱的來源與傳散 (1)切削熱的來源 1)被切的金屬在刀具的作用下，發(fā)生彈性和塑性變形而耗功，這是切削熱的一個重要來源。 2)切屑與前刀面之間的摩擦也要耗功，產生大量的熱量。 3)工件與后刀面之間的摩擦。,切削熱的來源,三個發(fā)熱區(qū)： 剪切面； 切屑與前刀面接觸

9、區(qū)； 后刀面與加工表面接觸區(qū)。,總切削熱,千卡/分 Fz的單位kg, v的單位m/min,(2)切削熱的傳散,切削區(qū)域的熱量由切屑、工件、刀具和周圍介質傳出。,2.切削溫度及其影響因素,(1)切削溫度分布 工件，切屑和刀具上各點的溫度分布，就是溫度場。切削時的溫度場對刀具磨損的部位，工件材料性能的變化，已加工表面質量都有很大的影響。 切屑平均溫度： 銀白色：200以下；淡黃色：220左右； 深藍色：300；淡灰色：400； 紫黑色：500。,刀具上各點的溫度分布,800,700,600,(2)影響因素,1)切削用量 切削速度增加，切削溫度上升；進給量增加，切削溫度有所增加；切削深度增加，對切削溫度影響較小。 例如：刀具為高