第三章 金属切削的基本规律及应用(浙大)

4)．崩碎切屑 特点：不规则粒状 条件：脆性材料，拉应力超过 抗拉强度
以上是四种典型的切屑，但加工现场获 得的切屑，其形状是多种多样的。在现代 切削加工中，切削速度与金属切除率达到 了很高的水平，切削条件很恶劣，常常产 生大量“不可接受”的切屑。所谓切屑控 制（又称切屑处理，工厂中一般简称为 “断屑”），是指在切削加工中采取适当 的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断， 使形成“可接受”的良好屑形。
七、已加工表面变形和加工硬化
刀刃钝圆半径 rn 弹性恢复区CD
变形特征：
挤压、摩擦与回弹 金属进入第一变形区
时，晶粒因压缩而变长， 因剪切滑移而倾斜。 金属层接近刀刃时，晶粒更为伸长，成为包围在刀刃周围的 纤维层，最后在O点断裂。
已加工表面的金属纤维被拉伸的又细又长，纤维方向平行于 已加工表面，金属晶粒被破坏，发生了剧烈的塑性变形，产生 加工硬化，表面残余应力，称之为加工变质层。 经过严重塑性变形而使表 面层硬度增高的现象称为 加工硬化,亦称冷硬。 硬化程度的指标: •加工硬化程度N •硬化层深度△hD
H1 - H N = × 100 % H
H1是已加工表面显微硬度， H是金属材料基体显微硬度
减轻硬化程度的措施： 1)磨出锋利的切削刃 2)增大前角或后角 3)减小背吃刀量ap 4)合理选用切削液
八、影响切削变形的主要因素 1．加工材料 强度 、硬度 刀-屑面间正压力 、平均正 应力σ av F A υ = 45° - (β - γo ) μ = t anβ = f 1 = f 1 Fn(3-4) Af 1 1 则由：
一般内摩擦力约占总摩擦力的85%
(3-4)
六、积屑瘤 定义：冷焊在前刀面上的金属块。
六、积屑瘤
在速度不高切削塑性金 属形成带状切屑的情况 下，滞流层金属粘接 （冷焊）在前刀面上， 形成硬度很高的硬块 （2~3倍），称为积屑 瘤。

有在很低的切削速度时才存在峰点型接触；产生的 摩擦为外摩擦。而在一般切削速度或切削速度较高
时,由于刀屑的压力很大,可达1.96—2.94GPa (20型接触,所以刀一屑之
间的摩擦主要是内摩擦。当切屑快离开前
面时,才由于压力的减小使刀一屑的界面回到峰点 型接触的状态。据估计,在一般切削条件下,刀一屑 间内摩擦占全部摩擦力的85%.
（2）在积屑瘤形成后，刀具的实际前角将明显增 大，对减小切屑变形及降低切削力起了积极作用；
（3）对于积屑瘤突出于切削刃之外，使实际切削厚度
增大，形成“过切现象”，影响工件的尺寸精度； （4）积屑瘤高低不平，会在工件表面造成“犁沟”
现象，影响工件的表面粗糙度；
（5） 积屑瘤脱落的碎片会粘结或嵌入工件表面，
第三章 金属切削过程中的基本规律
§3-1 金属的切削过程 §3-2 切削力 §3-3 切削热与切削温度 §3-4 刀具磨损与刀具寿命
§3-1 金属的切削过程
金属切削过程是刀具从工件表面上切除金属余量， 获得符合要求的已加工表面的过程。在这个过程中将 产生许多物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损等， 这些均以切削过程中金属的弹、塑性变形为基础。而 生产实践中出现的积屑瘤、鳞刺、振动等问题，又都 同切削过程中的变形规律有关。因此，研究和掌握切 削过程中的基本规律，将有利于金属切削技术的发展， 对合理选择切削用量，提高生产效率，工件的加工质 量和降低生产成本都有重要的意义。
s in
45 随Φ增大，变形减小 0
切屑厚度压缩比 h可直观地反映出切屑变形的程度
和状况，且容易测量。但由于它表示的是切削层平均挤
压程度，而金属切削过程的实质是切削层的剪切滑移。 因此Λh只能粗略地反映出剪切变形的真实情况。

(三) 刀具几何参数影响
图3-19 前角对切削力的影响 加工条件：工件50钢、刀具P10(YT15)、 f=0.25mm/r、=20mm、 =100m/min
1. 前角γo
2. 主偏角κr
图3-20 主偏角对切削力的影响 a) 对切削力的影响 b) 对切削宽度的影响 加工条件：正火45钢、P10(YT15)、=15°、=6°～8°、 =10°～12°、=0.2mm、=3mm、f=0.3mm/r、=100m/min
结构钢 =650MPa 灰铸铁 190HBW
P10（YT1 5）
f≤0．3 f≤0．7
291 242 1898 158
0．15 0．15
0．20 0．35 0．20 0．40
0．20 0．20
K30（YG8） f≤0．4 f＞0．4
表3-4 硬质合金车刀纵车外圆公式中的系数、指数、修正系数值
修正系数 工 件 材 料 结构钢MPa ＞500~600 1．18 灰铸件HBW ＞160~180 1．15 主 偏 角 毛 坯 表 面 状 态 主偏角 结构钢 灰铸铁 无外皮 1 30 1．13 1．20 有外皮 棒料 0．9 锻件 0．8 铸件一般 0．8~0．85 铸件带砂 0．5~0．6 45 1 1 ＞600~700 1．0 ＞180~200 1．0 60 0．92 0．88 75 0．86 0．83 ＞700~800 0．87 ＞200~220 0．89 90 0．81 0．73
磨损量VC是因近刀尖处强度低、温度集中造成；中间磨损B区，除均匀磨 损量VB外，在其磨损严重处的最大磨损量为VBmax，这是因为摩擦和散热 差所致；边界磨损N区，切削刃与待加工表面交界处磨损量VN，这是由于
高温氧化和表面硬化层作用引起的。

切 屑 类 型
(3)第三变形区内金属的挤压摩擦变形 已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压摩擦，造 成纤维化与加工硬化。 1.2 切屑的类型 由于工件材料不同，切削条件不同，切削过程的变形也不 同，所形成的切屑多种多样。 通常将切屑分为四类： 带状切屑；挤裂切屑；单元切屑;崩碎切屑 (1)带状切屑 它是经过上述塑性变形过程形成的切屑,外形呈带状。切 削塑性较高的金属材料,例如碳素钢、合金钢、铜和铝合金时, 常出现这类切屑。
即在该处剪应力达到材料的屈服极限在1处继续移动到1处的过程中p点沿最大剪应力方向的剪切面上滑移至2处之后同理继续滑移至34处离开4处后就沿着前刀面方向流出而成为切屑上一个质在切削层上其余各点移动至oa线均开始滑移离开om线终止滑移在沿切削宽度范围内称oa是始滑移面om是终滑移面
内 容 提 要
本节提要: 金属切削过程是机械制造过程的一个重要组成部分。金属 切削过程的优劣,直接影响机械加工的质量、生产率与生产成 本。 主要内容： 1、分析了金属切削过程中产生切削变形、切削力、切削热与 切削温度、刀具磨损的原因及对切削过程的影响; 2、介绍金属切削过程中的基本规律，即切削变形、切削力、 切削热与切削温度、刀具磨损与刀具耐用度变化四大规律; 3、切削加工性，刀具几何参数以及切削用量的合理选用。
变 形 程 度 的 量 度 方 法
变形程度的量度方法 (1)相对滑移ε 相对滑移ε是用来量度第Ⅰ变形区滑移变形的程度。 如图，设切削层中OM线沿剪切面滑移至GP时的距离为△у， 事实上△у很小， 可认为滑移是在剪切面上进 行，滑移量为△s。相对滑移 ε表示为： DS NP NK KP MK MK Dy (1) 用相对滑移ε的大小能 比较真实地反映切削变形 程度。
切 削 变 形