金属切削原理与刀具

金属切削原理与刀具机械科郑力群3.1切屑的形成及积屑瘤与加工硬化Ⅰ.导入思考•慢镜头回放：刀具切削工件的过程3.1切屑的形成及积屑瘤与加工硬化Ⅱ.新课讲解一.切削时的变形区•1.第一变形区刀尖与切削层的挤压。•晶粒：挤压——滑移——裂痕——形成切屑•变形过程：弹变——塑变——挤裂——切离•2.第二变形区：切屑与前刀面的挤压。•变形：切屑卷曲而出摩擦•3.第三变形区：工件已加工面与刀具主后刀面的挤压。•变形：工件已加工面的加工硬化现象二.切屑的种类•1.带状切屑(BandingChip)•（1）产生原因塑性较好的材料•VC↑，f↓,精加工•γo↑•（2）变形过程：弹变--塑变--切离•（3）对切削加工的影响：切削力波动小，切削过程平稳•已加工表面Ra↓。需采取卷屑、断屑措施二.切屑的种类•2.挤裂（节状）切屑•(NodeChip)•（1）产生原因：塑性较差的材料•VC↓，γo↓，粗加工•hD↑f↑，кr↑•（2）变形过程：弹变--塑变--挤裂--切离•（3）对切削加工的影响：切削力有波动，切削过程不平稳•已加工表面Ra↑•（4）改善措施：VC↑，f↓,γo↑•切屑可由挤裂切屑变为带状切屑。二.切屑的种类•3.崩碎切屑(RuptureChip)••（1）产生原因：脆性材料•VC↓,f↑•γo↓•（2）变形过程：弹变--挤裂--切离•（3）对切削加工的影响：切削力波动大，切削过程不平稳•已加工表面Ra↑↑•（4）改善措施：VC↑，f↓,γo↑•切削加工时，不能使用切削液二.切屑的种类•各种类型的切屑三.切削变形系数•经过滑移变形后形成的切屑，其外形尺寸较原来的切削层尺寸长度变短而厚度增加，这种切屑变形现象称为切屑收缩。切屑收缩的程度可用切屑变形系数ζ表示。•ζ值的大小能直观地反映切屑的变形程度，ζ越大，表示切屑越厚而短，切屑变形就越大，否则反之。三.切削变形系数•1.第一变形区：•这一区域是由靠近切削刃的OA线处开始发生塑性变形，到OM线处的剪切滑移基本完成。当切削层受到锲形刀具的挤压和刃口的切割时，在刃口处与母体分离，改变运动方向，沿刀具前刀面流出。这时在切削层内部必然发生很大的弹性变形和塑性变形。当塑性变形超过金属的极限强度，金属就断裂下来形成切屑。•所以第一变形区的主要特征就是沿•滑移线的剪切变形以及随之产生的•加工硬化。三.切削变形系数•2.第二变形区：•与前刀面相接触的附近区域，切屑沿前刀面排出，进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使其底层长度大于外层长度，因而发生卷曲。塑性变形越大，卷曲也越厉害，最后切屑离开前刀面，变形结束。从力学角度来看，刀具前刀面的压力对切屑产生一个弯矩，迫使切屑卷曲，因此切屑的卷曲是和前刀面的挤压有关的。三.切削变形系数•3.第三变形区：•这是已加工表面靠近切削刃处的区域，这一区域内的金属受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压，摩擦与回弹，造成加工硬化。四.积屑瘤•1.形成(Formation)•(1)第二变形区•(2)摩擦与滞留•(3)摩擦力分子间的结合力四.积屑瘤•2.影响(Generation)•(1)保护刀刃：代替刀刃进行切削，减小其磨损•(2)γo↑：减小切屑变形与切削力•(3)积屑瘤时有时无，时大时小•(4)aP变，影响尺寸精度•(5)γo变，切削力变，易引起切削振动四.积屑瘤•3.产生条件(Generation)•(1)工件材料:塑性材料•改善措施：对材料进行正火、调质处理•(2)切削速度•(M/min)•1)低速（Vc5）•2)高速（Vc80-100）•3)中速(Vc=5-50)•4)Vc=20-30M/min,为积屑瘤高发区•改善措施：1.调整切削速度，尽量避免中速•2.降低摩擦（γo↑，↓前刀面Ra值，加切削液）四.积屑瘤•（3）刀具前角•小前角比大前角容易产生积屑瘤•改善措施：前角40°-50°一般不产生积屑瘤•（4）刀具表面粗糙度•降低粗糙度•（5）切削液•切削液中含有活性物质，能迅速渗入加工表面和刀具之间，减少切屑跟刀具前面的摩擦，并能降低切削温度，所以不易产生积屑瘤。五.加工硬化•（一）形成•刀具的刃口不是绝对锋利的。在切削过程中，在第三变形区有一薄金属层不能延第三变形区滑移，经过切削刃钝圆部分和后刀面磨损棱面的挤压、摩擦和弹性恢复，留在已加工表面上，产生塑性变形，造成纤维化与加工硬化。其硬度是原来工件材料硬度的1.8-2倍。变形程度越大，则已加工表面硬化程度越高，硬化层的深度也越深。五.加工硬化•（二）加工硬化对加工的影响•在冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的所有强度指标和硬度都有所提高，但塑性和韧性有所下降。利用冷变形强化可提高金属的强度和硬度。缺点：塑性加工生产中，冷变形强化给金属继续进行塑性变形带来困难，应加以消除。3.1切屑的形成及积屑瘤与加工硬化Ⅲ.小结小结•一.切削时的变形区•二.切屑的种类•三．切削变形系数•四．积屑瘤•五．加工硬化谢谢