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金属切削过程中的三个变形区
论文
金属切削过程中的三个变形区
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金属切削过程中的三个变形区
摘要：
金属切削过程是指道具与工件相互作用形成切届的过程，本文主要叙述了金属切削加工过程中的三个变形区的形成及相互联系，并分析了与这三个变形区有关的反映金属变形程度的相关参数，同时加以总结。
关键词：
金属切削，三个变形区，金属变形程度
Abstract：
theprocessofmetalcuttingreferstotoolsandtheworkpieceinteracttoformacuttingprocess,thispapermainlydescribestheprocessofmetalmachiningthreedeformationzonewasformedandinterconnected,andanalyzedandthethreedeformationzonerelatedtoreflecttheextentofmetaldistortionoftherelevantparameters,atthesametimetosumup.
Keywords：
metalcutting,threedeformationzone,extentofmetaldistortion引言
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届并获得几何形状、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,从而产生一系列现象，如切削变形、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，揭示其在的机理，探索和掌握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十分重大的意义。
总之，金属切削过程的优劣，直接彩响机核加工的质量、生产率与生产成本。
因此，必须进行深入的研究。
一、切屑形成过程及变形区的划分
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；虽着刀具继续切入，金属部的应力、应变继续加大，当达到材料的屈服点时，开始产生塑性变形，并使金属晶格产生滑移；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）。
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3、切屑的形成及变形特点
1）第一变形区（近切削刃处切削层产生的塑性变形区）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，并同时使金属晶格产生滑移。
在下图中，切削层上各点移动至AC线均开始滑移、离开AE线终止滑移，在沿切削宽度围，称AC是始滑移面，AE是终滑移面。
AC、AE之间为第一变形区。
由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—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之间的夹角称为剪切角。
作用力Fr与切削速度Vc之间的夹角3称为作用角。
图2・2切屑形成过程S）庾点楷鶴过程；帖）切卿般舷模型
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）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，挤压变形加剧，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。
已加工表而的形成过程
需要指出的是，由于刀刃有钝圆半径rb,整个切削层厚度sc中，将有一层金属Da无法沿0M方向滑移，而是从刀刃钝园部分0点下面挤压过去，即切削层金属在0点处分离为两部分。
二、切削变形程度的度量方法
1、相对滑移£
相对滑移£是用来呈度第1变形区滑移变形的程度。
如下图，设切削层中『B■线沿剪切面滑移至A"B"时的距离为△）「，事实上很小，故可认为滑移是在剪切面上进行，其滑移量为As。
则相对滑移e表示为：
图2.4相対滑移
2.变形系数Ah
变形系数Ah是表示切屑的外形尺寸变化大小的一个参数。
如下图所示，切届经过剪切变形、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，这种切屑外形尺寸变化的变形现象称为切屑的收缩。
变形系数Ah表示切屑收缩的程度，即
Ah=
lc
lZh
hch
而
lc\hD切削层长度和厚度;
1ch\hch切屑长度和厚度。
1
图Z召切隔的收缩
从上图可知，剪切角变化对切屑收缩的影响，增大剪切面AB减短，切屑厚度hch减小，故Z\h变小。
它们之间的关系如下：
Ah=
hch
而
=cot4>cosYO+sinv0
从上面两个公式可知，剪切角与前角Y0是影响切削变形的两个主要因素。
如果增大前角Y0和剪切角，使相对滑移变形系数Ah减小，则切削变形减小。
注意：
由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£值主要从剪切变形考虑；而Ah主要从塑性压缩方面分析。
所以，e与Ah都只能近似地表示切削变形程度。
三、剪切角的确定
剪切角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的计算式。
按最少能量原则来确定剪切角4）的计算式为：
25。
+罟-
按最大剪应力的理论，求出剪切角e的计算式为：
H
4）=_+y0-B0
4
从上面公式可看出：
与YO、f3有关。
增大前角Y0、减小摩擦角使剪切角增大，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、总结
切削加工过程中刀具与工件之间的关系十分复杂，如果将三个变形区联系起来，当切削层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。
当切削层金属逐渐接近刀刃时，晶粒更伸长，成为包围刀刃周围的纤维层，最后在0点断裂，一部分金属成为切届沿前刀面流出，另一部分金属绕过刀刃沿后刀面流出，并继续经受变形而成为已加工表面的表层。
因此，已加工表面表层的金属纤维被拉伸得更长更细，其纤维方向平行于已加工表面。
这个表层的金属具有与基体组织不同的性质，所以称为加工变质层。
由此可见，三个变形区是要联系地去进行分析的，只单独研究其中一个区是无法了解它们在金属切削过程中所体现出来的研究价值的。
一、切屑形成过程及变形区的划分I、切削变形金属的切削过程与金厲的挤压过程很相似。
金属材料受到刀具的作用以后，开始产生弹性变形：
虽着刀具继续切入，金属部的应力、应变继续加大，当达到材料的屈服点时，开始产生塑性变形，并使金属晶格产生滑移；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骏和理论分析证明，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
一、切屑形成过程及变形区的划分
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；虽着刀具继续切入，金属部的应力、应变继续加大，当达到材料的屈服点时，开始产生塑性变形，并使金属晶格产生滑移；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）。
三个变形区
3.切屑的形成及变形特点
1）第一变形区（近切削刃处切削层产生的塑性变形区）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，并同时使金属晶格产生滑移。
4稠毅榭胛
图2.2切屑形成过稅
质点滑移过稈；（6）切眉形成模型
切屑形成过程
在图（a）中，切削层上各点移动至AC线均开始滑移、离开AE线终止滑移，在沿切削宽度围，称AC是始滑移面，AE是终滑移面。
AC、AE之间为第一变形区。
由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0.02-0.2mm,所以常用AB滑移面来表示第一变形区，AB面亦称为剪切面。
nextpage
剪切面AB与切削速度Vc之间的夹角4）称为剪切角。
作用力Fr与切削速度Yc之间的夹角3称为作用角。
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）金属的挤压磨擦变形
经过第一变形区后，形成的切届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，挤压变形加剧，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
图2.4相对滑移
相对滑移
1、相对滑移£
相对滑移£是用来量度第1变形区滑移变形的程度。
如上图，设切削层中A'B'线沿剪切面滑移至A"B"时的距离为△$,事实上很小，故可认为滑移是在剪切面上进行，其滑移量为As。
则相对滑移e表示为：
As3
B!
C+CBif
=CO（p+tan（y>—
2、变形系数Ah
变形系数/V是表示切届的外形尺寸变化大小的一个参数。
如下图所示，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、厚度増加，这种切屑外形尺寸变化的变形现象称为切屑的收缩。
变形系数Ah表示切屑收缩的程度，即
切削层长度和厚度
b仏——切屑长度和厚度。
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图2.5切屑的收缩
从上图可知，剪切角＜!
＞变化对切屑收缩的影响，4）增大剪切面AB减短，切屑厚度入减小，故八h变小。
它们之间的关系如下：
Ah=
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=cot?
cos/3+sin70
从上面两个公式可知，剪切角4＞与前角Y0是影响切削变形的两个主要因素。
如果增大前角yo和剪切角e,使相对滑移变形系数/\h减小，则切削变形减小。
注意：
由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£值主要从剪切变形考虑；而Ah主要从塑性压缩方面分析。
所以,e与Ah都只能近似地表示切削变形程度。
三、剪切角的确定
剪切
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