第三节-金属切削过程及物理现象.ppt
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第二章金属切削原理与刀具内容提要q刀具的结构q刀具材料q金属切削过程及物理现象q切削力与切削功率q切削热和切削温度q刀具磨损与刀具寿命q切削用量的选择及工件材料加工性q高速切削及刀具第三节金属切削过程及物理现象q刀具的结构q刀具材料q金属切削过程及物理现象q切削力与切削功率q切削热和切削温度q刀具磨损与刀具寿命q切削用量的选择及工件材料加工性q高速切削及刀具第三节金属切削过程及其物理现象v金属切削过程是指在刀具和切削力的作用下形成切屑的过程，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，产生许多物理现象，如切削力、切削热、积屑瘤、刀具磨损和加工硬化等。
切屑成形机理的研究一一.切削过程及切屑种类切削过程及切屑种类1.1.切屑形成过程切屑形成过程：
切削层金属的变形过程。
切削层金属的变形过程。
第三节金属切削过程及其物理现象u当工件受到刀具当工件受到刀具的挤压以后，切削的挤压以后，切削层金属在始滑移面层金属在始滑移面OAOA以左发生弹性变以左发生弹性变形。
在形。
在OAOA面上，应面上，应力达到材料的屈服力达到材料的屈服强度，则发生塑性强度，则发生塑性变形，产生滑移现变形，产生滑移现象。
象。
第三节金属切削过程及其物理现象u随着刀具的连续移动，原来处于始滑移面上的金属不断向刀具靠拢，应力和变形也逐渐加大。
在终滑移面OE上，应力和变形达到最大值。
u越过OE面，切削层金属将脱离工件基体，沿着前刀面流出而形成切屑。
第三节金属切削过程及其物理现象u三个变形区：
v
（1）第一变形区I：
从OA线到OE线内的区域，伴随沿滑移线的剪切变形以及随之产生的加工硬化。
v
（2）第二变形区II：
切屑与前刀面磨擦的区域，切削底层靠近前刀面处纤维化，流动速度减缓，切削弯曲，切削与刀具接触温度升高。
v（3）第三变形区III：
工件已加工表面与后刀面接触的区域，存在纤维化与加工硬化，变形较密集。
第三节金属切削过程及其物理现象v2.切屑的类型及切屑控制（图ac为切削塑性材料，图d为切削脆性材料）切削类型切削类型切切削削条条件件特特征征a）a）带状切屑带状切屑切削厚度较小切削厚度较小,切削速切削速度较高度较高,刀具前角较大刀具前角较大内表面光滑内表面光滑,外表面毛茸外表面毛茸b）b）挤裂切屑挤裂切屑切削速度较低切削速度较低,切削厚切削厚度较大度较大,刀具前角较小刀具前角较小内表面有裂纹内表面有裂纹,外表面呈锯齿形外表面呈锯齿形c）c）单元切屑单元切屑相比相比b）b）进一步减小刀具进一步减小刀具前角，减低切削速度前角，减低切削速度整个单元被切离整个单元被切离d）d）崩碎切屑崩碎切屑加工硬脆材料时切削厚加工硬脆材料时切削厚度较大时产生度较大时产生形状是不规则的形状是不规则的,表面是凸凹不平的表面是凸凹不平的第三节金属切削过程及其物理现象低硬度和高热物理性能的工件材料：
在很大切削速度范围内易形成连续带状切屑硬度较高和低热物理特性的工件材料：
在很宽的切削范围均形成锯齿状切屑，随切削温度升高，锯齿化程度增加，直至形成分离的单元切屑但形成锯齿状切屑，将引起一定的切削力波动。
u不同切屑形成原因：
不同切屑形成原因：
工件材料及性能工件材料及性能切削速度及进给量切削速度及进给量刀具前角刀具前角第三节金属切削过程及其物理现象高速切削时，切屑形成的特征主要是对较硬和热物理性能较差的工件材料，其中切削速度具有最重要的作用。
随切削温度升高，锯齿化程度增加直至形成单元切屑。
切削速度对形成锯齿状切屑倾向的综合作用：
切削速度提高，导致脆性增加，易于形成锯齿状切屑。
切削速度提高引起切屑温度增加，致使脆性减少。
锯齿化程度随进给量的增大而提高，而且随着进给量的增大切削速度对锯齿化程度的影响也愈加显著。
工件材料及性能工件材料及性能切削速度及进给量切削速度及进给量刀具前角刀具前角第三节金属切削过程及其物理现象刀具前角对形成锯齿状切屑有着很重要的影响。
在给定切削速度和进给量的条件下，随着刀具前角O的不断减小，锯齿状切屑的形成趋势增加。
采用负前角时，易于形成锯齿状切屑。
工件材料及性能工件材料及性能切削速度及进给量切削速度及进给量刀具前角刀具前角第三节金属切削过程及其物理现象u切屑控制：
“不可接受”的切屑：
切削条件恶劣导致。
影响主要有拉伤工件的已加工表面；划伤机床；造成刀具的早期破损；影响操作者的安全；切屑控制：
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。
第三节金属切削过程及其物理现象“可接受”的切屑标准：
不妨碍正常的加工；不影响操作者的安全；易于清理、存放和搬运。
实际生产中切削控制的措施：
在前刀面上磨制出断屑槽或使用压块式断屑器。
第三节金属切削过程及其物理现象v断屑槽的基本形式：
LL：
切屑在前刀面上的接触长度切屑在前刀面上的接触长度RR：
卷屑槽半径卷屑槽半径第三节金属切削过程及其物理现象住友电气工业开发的精镗用正型刀住友电气工业开发的精镗用正型刀片片LU型断屑槽型断屑槽及及LUW型断屑槽型断屑槽LULU型：
将型：
将55、77、1111正型刀片正型刀片加以系列化。
刀片材质备有金属陶加以系列化。
刀片材质备有金属陶瓷涂层瓷涂层“T3000ZT3000Z”、金属陶瓷、金属陶瓷“T1200AT1200A”、涂层、涂层“NewAC2000NewAC2000”、“AC700GAC700G”、“ACZ310ACZ310”55类。
类。
LUWLUW型：
顶角为型：
顶角为8080菱形，将菱形，将77、1111正型刀片系列化。
通过与涂层正型刀片系列化。
通过与涂层及涂层金属陶瓷及涂层金属陶瓷33种材质的组合，种材质的组合，共计有共计有1212种产品。
种产品。
特点：
特点：
优异的切屑处理；优异的切屑处理；精美的加工表面：
重视锋利度的大前角的刃尖设计，与独特的刃口处理技术相结合，精美的加工表面：
重视锋利度的大前角的刃尖设计，与独特的刃口处理技术相结合，可得到精美的加工表面；可得到精美的加工表面；还包括高效加工用修光刃刀片还包括高效加工用修光刃刀片。
第三节金属切削过程及其物理现象v3.积屑瘤现象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剖面有时呈三角状的硬块。
它的硬度很高，通常是工件材料的23倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。
这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤或刀瘤。
积屑瘤的形成过程u切屑对前刀面接触处的摩擦，使前刀面十分洁净；u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”；u如果温度与压力适当，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；u这样粘结层就逐步长大，直到该处的温度与压力不足以造成粘附为止。
第三节金属切削过程及其物理现象u积屑瘤对切削过程的影响：
v1）实际前角增大；v2）增大切削厚度，可能引起振动；v3）是加工表面粗糙度增大；v4）对刀具寿命有影响。
第三节金属切削过程及其物理现象u积屑瘤产生原因分析：
积屑瘤产生原因分析：
积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化性质有关，也与刃前区的温度和压力分布有关。
的硬化性质有关，也与刃前区的温度和压力分布有关。
一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤；温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，积屑瘤；温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。
走刀温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。
走刀量保持一定时，积屑瘤高度与切削速度有密切关系。
量保持一定时，积屑瘤高度与切削速度有密切关系。
第三节金属切削过程及其物理现象u通过分析积屑瘤产生原因可以得出防止积屑瘤的主要方法：
1.降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易发生；2.采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度；3.采用润滑性能好的切削液，减小摩擦；4.增大刀具前角，以减小切屑于前刀面接触区的压力；5.适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。
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