教案 蒙古机电职业技术学院 那么切削变形就小 2、剪切角中 剪切角φ的大小是怎样确定的呢? 上次课中知道,切削合力与切削速度间的夹角为B-y0,剪切角为中。 最大剪应力存在的平面OM与作用力方向间的夹角约为45°,那么 φ+B-y0=45°则中=45°(β-Y0)其中β为摩擦角 (三)第二变形区 1、摩擦区的形成 塑性金属切削层材料经第一变形区后验前面排出。这是由于受前面的挤压和摩 擦进一步加剧变形,在靠近前面处形成第二变形区即摩擦区 摩擦区的特征:使切屑底层靠近前面处纤维化,流动速度减缓,甚至会停滞在 前刀面上(实质上就是滞留层);切屑弯曲,有摩擦而产生的热量使切屑与刀具接触 面温度升高等 滞留层的特点:滞留层的变形程度要比上层剧烈,约几倍到几十倍,厚度一般 约占切屑厚度的1/8~1/9 前刀面的摩擦特性 实验证明,在第二变形区(摩擦变形区)内,对于塑性金属来讲,切屑与前面 间的摩擦不是一般的滑动摩擦。在摩擦区域内分为内摩擦和外摩擦两部分。 粘结部分Ln为内摩擦;粘结部分之外L为外摩擦。 (1)什么是内摩擦呢? 在切削塑性金属时,由于压力大、温度高,切屑的最底层金属流动速度很慢, 甚至粘结到前面上。这一层金属与上层金属之间的摩擦就是内摩擦。内摩擦发生材 料内部的滞留层内。 如图,假如刀具绝对锋利,切削厚度hD较小,那么刀尖正应力σ。最大。在 内摩擦部分正应力σ。较大,在外摩擦部分正应力σ。较小,逐渐减小为零
7 教 案 内蒙古机电职业技术学院 6 那么切削变形就小。 2、剪切角φ 剪切角φ的大小是怎样确定的呢？ 上次课中知道，切削合力与切削速度间的夹角为β-γo，剪切角为φ。 最大剪应力存在的平面 OM 与作用力方向间的夹角约为 45°，那么 φ+β-γo=45° 则 φ=45°-（β-γo） 其中β为摩擦角 （三）第二变形区 1、摩擦区的形成 塑性金属切削层材料经第一变形区后验前面排出。这是由于受前面的挤压和摩 擦进一步加剧变形，在靠近前面处形成第二变形区即摩擦区。 摩擦区的特征：使切屑底层靠近前面处纤维化，流动速度减缓，甚至会停滞在 前刀面上（实质上就是滞留层）；切屑弯曲，有摩擦而产生的热量使切屑与刀具接触 面温度升高等。 滞留层的特点：滞留层的变形程度要比上层剧烈，约几倍到几十倍，厚度一般 约占切屑厚度的 1/8～1/9。 2、前刀面的摩擦特性 实验证明，在第二变形区（摩擦变形区）内，对于塑性金属来讲，切屑与前面 间的摩擦不是一般的滑动摩擦。在摩擦区域内分为内摩擦和外摩擦两部分。 粘结部分 Lf1为内摩擦；粘结部分之外 Lf2为外摩擦。 （1）什么是内摩擦呢？ 在切削塑性金属时，由于压力大、温度高，切屑的最底层金属流动速度很慢， 甚至粘结到前面上。这一层金属与上层金属之间的摩擦就是内摩擦。内摩擦发生材 料内部的滞留层内。 如图，假如刀具绝对锋利，切削厚度 hD 较小，那么刀尖正应力σ。最大。在 内摩擦部分正应力σ。较大，在外摩擦部分正应力σ。较小，逐渐减小为零
教案 蒙古机电职业技术学院 在前面上正应力分析曲线由下式表达: ar=qx3其中q一系数,b指数。均由具体实验条件确定,x以切屑与前 面的脱离点为起点。 在前面上,剪应力rr分布曲线为分段函数 r=rs一一内摩擦部分 τκ<τs——外摩擦部分,τr由τs逐渐减小为零 (2)内摩擦力的计算: 粘结部分L内的摩擦力,主要有剪应力τr和接触面积A决定,其大小为 (3)内摩擦系数μ值 实验测得前面上的摩擦系数是一个变量。因而只能令μ代表前面上的平均摩擦 系数。在内摩擦部分有 H=FHFn≈rA/(orav×A)=rm'oram A。一内摩擦部分的接触面积,orav内摩擦部分的平均正应力 由于各点正应力是个变值,用上式所求的μ值也是一个变量;用平均正应力o 灬求的μ值也为平均摩擦系数。由此=μ所求得的摩擦角也是平均摩擦角。 (4)内摩擦的特点 1)发生在材料内部; 2)摩擦力的大小与内摩擦面积成正比。 第二次课 3、积屑瘤 在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下,加工一般钢料或其他塑性材 料时,常常在刀具前面处粘着一块剖面常呈三角状的硬块。它的硬度很高,通常是 工件材料的2~3倍,在处于比较稳定状态时,能够代替刀刃进行切削。这块冷焊在
7 教 案 内蒙古机电职业技术学院 7 在前面上正应力分析曲线由下式表达： σr=qxb 其中 q—系数，b—指数。均由具体实验条件确定，x 以切屑与前 面的脱离点为起点。 在前面上，剪应力τr 分布曲线为分段函数 τr=τs ——内摩擦部分 τr<τs ——外摩擦部分，τr 由τs 逐渐减小为零。 （2） 内摩擦力的计算： 粘结部分 Lf1 内的摩擦力，主要有剪应力τr 和接触面积 Aα决定，其大小为 Ff=τrAα （3）内摩擦系数μ值 实验测得前面上的摩擦系数是一个变量。因而只能令μ代表前面上的平均摩擦 系数。在内摩擦部分有 μ=Ff/Fn≈τrAα/（σrav×Aα）=τr/σrav Aα—内摩擦部分的接触面积，σrav—内摩擦部分的平均正应力 。 由于各点正应力是个变值，用上式所求的μ值也是一个变量;采用平均正应力σ rav 求的μ值也为平均摩擦系数。由此 =μ所求得的摩擦角也是平均摩擦角。 （4）内摩擦的特点： 1）发生在材料内部； 2）摩擦力的大小与内摩擦面积成正比。 第二次课 3、积屑瘤 在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工一般钢料或其他塑性材 料时，常常在刀具前面处粘着一块剖面常呈三角状的硬块。它的硬度很高，通常是 工件材料的 2～3 倍，在处于比较稳定状态时，能够代替刀刃进行切削。这块冷焊在
教案 蒙古机电职业技术学院 刀具前面上的金属称为积屑瘤或刀瘤 (1)积屑瘤的成因 切屑与刀具前面接触处有摩擦,当两者的接触面积达到一定温度,同时压力又 较高时,会产生粘结现象,即所谓的“冷焊”。这时切屑从粘在刀面的底层上流过, 形成“内摩擦”。如果温度与压力适当,底层上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。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。所以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。 一般来说,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,温度太高,产生弱化作用,也不会产生积屑瘤。对于碳素 钢来说,约在300℃~350℃时积屑瘤最高,到500℃以上时趋于消失 (2)积屑瘤的特点 <1>化学性质与工件材料相同,说明积屑瘤来自于工件材料(切屑底层)逐渐堆 积 <2>硬度是工件材料的3~4倍,稳定时可代替刀刃进行切削。 <3>积屑瘤是一个动态结构,不稳定,产生、成长、脱落反复进行 (3)积屑瘤的利弊 <1>精加工(不希望产生积屑瘤) 1)积屑瘤会改变切削深度,不能保证加工尺寸精度: 2)积屑瘤使前角变大,由于积屑瘤粘附在刀具前面上,加大了刀具的实际前角, 可使切削力减小,变形小,但积屑瘤消失时,切削力又变大,容易引起振动。 粗加工 1)硬质合金材料的刀具:在积屑瘤比较不稳定的情况下,积屑瘤的破裂有可能 使硬质合金刀具颗粒破落,反而使刀具磨损加剧。 2)高速钢材料的刀具:积屑瘤粘附在刀具前面上,在相对稳定时,可代替刀刃
7 教 案 内蒙古机电职业技术学院 8 刀具前面上的金属称为积屑瘤或刀瘤。 （1）积屑瘤的成因 切屑与刀具前面接触处有摩擦，当两者的接触面积达到一定温度，同时压力又 较高时，会产生粘结现象，即所谓的“冷焊”。这时切屑从粘在刀面的底层上流过， 形成“内摩擦”。如果温度与压力适当，底层上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。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。所以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。 一般来说，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，温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。对于碳素 钢来说，约在 300℃～350℃时积屑瘤最高，到 500℃以上时趋于消失。 （2）积屑瘤的特点 <1> 化学性质与工件材料相同，说明积屑瘤来自于工件材料（切屑底层）逐渐堆 积。 <2> 硬度是工件材料的 3～4 倍，稳定时可代替刀刃进行切削。 <3> 积屑瘤是一个动态结构，不稳定，产生、成长、脱落反复进行。 （3）积屑瘤的利弊 <1> 精加工（不希望产生积屑瘤） 1）积屑瘤会改变切削深度，不能保证加工尺寸精度； 2）积屑瘤使前角变大，由于积屑瘤粘附在刀具前面上，加大了刀具的实际前角， 可使切削力减小，变形小，但积屑瘤消失时，切削力又变大，容易引起振动。 <2> 粗加工 1）硬质合金材料的刀具：在积屑瘤比较不稳定的情况下，积屑瘤的破裂有可能 使硬质合金刀具颗粒破落，反而使刀具磨损加剧。 2）高速钢材料的刀具：积屑瘤粘附在刀具前面上，在相对稳定时，可代替刀刃
教案 蒙古机电职业技术学院 切削,有减小刀具磨损,提高耐用度的作用。 (4)积屑瘤的控制 要控制积屑瘤的产生,根据积屑瘤的成因和实践经验,应从三个方面即工件材 料、切削用量、刀具几何参数控制。 <1>工件材料 对于塑性材料,如钢材、球墨铸铁、铝合金等只要切削温度和切削速度适宜, 便产生积屑瘤。因此在工件材料方面,应提高材料硬度,减少滞留层的形成。 〈2〉切削用量 切削用量(ap、f、Vc)中的切削速度v的影响最大,切削深度ap和进给量f 的影响较小。控制了切削速度vc以控制切削温度, 1)低速时(Vc=l0mmin以下),由于温度低(低于300℃),不会引起粘附, 不会形成积屑瘤。 2)高速时(Vc=100mmin以上),由于温度高(在500℃~600℃以上),积屑 瘤的加工硬化消失,积屑瘤消失。 3)中速时,(10m/min<Vc<00mmin)易产生积屑瘤,切削中碳钢时,Vc=20~ 30m/min,温度适宜(约300℃~400℃),积屑瘤大最高 <3>刀具几何参数 刀具几何参数对积屑瘤的产生影响不大。为减少切屑与刀具前面接触区的压力, 增加刀具前角 4>加工时用切削液 切削液可以减少内摩擦,起到润滑作用,从而抑制积屑瘤的产生。 (四)已加工表面的变形与表面质量(第三变形区) 1、已加工表面的变形 前面在分析第一、第二两个变形区的情况时,假设刀具的刀刃是绝对锋利的, 但实际上无论怎样仔细刃磨,刀具都可认为具有一个钝圆半径rn,rn的大小与刃磨
7 教 案 内蒙古机电职业技术学院 9 切削，有减小刀具磨损，提高耐用度的作用。 （4）积屑瘤的控制 要控制积屑瘤的产生，根据积屑瘤的成因和实践经验，应从三个方面即工件材 料、切削用量、刀具几何参数控制。 <1>工件材料 对于塑性材料，如钢材、球墨铸铁、铝合金等只要切削温度和切削速度适宜， 便产生积屑瘤。因此在工件材料方面，应提高材料硬度，减少滞留层的形成。 〈2〉切削用量 切削用量（ap、f、Vc）中的切削速度 vc 的影响最大，切削深度 ap 和进给量 f 的影响较小。控制了切削速度 Vc 以控制切削温度。 1）低速时（Vc=10m/min 以下），由于温度低（低于 300℃）,不会引起粘附， 不会形成积屑瘤。 2）高速时（Vc=100m/min 以上），由于温度高（在 500℃～600℃以上），积屑 瘤的加工硬化消失，积屑瘤消失。 3）中速时，(10m/min<Vc<100m/min)易产生积屑瘤，切削中碳钢时，Vc=20～ 30m/min ,温度适宜（约 300℃～400℃），积屑瘤大最高。 <3>刀具几何参数 刀具几何参数对积屑瘤的产生影响不大。为减少切屑与刀具前面接触区的压力， 增加刀具前角。 <4>加工时用切削液 切削液可以减少内摩擦，起到润滑作用，从而抑制积屑瘤的产生。 （四）已加工表面的变形与表面质量（第三变形区） 1、已加工表面的变形 前面在分析第一、第二两个变形区的情况时，假设刀具的刀刃是绝对锋利的， 但实际上无论怎样仔细刃磨，刀具都可认为具有一个钝圆半径 rn，rn 的大小与刃磨
教案 蒙古机电职业技术学院 质量、刀具材料和刀具的前、后面间的夹角β。有关 高速钢3-10um 刃磨后为1硬质合金18-32m磨损时将增大 金刚石砂轮(细粒)3-6μm 在刀刃钝圆半径作用下,已加工表面是怎样形成的呢? (1)切削时,当切削层金属以速度逐渐接近刀刃时,便发生压缩与剪切变形, 最终沿剪切面OM方向剪切滑移而成为切屑 (2)在刀刃钝圆半径的作用下,在整个切削层中,由于任何刀具非绝对锋利, 总是存在切削刃钝圆半径rn,这样使切削层内厚度为△h的一层金属未被切掉,而 被强行挤压到已加工表面上 (3)留在已加工表面上的金属经过刀具后面的棱带的挤压并相互摩擦,这种剧 烈的摩擦又是工件表层金属受到剪切应力 (4)随后有一定的弹性恢复高度△h,与后面的接触长度为CD,那么已加工 表面在CD长度上继续与后刀面摩擦。使这层金属再次受到剪应力的作用 这层受反复应力作用的金属层就成为已加工表面的变质层 由于变质层受到刀刃的强行挤压,不但在组织上又变化,而且在性质上也引起 变化,主要表现为加工硬化和残余应力两个方面 2、加工硬化 已加工表面经过切削加工,是表面硬度提高的现象,称为加工硬化 已加工表面的硬度是强化和弱化作用的综合结果,凡是增大变形与摩擦的因素 都将加剧硬化现象;凡是有利于弱化的因素,如高温、低熔点等,都会减轻硬化现 般情况下,加工硬化可提高硬度20%-30 提高刃口的锋利程度可以降低加工硬化现象
7 教 案 内蒙古机电职业技术学院 10 质量、刀具材料和刀具的前、后面间的夹角βo有关。 高速钢 3--10μm 刃磨后 rn 为 硬质合金 18—32μm 磨损时 rn将增大 金刚石砂轮（细粒）3--6μm 在刀刃钝圆半径作用下，已加工表面是怎样形成的呢？ （1）切削时，当切削层金属以速度逐渐接近刀刃时，便发生压缩与剪切变形， 最终沿剪切面 OM 方向剪切滑移而成为切屑。 （2）在刀刃钝圆半径的作用下，在整个切削层中，由于任何刀具非绝对锋利， 总是存在切削刃钝圆半径 rn，这样使切削层内厚度为△hD 的一层金属未被切掉，而 被强行挤压到已加工表面上。 （3）留在已加工表面上的金属经过刀具后面的棱带的挤压并相互摩擦，这种剧 烈的摩擦又是工件表层金属受到剪切应力。 （4）随后有一定的弹性恢复高度△h，与后面的接触长度为 CD，那么已加工 表面在 CD 长度上继续与后刀面摩擦。使这层金属再次受到剪应力的作用。 这层受反复应力作用的金属层就成为已加工表面的变质层。 由于变质层受到刀刃的强行挤压，不但在组织上又变化，而且在性质上也引起 变化，主要表现为加工硬化和残余应力两个方面。 2、加工硬化 已加工表面经过切削加工，是表面硬度提高的现象，称为加工硬化。 已加工表面的硬度是强化和弱化作用的综合结果，凡是增大变形与摩擦的因素 都将加剧硬化现象；凡是有利于弱化的因素，如高温、低熔点等，都会减轻硬化现 象。 一般情况下，加工硬化可提高硬度 20%--30%； 提高刃口的锋利程度可以降低加工硬化现象