【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，則 ?oe= ?o,?oe= ?o。 考慮橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡為阿基米德旋線，這時(shí)工作前角增大，而工作后角減小。 第三節(jié) 金屬切削過(guò)程 金屬切削過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一種擠壓過(guò)程。在擠壓過(guò)程中，被切削層金屬主要經(jīng)過(guò)剪切滑移變形而變成切屑。 金屬在切削過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)一系列物理現(xiàn)象，如金屬變形、切削力、切削熱、刀具磨損等，這些都是以切屑形成過(guò)程為基礎(chǔ)而生產(chǎn)中出現(xiàn)的許多問(wèn)題，如積屑瘤、振動(dòng)、卷屑、斷屑等，都與切削過(guò)程密切相關(guān)。 一、 切屑的形成及種類 切屑形成過(guò)程 切削層 的金屬 彈性變形 塑性變形 擠裂 切離 切 屑 切削層的金屬受到刀具前刀面的推擠后產(chǎn)生彈性變形 隨著切應(yīng)力、切應(yīng)變逐漸增大，達(dá)到其屈服強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生塑性變形而滑移 刀具繼續(xù)切入時(shí)，材料內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變繼續(xù)增大，當(dāng)切應(yīng)力達(dá)到其斷裂強(qiáng)度時(shí)，金屬材料被擠裂 沿刀具前刀面流出 切削變形區(qū) 根據(jù)切削過(guò)程中整個(gè)切削區(qū)域金屬材料的變形特點(diǎn)，可將切削層劃分為三個(gè)變形區(qū)，如圖所示。分為：第一變形、第二變形區(qū)、第三變形區(qū)。 切屑的種類 1) 帶狀切屑 特征：內(nèi)表面光滑，外表面呈毛茸狀。 形成條件：塑性材料、速度中等、較大的 ?0 、較小 的 f 和 ap。 2) 擠裂切屑 特征：內(nèi)表面有時(shí)有裂紋，外表面呈鋸齒狀。 形成條件：中等硬度的塑性材料、速度較低、較小的 ?0 、較小的 f 和 ap。 3) 崩碎狀切屑 特征：不規(guī)則的碎塊狀。 形成條件：工件材料脆性越大，刀具前角越小，切削深度和進(jìn)給量越大，越易產(chǎn)生此類切削。 (1)切屑的形態(tài)可隨切削條件不同而改變 (2)可控制切削條件，使切屑形態(tài)向有利于生產(chǎn)的方面轉(zhuǎn)化，保證切削加工的順利進(jìn)行和工件的加工質(zhì)量 增大前角 提高切削速度 減小進(jìn)給量 有利于 使粒狀切屑、節(jié)狀切屑向帶狀切屑轉(zhuǎn)化 使切削過(guò)程平穩(wěn) 降低加工表面粗造度數(shù)值 二、積屑瘤 在一定的切削速度下切削塑性材料時(shí)，常發(fā)現(xiàn)在刀具前刀面上靠近刀刃的部位粘附著一小塊很硬的金屬 — 稱為 積屑瘤 。 積屑瘤的形成 o M 滯留層 切削過(guò)程中，由于金屬的擠壓和強(qiáng)烈摩擦，使切屑與前刀面之間產(chǎn)生很大的應(yīng)力和很高的切削溫度。當(dāng)應(yīng)力和溫度條件適當(dāng)時(shí)，切屑底層與前刀面之間的摩擦力很大，使得切屑底層流出速度變得緩慢，形成一層很薄的“ 滯流層 ” ，當(dāng)滯流層與前刀面的摩擦阻力超過(guò)切屑內(nèi)部的結(jié)合力時(shí)，滯流層的金屬與切屑分離而粘附在切削刃附近形成積屑瘤 . 1) 積屑瘤的形成過(guò)程 滯流層與積屑瘤 a)滯流層 b）刀刃處積屑瘤 c）積屑瘤在切削 有利方面 保護(hù)刀具 增加工作前角 積屑瘤硬度很高 可代替切削刃進(jìn)行切屑，減少刀具的磨損 積屑瘤的存在，使刀具的實(shí)際工作前角增大 可減小切削變形和切削力，使切削輕快 2） 積屑瘤對(duì)加工過(guò)程的影響 不利方面 影響工件尺寸精度 影響工件表面粗造度 積屑瘤破裂后會(huì)劃傷表面，加快刀具磨損 會(huì)形成硬點(diǎn)和毛刺，使工件表面粗造度值增大 時(shí)大時(shí)小，時(shí)有時(shí)無(wú)，使切削力產(chǎn)生波動(dòng)而引起振動(dòng) 積屑瘤的頂端突出于切削刃之外，使實(shí)際的切削深度不斷變化 影響積屑瘤的因素 工件材料： 塑性材料 切削用量： 中等（ 10~50m/min），溫度 300℃ ； 刀具角度： ?0 偏?。? 切削液等： 不加切削液。 控制措施 要避免在中溫、中速加工塑性材料 增大前角可減小切削變形，降低切削溫度，減小積屑瘤的高度 采用潤(rùn)滑性能優(yōu)良的切削液可減少甚至消除積屑瘤 3） 積屑瘤的控制 切削速度對(duì)積屑瘤的影響 加工條件：工件 45鋼、硬質(zhì)合金刀具、 ap=、 f=三、切削力和切削功率 1. 切削力的來(lái)源于分解 1) 切削力的構(gòu)成 o M ① 材料的彈性變形和塑性抗力； ② 切屑、工件表面與刀具的摩擦力。 2) 切削力的分解 刀具切削工件時(shí)作用在刀具或工件上的力。 將 Fr沿速度方向、軸向和徑向三個(gè)相互垂直的發(fā)現(xiàn)分解為 Fz、 Fx、 Fy。 F彈、塑 F摩 1 F摩 2 Fr ① 主切削力（切向分力） FC Fz 是 Fr在切削速度方向上的分力。 主切削力占總切削力的 80%~90%，消耗的功率占總功率的 95%以上。是計(jì)算機(jī)床動(dòng)力及主要傳動(dòng)零件強(qiáng)度和剛度的依據(jù)，也是選擇刀具幾何角度和切削用量的依據(jù)。 ② 進(jìn)給力（走刀抗力或軸向分力） Ff Fx 是 Fr在進(jìn)給方向上的分力。 消耗的功率僅占總功率的 1~5%。是設(shè)計(jì)和計(jì)算進(jìn)給機(jī)構(gòu)零件強(qiáng)度和剛度的依據(jù)。 ③ 背向力（吃刀抗力或徑向分力） Fp 是 Fr在切削深度方向上的分力。 Fr Fz Fx Fy FX、 Y 它作用在機(jī)床、工件剛性最弱的方向上，使刀架移位和工件彎曲，容易引起振動(dòng)，影響加工質(zhì)量。 Pm 切削功率是各切削分力消耗功率的總和，但在車外圓時(shí)，F(xiàn)Y不作功， FX方向的運(yùn)動(dòng)速度很小，且 FX＜ FZ， FX消耗的功率很小，可忽略不計(jì)。 kWvFPkWvFPZmZm612010 3????? ?或 設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)，應(yīng)根據(jù)切削功率確定機(jī)床電動(dòng)機(jī)功率 PE，還要考慮機(jī)床的傳動(dòng)效率， mmEpP??—— 機(jī)床傳動(dòng)效率，一般取 ~. 四、 切削熱與切削溫度 ? ? 1）在刀具的切削作用下，切削層金屬發(fā)生彈性變形和塑性變形，這是切削熱的一個(gè)來(lái)源。 ? 2）同時(shí)，切屑與前刀面，工件與后刀面間消耗的摩擦功，也將轉(zhuǎn)化為熱能，這是切削熱的又一個(gè)來(lái)源。 ? 3）切削熱由 切屑 、 工件 、 刀具 以及 周圍的介質(zhì)傳導(dǎo)出去。 ? 4） 影響熱傳導(dǎo)的主要因素 是工件和刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)以及周圍介質(zhì)的狀況。 切削熱產(chǎn)生與傳散區(qū)域 切削溫度一般指前刀面與切屑接觸區(qū)域的平均溫度。在切削過(guò)程中，切屑、刀具和工件不同部位的溫度分布是不均勻的。 切削溫度的高低，除了用儀器進(jìn)行測(cè)定外，還可以通過(guò)觀察切屑的顏色大致估計(jì)出來(lái)。例如切削碳鋼時(shí)，隨著切削溫度的升高，切屑的顏色也發(fā)生相應(yīng)的變化：淡黃色約 200℃ ，藍(lán)色約 320 ℃. 切削溫度分布 a）刀具、切屑和工作中溫度分布 b）刀具中溫度分布 加工條件： 刀具材料 P20（ YT20）、 υ c=60m/min 加工條件： 工件材 30Mn4， a p=3mm、 f= ? （ 1）切削速度對(duì)切削溫度有顯著的影響。實(shí)驗(yàn)證明，隨著切削速度的提高，切削溫度將明顯上升。 ? （ 2）進(jìn)給量 f對(duì)切削溫度也有一定的影響。隨著進(jìn)給量的增大，單位時(shí)間內(nèi)的金屬切除量增多，切削過(guò)程產(chǎn)生的切削熱也增多，使切削溫度上升。但切削溫度隨進(jìn)給量增大而升高的幅度不如切削速度那樣顯著。 ? （ 3）切削深度 ap對(duì)切削溫度的影響很小。因?yàn)榍邢魃疃?ap增大以后，切削區(qū)產(chǎn)生的熱量雖然成正比例地增多，但因改善了散熱條件，所以切削溫度的升高并不明顯。 1）切削用量對(duì)切削溫度的影響 ? 2）工件材料對(duì)切削溫度的影響 ? 工件材料主要是通過(guò)它的硬度、強(qiáng)度和熱導(dǎo)率不同而影響切削溫度的。工件材料的硬度和強(qiáng)度越高，切削時(shí)所消耗的功就越多，產(chǎn)生的切削熱也多，切削溫度就越高。 ? 3）刀具幾何參數(shù)切削溫度的影響 1．前角 ：前角 γ 。的數(shù)值直接影響切削過(guò)程中的變形和摩擦，所以它對(duì)切削溫度有明顯的影響。前角大，產(chǎn)生的切削熱少，切削溫度低；前角小，切削溫度高。 2．主偏角 ：隨著主偏角的增大，切削溫度將逐漸升高。 3．負(fù)倒棱 ：負(fù)倒棱寬度 bγ1 在 (0— 2)f范圍內(nèi)變化，基本上不影響切削溫度。 4．刀尖圓弧半徑： 刀尖圓弧半徑 rε 在 0— ，基本上不影響平均切削溫度。 5）切削液 4）刀具材料 導(dǎo)熱性好的刀具材料，可使切削熱很快傳出，降低切削溫度。 切削液的作用 在切削過(guò)程中，正確的選擇和使用切削液。對(duì)降低切削溫度、減小刀具磨損，提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量有著重要的意義。 a . 冷卻作用 b . 潤(rùn)滑作用 c . 排屑作用 d . 清洗和防銹作用 切削液的種類 ① 水溶液：水 +防銹劑等；呈透明狀。 ② 乳化液：乳化油 +水；