2.2切削变形及对加工表面的影响（课件）-《机械加工技术》同步教学(航空出版社)

机械加工技术 第三节 切削变形及对加工表面的影响 一、切屑的形成 金属切削过程本质为材料产生剪切滑移的塑性变形过程。 切屑的形成过程很复杂, 按变形机理不同, 形成了3个变形区: ① 第Ⅰ变形区如右图所示, 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Ⅱ变形区如左图所示, 金属为挤压摩擦变形。 ③ 第Ⅲ变形区如左图所示，位于后刀面和已加工表面之间, 第Ⅲ变形区内的摩擦与变形情况, 直接影响着已加工表面的质量。 二、切屑的种类 由于切削条件和工件材料不同, 切削过程中生成的切屑形状主要分为带状、节状、粒状和崩碎4种类型。 1. 带状切屑 带状切屑是连续不断且呈带状, 内表面是光滑的, 外表面是毛茸茸的，如左图所示。 2. 节状切屑( 挤裂切屑) 切屑的外表面呈锯齿形, 内表面有时有裂纹，如右图所示。 一般加工塑性金属材料时, 当切削厚度较小、 切削速度较高、 刀具前角较大时, 往往得到这类切屑。 这种切屑大多在加工较硬的塑性金属材料且所用的切削速度较低、 切削厚度较大、 刀具前角较小的情况下产生。 3 3. 粒状切屑(单元切屑) 在切削塑性材料时, 如果被剪切面上的应力超过零件材料的强度极限时, 裂纹扩展到整个面上, 切屑单元从被切材料上脱落, 形成粒状切屑，如左图所示。 4. 崩碎切屑 切削脆性材料时, 崩碎切屑的形状不规则, 加工表面是凹凸不平的，如右图所示。 加工金属材料时, 当切削厚度较大, 切削速度较低、 刀具前角较小时, 易产生粒状切屑。 崩碎切屑发生在加工脆性材料时( 如铸铁) , 零件材料越是硬脆, 刀具前角越小, 切削厚度越大时, 越易产生这类切屑。 前三种切屑是加工塑性金属时常见的切屑类型, 可以随切削条件变化而相互转化。 三、 切削对表面粗糙度的影响 1. 残余面积 如下图所示，刀尖在工件表面的运动轨迹是一条螺旋线, 致使工件上始终有一个三角形区域(Δabc) 残留在工件表面上, Δabc为残余面积。 2. 积屑瘤 在中等切削速度下, 对一般钢料或塑性材料切削时, 常在刀具切削刃附近的前面上粘附上一块很硬的金属, 称为积屑瘤。 优点: 代替刀刃进行切削; 粗加工时对刀起保护作用。 缺点: 工件表面有沟纹和毛刺；可造成过切削量。 3. 振动波纹 工艺系统刚性不足、 切削力不稳定, 机床会产生振动, 使工件和刀具产生附加的相对位移，导致已加工表面出现周期性的纵横向波纹, 增大表面粗糙度。 残余应力 在没有外力作用的条件下, 物体内部保持平衡而存留的应力称为残余应力。 产生的原因主要有机械应力引起的塑性变形、 热应力引起的塑性变形和相变引起的体积变化。 加工硬度 加工硬化是在切削过程中, 工件已加工表面受刀刃和后面的挤压和摩擦而产生塑性变形，表层组织发生变化、 硬度显著提高的现象。 表层硬度约为原材料的1. 2~2倍。 表层材质 变化 四、 表层材质变化 第四节 切削力 一、切削力的来源 如左图所示，作用于前刀面的力有法向力 Fnγ 和摩擦力 Ffγ ,作用于后刀面的力有法向力 Fnα 和摩擦力 Ffα 。Fnγ 与 Ffγ 合成为 Fγ , Fnα 与Ffα 合成为 Fα , Fγ 与 Fα 再合成为 F , F 就是作用在刀具上的总切削力。 切削过程中, 刀具使工件材料发生变形并使多余材料成为切屑所需要的力称为切削力。 二、总切削力的分解 在切削过程中,工件上有以下3个不断变化着的表面,如下图所示。 切削力Fc 是总切削力F 在主运动方向上的分力,也称为切向力。 进给力Ff是总切削力F 在进给运动方向上的分力,车削外圆时与主轴轴线方向一致,又称 轴向力。 背向力Fp 是总切削力F 在垂直于进给运动方向上的分力,也称为径向力或吃刀抗力。 三、切削分力和功率的估算 1. 切削分力的估算 车削钢料时:Fc=2000apf 2. 切削功率的估算 机床电动机的功率(PE )为： 车削铸铁时:Fc=1000apf 四、 影响总切削力的因素 1. 工件材料 2. 刀具角度 前角对切削力影响最大。 负倒棱可以提高刃口强度,从而提高刀具使用寿命,但被切削 金属的变形加大,使切削力增加。 主偏角Kr 对切削力Fc 的影响较小,对背向力Fp 和进给力Ff 的