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切削塑性金属的三个变形区

提示:

金属在加工过程中会发生剪切和滑移,图3-2表示了金属的滑移线和流动轨迹,其中横向线是金属流动迹线,纵向线是金属的剪切滑移线。图3-2表示了金属的滑移过程。由图可知,金属切削过程的塑性变形通常可以划分三个变形区。 (1)第一变形区。切削层金属从开始塑性变形到剪切滑移基本完成的过程区。OA与OM之间的区域就是第一变

    金属在加工过程中会发生剪切和滑移,图3-2表示了金属的滑移线和流动轨迹,其中横向线是金属流动迹线,纵向线是金属的剪切滑移线。图3-2表示了金属的滑移过程。由图可知,金属切削过程的塑性变形通常可以划分三个变形区。
    (1)第一变形区。切削层金属从开始塑性变形到剪切滑移基本完成的过程区。OAOM之间的区域就是第一变形区Ⅰ。第一变形区是金属切削变形过程中最大的变形区,在这个区域内,金属将产生大量的切削热,并消耗大部分功率。此区域较窄,宽度仅0.020. 2mm
切削过程变形区
    3-2    切削过程变形区
    (2)第二变形区。产生塑性变形的金属切削层材料经过第一变形区后沿刀具前刀面流出,在靠近前刀面处形成第二变形区。在这个变形区域,由于切削层材料受到刀具前刀面的挤压和摩擦,变形进一步加剧,材料在此处纤维化,流动速度减慢,甚至停滞在前刀面上。而且,切屑与前刀面的压力很大,高达23GPa,由此摩擦产生的热量也使切屑与刀具面温度上升到几百摄氏度的高温,切屑底部与刀具前刀面发生黏结现象。
    切屑与前刀面之间是切屑和刀具黏结层与其上层金属之间的内摩擦,即金属内部的剪切滑移,它与材料的剪切屈服强度和接触面的大小有关。如图3-3所示,刀屑接触面可分为两个区域:一是黏结区lf1,另一是滑动区lf2。在黏结区正应力σγ很大,剪应力τγ也很大,且等于材料的剪切屈服强度。正因为τγ=τs,说明了此区摩擦力是来自切屑底层金属间内部的剪切滑移,所以反映出是内摩擦,在滑动区σγ、τγ都很小,在刀一屑分离处减到零,所以是外摩擦。lf1区的内摩擦力远远大于lf2的外摩擦力,因此前刀面刀一屑的摩擦可认为是lf1区的内摩擦。
切屑与前刀面摩擦情况示意
    3-3    切屑与前刀面摩擦情况示意
    (3)第三变形区。已加工表面受到刀刃钝圆部分和后刀面的挤压与摩擦,产生变形和回弹,造成纤维化与加工硬化。这部分称为第三变形区()
    这三个变形区汇集在刀刃附近,切削层金属在此处与工件母体分离,一部分变成切屑,很小一部分留在已加工表面上。
    (4)第一变形区内金属的剪切变形如图3-4所示,追踪切削层上任一点P,可以观察切削的变形和形成过程。金属切削过程中,刀尖前面的金属发生了极大的剪切变形,且剪切区内的剪切线与自由表面的交角约为45°(符合塑性力学理论)。一般这一变形区的宽度仅为0. 020.2mm。切削速度愈高,宽度愈小。
第一变形区金属的滑移
    3-4    第一变形区金属的滑移
    当切削层中金属某点P向切削刃逼近,到达点1时,此时其剪切应力达到材料的屈服强度τ,故点1在向前移动的同时,也沿OA滑移,其合成运动使点1流动到点22-2′为滑移量。当P点依次到达34。点后,其流动方向与前刀面平行,不再沿OM线滑移。OA称为始剪切滑移线,OM称为终剪切滑移线。在OAOM之间的第一变形区内,其变形的主要特征是沿滑移线的剪切滑移变形以及随之产生的加工硬化。
    切削层金属经过第一变形区的剪切滑移变形后,沿前刀面方向排出时,由于受到前刀面的挤压与摩擦会进一步变形。变形主要集中在和前刀面摩擦的切屑层底面一薄层金属内,这个区域为第二变形区
    变形特征是:使切屑底层靠近前刀面处纤维化,切屑流动速度减慢,底层金属甚至会滞留在前刀面上;由于切屑底层纤维化晶粒被拉长,形成切屑的卷曲;由摩擦产生的热量使切屑底层与前刀面处温度升高。前刀面上的挤压和摩擦不仅造成第二变形区的变形,并且对第一变形区也有影响。例如前刀面的摩擦很大,切屑不易排出,则第一变形区的剪切滑移必将加剧。
    3-5所示为刀刃钝圆情况下已加工表面的形成过程:切屑经过刀刃钝圆B点后,受到后刀面BC段的挤压和摩擦,经过BC段后,这部分金属开始弹性恢复,恢复高度为△h,在恢复过程中又与后刀面CD部分产生摩擦,这部分切削层在OBBCCD段的挤压和摩擦后,形成了已加工表面的加工质量。所以说第三变形区对工件加工表面质量产生很大影响。
刀刃钝圆情况下已加工表面的形成过程
    3-5    刀刃钝圆情况下已加工表面的形成过程


(责任编辑: 佚名 )

  • 本文关键字:切削 金属 

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