金属切削变形区

金属切削层的变形

一 切屑形成过程及变形区的划分

大量的实验和理论分析证明，塑性金属切削过程中切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程。切削层的金属变形大致划分为三个变形区：第一变形区(剪切滑移)、第二变形区(纤维化)、第三变形区(纤维化与加工硬化)。

二 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响

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2-3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。

积屑瘤是如何形成的?

切屑对前刀面接触处的摩擦，使前刀面十分洁净。

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”。

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。

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，温

金属切削

第三章 金属切削的变形过程3.1 研究金属切削变形过程的意义和方法一、意义 金属切削过程是指：通过切削运动，使刀具从工件上切下 金属切削过程是指：通过切削运动， 多余的金属层，形成切屑和已加工表面的过程。 多余的金属层，形成切屑和已加工表面的过程。即被加工 工件的切削层在刀具前面推挤下产生塑性变形， 工件的切削层在刀具前面推挤下产生塑性变形，形成切屑 而被切下来的过程。 而被切下来的过程。 在这过程中产生一系列现象，如形成切屑、切削力、切削 在这过程中产生一系列现象，如形成切屑 切削力、 切屑、 热与切削温度、刀具磨损等 热与切削温度、刀具磨损等，它们产生的根本原因时切削 过程中的弹性变形和塑性变形 金属切削变形过程的研究是金属切削原理的基础理论研究。 金属切削变形过程的研究是金属切削原理的基础理论研究。 是适应生产发展的需要，有助于保证加工质量， 是适应生产发展的需要，有助于保证加工质量，提高生产 率和降低成本。 率和降低成本。

金属切削

二、研究切削变形的实验方法侧面变形观察法 高速摄影法 快速落刀法 SEM观察法 SEM观察法 光弹性、 光弹性、光塑性实验法 其它方法， 其它方法，如：X射线衍射等

金属切削

3.2 金属切削

一、 判断题

1． 机床加工某一具体表面时，至少有一个主运动和一个进给运动。（ X ）

2． C1312单轴转塔自动车床,分配转一转,加工一个工件。（ V ） 3． 主轴部件是机床的执行件。（ V ）

4． M1432A型万能外圆磨床不能磨削内孔。（ X ）

5．切削加工中，主运动是速度较低，消耗功率较小的运动。（ X ）

二、 填空题

1．CA6140型车床的主参数40表示 床身最大回转直径为400mm 。 2．机床的运动分为 表面成形 运 动 和 辅助 运 动 ，其中表面成形运动又分为 主运动和进给运动 。 3．为了防止机床运动发生干涉，在机床传动机构中，应设置 互锁 装置。

机都只能作单方向转动。若光杠反向转动，则不能实现纵、

横向机动进给；若快速电机反向旋转，则超越离合器不起超越作用

。

2说明卧轴矩台平面磨床和立轴圆台平面磨床在生产率与加工质量方面有什么区别？ 答：卧轴矩台平面磨床采用砂轮周边磨削，磨削时砂轮和工件的接触面积小，发热量少，冷却和排屑条件较好，可获得较高的加工精度和表面质量，且工艺范围较宽，除了用砂轮周边磨削水平面外，还可以用砂轮的端面磨削沟槽，台阶等的垂直侧平

金属切削刀具

第三章 金属切削刀具

金属切削刀具

3.1 车刀1. 车刀的种类(1)直头外圆车刀； 直头外圆车刀； (2)弯头车刀； 弯头车刀； (3)偏刀； 偏刀； (4)切槽或切断刀； 切槽或切断刀； (5)镗孔刀； 镗孔刀； (6)螺纹车刀； 螺纹车刀； (7)成形车刀； 成形车刀；

金属切削刀具

2.按结构分类 2.按结构分类整体式( 整体式(HSS)、焊接式、机械夹固式(重磨式、可转位式) 、焊接式、机械夹固式(重磨式、可转位式) 焊接式车刀。焊接式车刀是将一定形状的硬质合金刀片 和刀杆通过钎焊连接而成。 焊接车刀刀杆常用中碳钢制 造，截面有矩形、方形和圆形三种。普通车床多采用矩形 截面。当切削力较大时(尤其是进给抗力较大时),可采用 方形截面。圆形刀杆多用于内孔车刀。

焊接式硬质合金车刀

常用焊接刀片形式

金属切削刀具

可转位式车刀的组成： 可转位式车刀的组成：可转位刀片、刀垫、刀杆、 可转位刀片、刀垫、刀杆、夹紧机构 切削性能好，辅助时间短， 切削性能好，辅助时间短，生产率高

刀片夹紧方式： 刀片夹紧方式： 夹紧力大， (1)上压式 夹紧力大， )定位可靠，阻碍流屑 定位可靠， 结构简单， (2)偏心式 结构简单， ) 不碍流屑， 不碍流屑，夹

第二章 刀具材料

刀具材料的每一次进步几乎都给机械加工业带 来一次革命

机床与刀具材料交替进展，成为切削技术不断向前发展的历史规律 金属切削的发展史，从某种意义上说，可归结 为刀具材料的发展史

刀具种类

1.刀具分类：(1)按加工方式和具体用途，可分为车刀、孔加工刀具、铣 刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀 具和磨具等几大类型。 (2)按所用材料性质，可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、 陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)刀具和金刚石刀具等; (3)按结构形式，可分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和 复合刀具等; (4)按是否标准化，可分为标准刀具和非标准刀具等。

2.1 刀具材料应具备的性能

为了完成切削，除了要求刀具具有合理的角度和适当 的结构外，刀具的材料是切削的重要基础。 在切削过程中，刀具在强切削力和高温下工作，同时 与切屑和工件表面都产生剧烈的摩擦，因此工作条件极为 恶劣。为使刀具具有良好的切削能力，必须选用合适的材 料，刀具材料对加工质量、生产率和加工成本影响极大。

2.1 刀具材料应具备的性能

1.高的硬度和耐磨性：2.足够的强度和韧性： 3.高的耐热性： 4.良好的热物理性能和耐热冲击性能： 5.良好的工艺性：

6.良好的

一、判断题（每空2分，共20分 ）

1、CA6140中的40表示床身最大回转直径为400mm（ 1 ）

2、主轴转速分布图能表达传动路线、传动比、传动件布置的位置以及主轴变速范围（ 0 ） 3、机床加工某一 具体表面时，至少有一 个主运动和一个进给运动（ 0 ）

4、自动机床只能用于大批大量生产，普通机床只能用于单件小批量生产（ 0 ） 5、组合机床是由多数通用部件和少数专用部件组成的高效专用机床（ 1 ） 7、M1432A型万能外圆磨床只能加工外圆柱面,不能加工内孔.( 0 )

8、滚齿机能够进行各种内外直齿圆柱齿轮的加工.( 0 )

9、CA6140型车床加工螺纹时,应严格保证主轴旋转刀具移动一个被加工螺纹的导程.( 1 ) 10、卧式镗床只能用于镗孔加工.( 0 )

11.滚齿机能够进行各种内外直齿圆柱齿轮的加工（ 0 ） 二.填空题（每空2分，共40分）

1．Z3040型摇臂钻床型号的含义：Z表示钻床30表示摇臂_40表示_最大直径40mm 5.CA6140车床可车削_米制__英制__模数__径节__四种标准的常用螺纹

1. 正交平面,基面,切削平面的定义是什么?

正交平面是过主切削刃上选定点,并垂直于切削平面PS与基面Pr的平面 切削平面是通过刀刃上选定点,切于工件过渡表面的平面 2. 加工硬化现象发生在第几变形区?

3. 在加工高强度,高硬度材料时,为提高刀具强度和寿命,应选取较怎样的主偏角? 4. 影响表面粗糙度最为显著的一个因素是 5. 切塑性材料时,刀具的前角应怎样选取

6. 在切削普通金属材料时,取刀具寿命为多少时,允许的切削速度值的大小来评定材料切削

加工性的好坏

7. 铣削工件,平行于铣刀轴线方向的吃刀量称作什么 8. 铣削工件,垂直于铣刀轴线方向的吃刀量称作什么

9. 在检测刀具的主切刃角度时,在正交平面内可检测的角度

10. 凡影响切削过程变形和摩擦的因素,均影响切削力,其中主要包括哪三个方面的因素 11. 在工艺系统刚性较好时,不产生振动的条件下,副偏角宜取较大值吗 12. 切塑性材料时,刀具的前角应增大还是减小 13. 切削温度高低决定于哪两方面的因素 14. 那个刀角正大,切削变形减小,切削力减小

15. 切削厚度与切削宽度随刀具的那个角度大小的变化而变化 16. 不同切屑的特征各是什么

17. 切削难加工材料宜选用哪一类硬

特别提示：请诚信应考,考试违纪或作弊将带来严重后果！

成都理工大学工程技术学院 2010－2011学年第 1学期 《金属切削机床》机制专业期末试卷A

注意事项：1. 考前请将密封线内的各项内容填写清楚； 2. 所有答案请直接答在试卷上； 3．考试形式：闭卷；

4. 本试卷共 五 大题，满分100分， 考试时间120分钟。

一、填空题（30%，每空1分）

1、1、CA6140型车床型号的含义：C表示_______________________ 1表示______________________40表示_______________________。 2、CA6140车床可车削____________________、___________________、 _________________、_________________四种标准的常用螺纹。

3、万能外圆磨床基本的磨削方法：________________和________________。 4、CA6140车床为了避免光杆和快速电机同时传动给某一轴，应采用_________离合器;进给过程中为了避免进给力太大或刀架受阻碍而损坏传动机构，应设有________

1.说明何谓简单运动？何谓复合运动？其本质区别是什么？

答:如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运动或直线运动构成的，则称此成形运动为简单成形运动，简称简单运动。如果一个独立的成形运动是由两个或两个以上的旋转运动或直线运动，按照某种确定的运动关系组合而成的，则称此成形运动为复合成形运动，简称复合运动。本质区别在于简单运动是由单独的旋转运动或直线运动组成的，而复合运动是由多个旋转运动或直线运动组合而成的。

2.各类机床中，可用来加工外圆表面、内孔、平面和沟槽的各有那些机床？它们的适用范围有何区别？

答：卧式车床加工所用的刀具主要是车刀，能够车削内外圆柱面、回转体成形面和环形槽，车削端面和各种螺纹，还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、套丝和滚花等。但卧式车床自动化程度较低，加工形状复习的工件时换刀比较麻烦，加工中辅助时间较长生产率低，故仅适用于单件小批生产及修

理车间。

磨床是用磨料磨具为工具进行切削加工的机床，可加工内外圆柱面和圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成形面等，还可以刃磨刀具和进行切断等。只要用于零件的精加工，尤其是淬硬钢件和高硬度特殊材料零件的精加工。

钻床一般用于加工直径不大，精度要求较低的孔，其中立式钻床只

背景介绍：切削过程是一个很复杂的工艺过程，它不但涉及到弹性力学、塑性力学、断裂力学，还有热力 学、摩擦学等。同时切削质量受到刀具形状、切屑流动、温度分布、热流和刀具磨损等影响，切削表面的残余应力和残余应变严重影响了工件的精度和疲劳寿命。利 用传统的解析方法，很难对切削机理进行定量的分析和研究。计算机技术的飞速发展使得利用有限元仿真方法来研究切削加工过程以及各种参数之间的关系成为可能。近年来，有限元方法在切削工艺中的应用表明，切削工艺和切屑形成的有限元模拟对了解切削机理，提高切削质量是很有帮助的。这种有限元仿真方法适合于分析弹塑性大变形问题，包括分析与温度相关的材料性能参数和很大的应变速率问题。ABAQUS作为有限元的通用软件， 在处理这种高度非线性问题上体现了它独到的优势，目前国际上对切削问题的研究大都采用此软件，因此，下面针对ABAQUS的切削做一个入门的例子，希望初 学者能够尽快入门，当然要把切削做好，不单单是一个例子能够解决问题的，随着深入的研究，你会发现有很多因素影响切削的仿真的顺利进行，这个需要自己去不 断探索，在此本人权当抛砖引玉，希望各位切削的大神们能够积极探讨起来，让我们在切削仿真的探索上更加精确，更加完善。

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