金属切削过程三个变形区的特点

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

1

大连理工大学

硕士学位论文

金属切削过程的有限元法仿真研究

姓名：于贻鹏

申请学位级别：硕士

专业：机械设计及理论

指导教师：王殿龙

20051201

1

大连理工大学硕士学位论文

摘要

在金属切削加工中，对切削过程的研究有着重要的意义。切削力、切削温度和刀具的磨损是反映切削过程的主要指标，特别是切肖０力，其使用范围更广。在切削过程中，直接决定着切削热的产生，并影响刀具磨损、破损和使用寿命，工件加工精度以及己加工表面的质量等。传统的切削研究，主要是从切削理论和切削试验两个方面来进行。长期以来，许多学者对切削力预报作了大量的理论研究工作，期望从理论上获得切削力的计算公式，但由于影响切削力的实际因素众多，切削的过程十分复杂，给建立切削力的理论模型带来很大的困难；利用正交试验获得切削力的试验数据，通过回归分析得出经验公式是生产中比较常用的方法，但当加工条件有较大变化时，利用经验公式计算得到的结果会与实际相差很大，通用性不强。

切削过程的建模和仿真在改进切削刀具的设计和优化切削参数方面有很大的发展潜力。有限元法逐渐成为切削过程的研究和仿真的一种有效手段。本文的主要目的就是建立一个切削过程仿真的有限元模型，预报切削力、刀具应力和切削温度。在预先收集工件流动应力数据和在高应变

金属刀具切学原理

第三章 金属切削过程 的基本规律

金属刀具切学原理

金属切削过程是刀具从工件表面上切除金属余量， 获得符合要求的已加工表面的过程。在这个过程中将产 生许多物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损等，这 些均以切削过程中金属的弹、塑性变形为基础。而生产 实践中出现的积屑瘤、鳞刺、振动等问题，又都同切削 过程中的变形规律有关。因此，研究和掌握切削过程中 的基本规律，将有利于金属切削技术的发展，对合理选 择切削用量，提高生产效率，工件的加工质量和降低生 产成本都有重要的意义。

金属刀具切学原理

1898年Taylor和White发明高速 钢。1930 年前后人们又发明了硬质合金。 新的刀具材 料的出现使切削加工的生产效率大大提高，应 用范围越来越广。以高速 钢的应用为例， Trent在他的名著《Metal Cutting》中写到 “高速钢刀具的出现引起了 金属切削实践的 革命，大大提高了机械加工车间的生产率，并 要求完全改变机床的结构 ，据估计，在最初 几年，美国的工程制造业，由于使用了价值二 千万美元的高速钢而 增加了八十亿美元的产 值。” 与此同时，生产实际也给金属切削研 究者带来了许多急需解决的问题，例如刀具 的耐用度，加工表面质量，切屑

金属刀具切学原理

第三章 金属切削过程 的基本规律

金属刀具切学原理

金属切削过程是刀具从工件表面上切除金属余量， 获得符合要求的已加工表面的过程。在这个过程中将产 生许多物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损等，这 些均以切削过程中金属的弹、塑性变形为基础。而生产 实践中出现的积屑瘤、鳞刺、振动等问题，又都同切削 过程中的变形规律有关。因此，研究和掌握切削过程中 的基本规律，将有利于金属切削技术的发展，对合理选 择切削用量，提高生产效率，工件的加工质量和降低生 产成本都有重要的意义。

金属刀具切学原理

1898年Taylor和White发明高速 钢。1930 年前后人们又发明了硬质合金。 新的刀具材 料的出现使切削加工的生产效率大大提高，应 用范围越来越广。以高速 钢的应用为例， Trent在他的名著《Metal Cutting》中写到 “高速钢刀具的出现引起了 金属切削实践的 革命，大大提高了机械加工车间的生产率，并 要求完全改变机床的结构 ，据估计，在最初 几年，美国的工程制造业，由于使用了价值二 千万美元的高速钢而 增加了八十亿美元的产 值。” 与此同时，生产实际也给金属切削研 究者带来了许多急需解决的问题，例如刀具 的耐用度，加工表面质量，切屑

第三章：金属切削过程的基本规律

一、选择

54、切屑形成过程中剪切角φ是

A 剪切滑移面与切削速度之间的夹角 B 切削合力方向与剪切滑移面之间的夹角 C 切削合力方向与切削速度之间的夹角 D 55、减少切削厚度压缩比的主要措施是

A 减少前角 B 提高切削速度 C 减少切削深度 D 增加进给量 56、影响切削厚度压缩比的主要因素是

A 工件材料、切削用量 B 工件材料、切削速度

C 工件材料、背吃刀量、进给量 D 工件材料、刀具角度 57、表示塑性金属切削变形程度最常用的指标是

A 剪切角 B 切削厚度压缩比 C 前刀面与切屑的摩擦系数 D 相对滑移 58、减少刀具与切屑摩擦系数的主要措施是

A 低速切削 B 增大前角 C 增大进给量 D 加润滑液 59、前刀面上的摩擦（刀屑间）属：

A 外摩擦 B 内摩擦 C 外摩擦与内摩擦兼有 D 加切削液时属液体摩擦 60、切削时减小刀具与切屑间摩擦系数的最有效方法是

A 提高工件强度 B 提高切削速度 C 增大切削厚度 D 增大前角 61、刀具角度对切削变形影响较大的是

A 增大前角，变

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大连理工大学

硕士学位论文

金属切削过程的有限元法仿真研究

姓名：于贻鹏

申请学位级别：硕士

专业：机械设计及理论

指导教师：王殿龙

20051201

1

大连理工大学硕士学位论文

摘要

在金属切削加工中，对切削过程的研究有着重要的意义。切削力、切削温度和刀具的磨损是反映切削过程的主要指标，特别是切肖０力，其使用范围更广。在切削过程中，直接决定着切削热的产生，并影响刀具磨损、破损和使用寿命，工件加工精度以及己加工表面的质量等。传统的切削研究，主要是从切削理论和切削试验两个方面来进行。长期以来，许多学者对切削力预报作了大量的理论研究工作，期望从理论上获得切削力的计算公式，但由于影响切削力的实际因素众多，切削的过程十分复杂，给建立切削力的理论模型带来很大的困难；利用正交试验获得切削力的试验数据，通过回归分析得出经验公式是生产中比较常用的方法，但当加工条件有较大变化时，利用经验公式计算得到的结果会与实际相差很大，通用性不强。

切削过程的建模和仿真在改进切削刀具的设计和优化切削参数方面有很大的发展潜力。有限元法逐渐成为切削过程的研究和仿真的一种有效手段。本文的主要目的就是建立一个切削过程仿真的有限元模型，预报切削力、刀具应力和切削温度。在预先收集工件流动应力数据和在高应变

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

第一章

金属切削过程的基础知识本章提要 Abstract 1.1 基本定义 Basic definition 1.2 刀具材料 Material of the cutting tool

Chapter 1 Fundamentals of Cutting

本章提要本章主要介绍金属切削过程的基础知识，分两大部分： 一、基本定义——介绍金属切削过程方面的一些基本概 念，它包括切削运动、切削用量、参考系(基面、切削平 面、主剖面)、刀具标注角度、切削层参数等。 二、刀具材料——介绍刀具材料应具备的性能(硬度、 耐磨性、强度、韧性、耐热性、工艺性、经济性),两种 常用的刀具材料(高速钢、硬质合金)和其它刀具材料 (涂层、陶瓷、人造金刚石、立方氮化硼)。

1 )理解金属切削过程的四大规律：变形规律：工件材料硬度(强度)、刀具前角、切削速度、进给量等 对变形的影响。

切削力规律：工件材料硬度(强度)、刀具角度、切削用量、刀具磨 损对切削力的影响。切削温度规律：工件材料硬度(强度)、刀具角度、切削用量、刀具 磨损对切削温度的影响。 刀具磨损与刀具耐用度规律：工件材料硬度(强度)、刀具角度、切 削用量、刀具材料性能对耐用度的影响。

2 )了解四大规律在生产过程中的四个方面

可转位刀片上的涂层在控制切削过程中的作用

可转位刀片上的涂层在控制切削过程中的作用

摘要

本文使用TiC、TiC/TiN和TiC/Al2O3/TiN三种涂层刀具分别切削中碳钢和奥氏体不锈钢，研究了其切削比压和刀-屑界面温度的不同。通过大量的试验对切削力和接触温度进行了测量。切削温度是通过在工件上嵌入标准热电偶进行测量的。引进2个新参数来比较使用平型和槽型刀片时的刀-屑接触的切削力与切削温度。在高速切削时，最优的涂层结构能使刀-屑接触温度和功率损耗最小。这种测量力和温度的新方法与原来刀-屑接触的方法相比，其区别主要在于它能为槽型刀片的设计提供具体的数据。

关键词：切削比压；界面温度；涂层；钢；车削

1.引言

使用涂层刀具切削加工各种材料，包括难切削材料，表明先进的机加工技术和目前的加工过程对刀具材料的要求越来越高。根据市场数据，目前的现代企业所使用的刀具中，超过40%的为涂层刀具，它们完成了所有机加工任务的80%。在车削加工中，超过80%的可转位刀片为涂层刀片，其所采用的主要的涂装工艺为化学气相沉积（CVD）。常用的CVD涂层材料包括碳化钛（TiC），氮化钛（TiN），氧化铝（Al2O3），及其多层、多组分材料。一些多层涂层的加工利用两种加工技术，比如CV

可转位刀片上的涂层在控制切削过程中的作用

可转位刀片上的涂层在控制切削过程中的作用

摘要

本文使用TiC、TiC/TiN和TiC/Al2O3/TiN三种涂层刀具分别切削中碳钢和奥氏体不锈钢，研究了其切削比压和刀-屑界面温度的不同。通过大量的试验对切削力和接触温度进行了测量。切削温度是通过在工件上嵌入标准热电偶进行测量的。引进2个新参数来比较使用平型和槽型刀片时的刀-屑接触的切削力与切削温度。在高速切削时，最优的涂层结构能使刀-屑接触温度和功率损耗最小。这种测量力和温度的新方法与原来刀-屑接触的方法相比，其区别主要在于它能为槽型刀片的设计提供具体的数据。

关键词：切削比压；界面温度；涂层；钢；车削

1.引言

使用涂层刀具切削加工各种材料，包括难切削材料，表明先进的机加工技术和目前的加工过程对刀具材料的要求越来越高。根据市场数据，目前的现代企业所使用的刀具中，超过40%的为涂层刀具，它们完成了所有机加工任务的80%。在车削加工中，超过80%的可转位刀片为涂层刀片，其所采用的主要的涂装工艺为化学气相沉积（CVD）。常用的CVD涂层材料包括碳化钛（TiC），氮化钛（TiN），氧化铝（Al2O3），及其多层、多组分材料。一些多层涂层的加工利用两种加工技术，比如CV