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深圳盐田脆性材料的切屑形成过程是什么

2013年12月10日 01:15:00 发布

延伸率S是衡量材料塑性性能的指标。工程上通常把的材料称为塑性材料,如 钢、铜、铝合金等;把<^<5%的材料称为脆性材料,如铸铁、陶瓷、石材等。脆性材料的断裂机理和塑性材料有很大的不同:塑性材料断裂是在很大的塑性变形后发生的;而脆性材料断裂一 般是在很低的应力下,几乎没发生什么塑性变形就断裂了。
 

延伸率S是衡量材料塑性性能的指标。工程上通常把的材料称为塑性材料,如 钢、铜、铝合金等;<^<5%的材料称为脆性材料,如铸铁、陶瓷、石材等。脆性材料的断裂机理和塑性材料有很大的不同:塑性材料断裂是在很大的塑性变形后发生的;而脆性材料断裂一 般是在很低的应力下,几乎没发生什么塑性变形就断裂了。这种快速断裂,塑性区和裂纹尺寸相对很小,断口平齐。

脆性材料切削时通常产生的是不连续的单元型切屑和崩碎型切屑。不连续切屑形成时, 材料中裂纹或是周期性地出现不稳定传播现象,或是稳定地生长,并导致断裂。在断裂发生后的瞬时前刀面上仅有少量或甚至没有切屑材料,当工件继续靠近刀具时,切屑沿前刀面向上移动,产生很大的压缩和剪切应变。这时如转变为不稳定状态,则易于形成裂纹,将切屑分开。 这种循环不断重复地完成,于是便形成不连续型切屑。由于切削速度通常低于10 m/s,极少 超过100 m/s而裂纹传播速度却高达5 000 m/s因此,裂纹一旦进入不稳定状态,断裂将随 即发生。

       切屑的类型

在切削加工中,可以看到各种颜色、形状不同的切屑。按几何形状归纳大致有四种类型,如图2. 7所示。

带状切屑在切屑形成过程中,当切屑在滑移面OM处的应力'仍小于材料的强度极限 时,则切屑延绵较长没有裂纹,靠近前刀面的一面很光滑,另一面呈现毛茸状,形成常见的带状 切屑。一般在加工塑性材料、切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时往往得到这种

切屑。

挤裂切屑在切屑形成过程中,工件材料塑性变形较大,由此而产生的加工硬化使在 滑移面OM处应力增加,局部达到了材料的强度极限。此时,切屑只在上部被挤裂而下部仍 然相连,即靠近前刀面一面很光滑,另一面呈锯齿状,形成挤裂切屑。一般加工塑性材料,切削厚度较大、切削速度较低、刀具前角较小的情况下易于得到这种切屑。

单元切肩如果被切削材料塑性较小,或切削过程中工件材料的塑性变形很大,以至 使切屑在滑移面OM处或在此之前,应力已经达到材料的强度极限,则切屑沿某一断裂面破 裂。此时裂纹贯穿整个切屑厚度,形成近似梯形的单元切屑。一般加工塑性材料,切削厚度较大、切削速度较低、刀具前角较小的情况下可以得到这种切屑。

崩碎切屑切削脆性材料时,由于材料塑性很小,抗拉强度低,刀具切入后,靠近切削 刃和前刀面的工件材料在塑性变形很小时就被挤裂或在拉应力状态下脆断,形成不规则的碎块状的崩碎切屑。切削厚度越大、刀具前角越小,越容易产生这种切屑。

  积屑痼

在切削塑性材料时,往往在前刀面上紧靠刃口处黏结着一小块很硬的金属楔块,如图2.8 所示。这个楔块称为积屑瘤(Built Up Edge,简称BUE)。

切削塑性材料时,由于前刀面与切屑底面之间的挤压与摩擦作用,使靠近前刀面的切屑底层流动速度减慢,产生一层很薄的滞留层,使切屑上层金属与滞留层之间产生相对滑移。上下 层之间的滑移阻力称之为内摩擦力。在一定切削条件下,由于切削时产生的温度和压力,使 

得刀具前刀面与切屑底部滞留层之间的摩擦力(称之为外摩擦力)大于内摩擦力,此时滞留层 金属与切屑分离而黏结在前刀面上。随后形成的切屑,其底层沿着这被黏结的一层相对流动,又出现新的滞留层。当新旧滞留层之间的摩擦力大于切屑上层金属与新滞留层之间的内摩擦力 时,新的滞留层又产生黏结。这样一层一层地滞留、黏结从而逐渐形成一个楔块,这就是积屑瘤。

在积屑瘤生成过程中,它的高度不断增加,但由于切削过程中的冲击、振动、负荷不均匀及切削力的变化等原因,会出现整个或部分积屑瘤破裂、脱离及再生的现象。

由于滞留层的金属经过数次变形强化,因此积屑瘤的硬度很高,一般是工件材料硬度的 23倍。积屑瘤形成后,代替切削刃和前刀面进行切削,有保护切削刃、减轻前刀面及后刀面 摩擦的作用。但是当积屑瘤破裂脱落时,切屑底部和工件表面带走的积屑瘤碎片,分别对前刀面和后刀面有机械擦伤作用;当积屑瘤从根部完全脱落时将对刀具表面产生黏结磨损。积屑 瘤生成后刀具的实际前角增大,减少了切屑变形降低了切削力。积屑瘤有一定的伸出量,因而改变了切削深度和进给量,影响尺寸精度,对精加工影响尤为显著。

6.鳞刺

切削一些塑性金属时,若在较低的或中等的切削速度下,使用高速钢、硬质合金或陶瓷刀具,工件的加工表面上可能会出现鱗片状、有裂口的毛刺,称之为鱗剌”。鳞刺对表面粗糙度 有严重的影响,使工件表面变得十分粗糙。它的产生对于切削加工中获得较小粗糙度的表面是一大障碍。

鳞刺形成原因是在较低的切削速度下形成挤裂切屑或单元切屑时,切屑与前刀面间的摩擦力发生周期性变化,促进切屑在前刀面上周期地停留,并代替刀具推挤切削层,造成切削层 材料的积聚,并使切削厚度向切削下一层增大,已加工表面出现拉应力从而导致断裂,生成 鱗刺。

鱗刺的形成过程可分为四个阶段:

(1)擦拭阶段

切屑沿着前刀面流出,切屑以刚切离的新表面擦拭刀尖附近的前刀面,将摩擦面上有润滑 

作用的吸附膜逐渐擦净,从而导致摩擦力增大,为切屑在前刀面上的停留创造了条件

 

导裂阶段

当刀一屑间摩擦力增大到能抵制推动切屑沿前刀面流出的切向分力时,切屑便停留在前刀面上,暂且不再沿前刀面流出。这时切屑代替前刀面挤压切削层,刀具只起支持切屑的作 用。这一阶段的重要特征是•.在切削刃前下方,切屑与已加工表面之间出现一裂口,即导裂。 第二阶段比第一阶段历时要短得多,       

  层积阶段

因切削运动的连续性,切屑一旦停留在前刀面上便代替刀具继续挤压切削层使切削层 中受到挤压的金属转变为切屑。这部分受挤压的材料,开始逐层聚积在起挤压作用的那部分切屑的下方,逐渐转化为切屑,而后又立即参加挤压切削层的工作。随着层积过程的发展,切削厚度将不断增大,切削力也随之增大,

         切顶阶段

由于切削厚度逐渐增大,切削抗力也随之增大,推动切屑沿前刀面流出的分力F,也增 大。当层积材料达到一定厚度后,尽力便也随之增大到能够推动切屑重新流出的程度,切屑 又重新开始沿前刀面流出,同时切削刃便切出鳞刺的顶部。至此,一个鱗刺的形成过程便结束

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