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在研究各种因素影响已加工表面质量的规律之前,应该先了解已加工表面形成的过程。下文介绍高速切削钢件时已加工表面的形成过程。

在第三章里已经着重介绍了切削变形过程中三个变形区(图91)的第一变形区。在第一变形区里,切削层的金属经受塑性变形而成为切屑。第一变形区扩展到切削层下方的金属,使这部分金属将成为已加工表面表层的一部分。由此可见,第一变形区的塑性变形,对巳加工表面质量是有影响的。但是,第三变形区与加工表面的形成关系更为密切。

实际的切削刃并非一条直线,而是近似于半径为rn的圆柱表面。高速钢刀具,rn=1215μm,硬质合金刀具rn=1829μm。后刀面毗邻切削刃的那部分,一经切削便被磨损,成为一条后角αoc0º的棱面。

在第三变形区里,后刀面施加法向力FαN和摩接力Fα于工件。法向力FαN使工件产生径向的塑性变形和弹性变形。摩擦力Fα使加工表面产生切向的塑性变形和弹性变形。

如果把刀具连同三个变形区看作静止的,那么,切削层将朝着刀具运动,其速度为Vc; 当切削层的金属进入第一变形区时,便开始发生塑性变形,使晶粒伸长。切削刃前方的金属继续运动并逐渐接近切削刃时,它的晶粒伸得更长,成为纤维状,最后成 为包围切削刃的纤维。O点以上的那部分沿前刀面流出,成为切屑的底层。由于构成切屑底层的纤维状金属晶粒沿着前刀面流动,故纤维的方向与前刀面平行,亦即 与切屑底面平行。包围切削刃的金属纤维在0点以下的那部分,将绕过切削刃沿后刀面流出,这条纤维越伸越长,越来越细,最后被扭断,成为已加工表面的表层。 由于这表层的金属纤维曾经沿后刀面流动,因而纤维的方向平行于α。=0º的棱面,也就是平行于已加工表面。0点可以看作切削层金属的分流点。

前刀面作用于切削层的法向力为FγN,摩擦力为Fγ,合力为F。 在F的作用下,在第一变形区里,切削层的金属发生塑性变形。在第一变形区外前方的金属发生弹性变形。已经在第一变形区里发生纤维化的金属,有很小的一部分 (分流点0以下的那部分)要进入第三变形区,在进入第三变形区后仍将进一步纤维化。不经第一变形区而直接进入第三变形区的工件金属要在第三变形区里发生塑 性变形,随着进入第三变形区深度的增大,塑性变形也逐渐增大。在第三变形区以外的金属发生弹性变形,这些金属在离开这个弹性变形区以后,弹性变形便恢复。 以上所述是形成已加工表面的全过程。


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