第三章-金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律-資料課件

第三章金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律第一節(jié)金屬的切削過(guò)程第二節(jié)切削力與切削功率第三節(jié)切削熱與切削溫度第四節(jié)刀具的磨損及使用壽命第五節(jié)刀具合理幾何參數(shù)的選擇第六節(jié)工件材料的切削加工性第一節(jié)金屬的切削過(guò)程一、概述刀具擠壓工件，產(chǎn)生變形滑移擠裂切離二、切削變形區(qū)第一變形區(qū)：（基本變形區(qū)）OA~OM之間的區(qū)域，是切削過(guò)程中的主要變形區(qū)，是切削力和切削熱的主要來(lái)源。主要特征：剪切面的滑移變形第二變形區(qū)：切屑底層與前刀面之間的摩擦變形區(qū)。主要影響切屑的變形和積屑瘤的產(chǎn)生。第三變形區(qū)第二變形區(qū)第一變形區(qū)第三變形區(qū)：工件已加工表面與刀具后刀面之間的擠壓、摩擦變形區(qū)域。造成工件表面的纖維化與加工硬化。該區(qū)域?qū)ぜ砻娴臍堄鄳?yīng)力以及后刀面的磨損有很大的影響。三、切屑的類型帶狀切屑：產(chǎn)生條件：切削塑性材料、切削速度高、切削厚度較小、前角大。形狀：連綿不斷呈帶狀，切屑底面很光滑而背面呈毛茸狀。形成原因：切速高，切削層未及充分變形即變?yōu)榍行迹羟忻嫔系膽?yīng)力還未達(dá)到破壞值，因此只有塑性滑移而無(wú)斷裂；前角大，則刀具鋒利；hD小則切削力小。故易得帶狀切屑。特點(diǎn)：切削過(guò)程變形小，切削力小且穩(wěn)定；已加工表面粗糙度低。對(duì)生產(chǎn)安全有危害。三、切屑的類型擠裂切屑：（節(jié)狀切屑）形狀：宏觀上自然連接，但外表面呈鋸齒形，如竹節(jié)狀。產(chǎn)生條件：切削塑性材料、切削速度中等、切削厚度較厚、前角較小。形成原因：切削層經(jīng)過(guò)充分變形全過(guò)程，最后被擠裂。特點(diǎn)：切屑冷硬度高，脆且易斷，便于處理；變形相對(duì)較大，切削力波動(dòng)較大，易產(chǎn)生振動(dòng)；已加工表面粗糙度較高。三、切屑的類型單元切屑：形狀：切屑沿?cái)D裂面完全斷開(kāi)成單元狀。產(chǎn)生條件：材料塑性很差、切速低、hD大、前角小。形成原因：整個(gè)剪切面上剪應(yīng)力超過(guò)材料的破壞強(qiáng)度極限。特點(diǎn)：切削力波動(dòng)很大，有振動(dòng)；已加工表面非常粗糙，且有振紋。三、切屑的類型蹦碎切屑：形狀：切屑呈不規(guī)則的碎塊狀。產(chǎn)生條件：切削脆性材料。形成原因：材料塑性差，抗拉強(qiáng)度低，受前刀面擠壓時(shí)幾乎沒(méi)有塑性變形便脆斷成不規(guī)則的碎塊。特點(diǎn)：切削過(guò)程不平穩(wěn)，切削力波動(dòng)大，有沖擊，振動(dòng)大，已加工表面粗糙。四、切削的變形及影響因素變形系數(shù)：厚度變形系數(shù)：長(zhǎng)度變形系數(shù)：根據(jù)體積不變?cè)頂?shù)：影響切削變形的因素：工件材料：刀具角度：切削速度：工件塑性↗延伸率δ

↗ξ

↗γO

↗刀具鋒利塑性變形↙ξ↙vc

↗ξ↙五、積屑瘤“在一定的溫度和壓力下,切削塑性金屬時(shí),切屑底層與前刀面嵌入式結(jié)合發(fā)生冷焊現(xiàn)象,使一部分切屑粘結(jié)在前刀面上,形成積屑瘤”。特點(diǎn)：硬度是工件材料的2~3.5倍，可以代替刀具切削。周而復(fù)始的生長(zhǎng)、脫落。產(chǎn)生條件：切削塑性材料。切削區(qū)的溫度、壓力和界面狀況符合在刀面上發(fā)生冷焊的條件。對(duì)切削過(guò)程的影響：積屑瘤代替刀刃進(jìn)行切削，保護(hù)了刀刃，增大了前角。積屑瘤形狀不規(guī)則，頻繁生長(zhǎng)脫落，影響尺寸精度和表面質(zhì)量。故：粗加工時(shí)可人為控制積屑瘤的生長(zhǎng)，使積屑瘤能穩(wěn)定存在。精加工時(shí)應(yīng)抑制積屑瘤的產(chǎn)生?？刂拼胧禾岣咔暗睹娴墓饣潭龋惶岣吖ぜ挠捕龋档退苄?；采用合適的切削液；避開(kāi)積屑瘤產(chǎn)生的速度范圍。第二節(jié)切削力與切削功率一、切削力的來(lái)源：工件、切屑的變形抗力刀具與切屑、工件與刀具之間的摩擦阻力二、切削力的分解主切削力：FC在主運(yùn)動(dòng)方向的分力。FC與切削速度方向一致，又稱切向抗力。是計(jì)算機(jī)床切削功率的主要依據(jù)。背向力：FP總切削力在切深方向的分力。FP在基面內(nèi)，與進(jìn)給方向垂直。進(jìn)給抗力：Ff在進(jìn)給方向的分力。是計(jì)算或校核機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的依據(jù)。切削力的測(cè)量原理三、切削力的計(jì)算由實(shí)驗(yàn)獲得經(jīng)驗(yàn)公式：注意：計(jì)算公式由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，式中的各項(xiàng)應(yīng)按照實(shí)驗(yàn)時(shí)的單位計(jì)算。即：aP：mm，f：mm/r手冊(cè)中的數(shù)據(jù)為特定切削條件下測(cè)得的數(shù)據(jù)，當(dāng)實(shí)際的條件與實(shí)驗(yàn)公式條件不符時(shí)，應(yīng)加修正系數(shù)。四、單位切削力“單位面積上的主切削力”：估算切削力：五、切削功率機(jī)床總功率：?jiǎn)挝磺邢鞴β省皢挝粫r(shí)間內(nèi)切下單位體積金屬所需的功率”第三節(jié)切削熱與切削溫度一、產(chǎn)生原因：切削層的彈性及塑性變形。切屑與前刀面，工件與后刀面的摩擦。第一變形區(qū)：60%的熱量第二變形區(qū)：30%的熱量第三變形區(qū)：10%的熱量二、切削熱的傳遞：Q=Q屑+Q刀+Q工+Q介在不使用冷卻液的情況下：Q屑>Q刀>Q工>Q介三、切削溫度切削溫度分布：切削脆性材料時(shí)最高溫度區(qū)域切削塑性材料時(shí)最高溫度區(qū)域切削溫度：“指切削區(qū)（切屑與前刀面接觸區(qū)）的平均溫度200℃以下切屑呈銀白色220℃切屑呈淡黃色270℃切屑呈暗紅色290~300℃切屑呈暗藍(lán)色320℃切屑呈藍(lán)色350℃切屑呈藍(lán)灰色400℃切屑呈灰白色>500℃切屑呈紫黑色切削碳鋼時(shí)：四、影響切削溫度的因素分析工件材料:HB、σb↗切削抗力↗功耗↗θ℃↗熱處理HBσbθ℃正火18760100%調(diào)質(zhì)22975125%淬火44HRC148145%45#鋼為例：四、影響切削溫度的因素分析切削用量對(duì)切削溫度的影響：vc、f、ap↗θ

℃↗用YT15刀具，切削45#鋼時(shí)(σb=75kg/cm2)刀具幾何參數(shù)對(duì)切削溫度的影響四、影響切削溫度的因素分析γO

↗θ

℃↙θ

℃↗κr

↗五、控制切削溫度的措施正確使用切削液：合理選擇切削用量：在滿足工藝要求的前提下，取小的vc較大的ap、f改善刀具幾何條件：θ

℃↙γO↗第四節(jié)刀具的磨損及使用壽命一、刀具的磨損形式：二、刀具磨損機(jī)理磨料磨損工件和切屑中的硬質(zhì)點(diǎn)（如炭化物）以及不斷脫落的積屑瘤碎片劃擦刀面產(chǎn)生磨損。冷焊磨損切屑與刀具在壓力和摩擦條件下冷焊粘結(jié)，然后相互被拉開(kāi)，產(chǎn)生表面破壞傷痕。二、刀具磨損機(jī)理擴(kuò)散磨損：工件材料和刀具在高溫下（900~1000℃）相互擴(kuò)散造成的磨損。二、刀具磨損機(jī)理氧化磨損：刀具上的表面膜被切屑或工件表面劃擦掉后，在高溫下（700~800℃）與空氣中的氧作用產(chǎn)生松脆氧化物，造成刀具磨損。綜上所述：三、磨損過(guò)程四、刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)“指后刀面磨損帶中間部分平均磨損量允許達(dá)到的最大磨損尺寸”。以VB表示五、刀具的使用壽命“刀具從開(kāi)始切削一直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的總的切削時(shí)間”。記為：T切削用量與刀具使用壽命的關(guān)系：可見(jiàn)：vc對(duì)T的影響最大，f次之，aP最小。在優(yōu)選切削用量以提高生產(chǎn)率時(shí)，首先應(yīng)盡量選大的aP，然后根據(jù)加工條件和要求選允許最大的f，最后根據(jù)T選取合理的vc。六、刀具合理使用壽命的選擇最大生產(chǎn)率使用壽命：TP“根據(jù)單件工序工時(shí)最短的原則來(lái)確定T”。經(jīng)濟(jì)使用壽命：Tc“根據(jù)單件工序成本最低的原則來(lái)確定T”。式中：m：指數(shù)。對(duì)于高速鋼：m=0.1~0.125，硬質(zhì)合金：m=0.1~0.4，陶瓷刀具：m=0.2~0.4

tct：換刀一次所需時(shí)間；Ct：刀具成本；

M：該工序單位時(shí)間內(nèi)機(jī)床折舊費(fèi)及所分擔(dān)的全廠開(kāi)支。第五節(jié)刀具合理幾何參數(shù)的選擇一、前角的作用直接影響刀具的鋒利程度刀具鋒利↗切屑變形程度↙切削力↙前角↗直接影響切削刃的強(qiáng)度和刀頭強(qiáng)度前角↗刀刃及刀頭強(qiáng)度↙易蹦刃楔角↙直接影響切屑的形狀和斷屑效果前角↙切屑變形程度↗易斷屑選擇原則工件材料：脆性材料：γO小，塑性材料：γO大刀具材料：刀具的σb、αk較大，則γO可選大值加工條件：粗加工時(shí)：γO小，精加工時(shí)：γO大“銳字當(dāng)先、銳中求固”二、后角的作用

后角的主要作用是減少后刀面與加工工件之間的摩擦和磨損。后角過(guò)大，會(huì)削弱切削刃和刀頭的強(qiáng)度。通常αO=5—12°選擇原則工件材料：刀具材料：刀具的σb、αk較大，則αO可選大值加工條件：粗加工時(shí)：αO小，精加工時(shí)：αO大工件的σb、HB較大，則αO可選小值三、主偏角、副偏角的作用影響殘留面積的高度Кγ、Кγ’↗Rmax↗影響三個(gè)切削分力的大小和比例關(guān)系三、主偏角、副偏角的作用主偏角影響切屑層的形狀在f、ap相同的情況下：Кγ↙bD↗刀刃工作長(zhǎng)度↗單位負(fù)荷↙選擇原則工件材料：Кγ↙工藝系統(tǒng)剛性：剛性好，則Кγ取小值。加工條件：粗加工時(shí)：Кγ大，精加工時(shí)：Кγ小HB↗Кr、Кr’選擇總原則：在不產(chǎn)生振動(dòng)的條件下，取小值。四、刃傾角的作用影響刀尖的強(qiáng)度以及切屑的流向：

λs>0，切屑流向待加工面；

λs<0，切屑流向已加工面；一般情況下：粗加工時(shí)：λs=0~-5°精加工時(shí)：λs=0~+5°工藝系統(tǒng)剛性不足，則λ