机械制造技术基础§2-3切削力、切削热、切削温度

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教学内容
2．切削温度的分布 红外胶片法测得切钢料的温度场，分析归纳切削温度分布规律： ①剪切区等温线与滑移线相近 OM 线温度比 OA 线上温度高剪切滑移相等 的地方温度相等，剪切变形是切削热的第一来源 ②前后刀面最高温度点不在刀刃上切屑上最高温度比剪切区温度高切屑 底层温度比上层温度高摩擦是切削热的又一来源 切削温度θ 一般指前刀面与切屑接触区内的平均温度 3．影响切削温度的主要因素 两个方面：切削热的产生与传出 （1）切削用量的影响 由实验得出切削温度经验公式如下 θ ＝Cθ v zθ f yθ ap xθ 式中系数及指数见表 1-4,由表中数据看出： zθ 在 0.3～0.5 之间，yθ 在 0.15～0.3，xθ 在 0.05～0.1 切削用量 ↑时切削温度↑ ，其中 v 对θ 影响最大，进给量 f 的影响比 v 小， 背吃刀量 ap 的影响很小。 （2）刀具几何参数的影响 ①前角γ 0 的影响 γ 0 ↑→变形程度↓→F↓ q ↓→θ ↓但γ 0 ＞20°时，因散热面 积↓，对θ 的影响减小 ②主偏角κ r 的影响 κ r ↑，切削宽度 aw ↓ ，散热面积↓ →θ ↑ ③刀尖圆弧半径的影响 rε ↑， 切屑变形程度↑→q ↑同时散热条件改善， 两者趋于平衡对 θ 影响很小
备 注
F F c2 F f 2 F p2
二、切削力与切削功率的计算 （一）用指数经验公式计算切削力
（二）用单位切削力计算切削力 单位切削力 kc=Fc/Ac= Fc/(ap f) = Fc/(ac aw) 可查手册 ∴ Fc= kc Ac KFc KFc 为切削条件修正系数 （三）计算切削功率 1．切削功率 Pe Pe＝ Pc＋ Pf＝ Fc v + Ff nwf 10-3≈ Fc v（W） 式中 Fc、 Ff 为切削力、进给力（N） ； v 为切削速度（m/s） ； nw 为工件转速（r/s） ； f 为进给量（mm/r） 2. 电动机功率 Pm Pm>Pc/η m η m 为机床传动效率 三、影响切削力的因素 （一）工件材料的影响（系数 CF 或单位切削力 kc 体现） 工件材料的强度、硬度、塑性和韧性越大，切削力越大。 （二）切削用量的影响 ap↑→Ac 成正比↑， kc 不变， ap 的 指数约等于 1，因而切削力 成正比增加 f↑→Ac 成正比↑，但 kc 略减小， f 的 指数小于 1，因而 切削力增加但与 f 不成正比速度 v 对 F 的影响分为有积屑瘤和无积屑 瘤两种情况在无积屑瘤阶段， v ↑→变形程度↓→切削力减小
教案
课题名称 课次 课型 理论 了解切削力的来源及分解、 切削温度的分布； 理解切削力测定和切削力实验公式、 切削热的来源与传导、切削温度的测定方法；掌握影响切削力的因素、影响切削温度 的因素、切削液的作用、常用切削液及其选用。 重点：影响切削力的因素、影响切削温度的因素 难点：影响切削力的因素、影响切削温度的因素 解决方法：充分利用图形、公式及所学的刀具几何角度详细分析各种影响因素。 第二章 金属切削基本原理§2-3 切削力、切削热、切削温度 第（4）次课 课时 2
教学目标
重点、难点及解决方 法
教学基本 内容与 教学设计
1、组织教学 学生考勤 2、提问并引入本次课内容 3、切削力、切削功率、影响切削力的因素 4、切削热、切削温度、影响切削温度的因素 5、切削液的作用、常用切削液及其选用 6、本节课小结，布置思考题 7、布置课下预习内容
时间分配：3 分钟 时间分配：7 分钟 时间分配：25 分钟 时间分配：25 分钟 时间分配：20 分钟 时间分配：10 分钟 时间分配：机动
备 注
2. 主偏角κ r 的影响 （1）κ r 对 Fc 影响较小，影响程度不超过 10%κ r 在 60°～75°之间 时，Fc 最小。 （2）κ r 对 Fp、 Ff 影响较大 Fp＝ FD cosκ r Ff＝ FD sinκ r Fp 随κ r 增大而减小， Ff 随κ r 增大而增大 3. 刃倾角λ s 的影响 （1）λ s 对 Fc 影响很小 （2） λ s 对 Fp、 Ff 影响较大 Fp 随λ s 增大而减小， Ff 随λ s 增大而增大
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教学内容 备 注
4.刀尖圆弧半径 rε 的影响
rε 增大相当于κ r 减小的影响 （1）rε 对 Fc 影响很小 （2）Fp 随 rε 增大而增大 Ff 随 rε 增大而减小 （四）刀具磨损的影响 后刀面平均磨损带宽度 VB 越大，摩擦越强烈，切削力也越大。VB 对背 向力 Fp 影响最显著 （五）切削液的影响 切削液润滑作用越好，力减小越显著，低速时更突出。 （六）刀具材料的影响 按立方氮化硼、陶瓷、涂层、硬质合金、高速钢顺序，切削力依次增大。 三、切削热与切削温度 1．切削热的产生和传导 切削热产生于三个变形区，切削过程中消耗的能量约 98%转换为热能，切 削热 q≈Pc≈Fcv =Cfcapf 0.75v-0.15KFcv = Cfcapf 0.75v0.85KFc 切削热通过切屑、工件、刀具和周围介质向外传出
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1. 在积屑瘤增长阶段 随 v ↑→积屑瘤高度↑ 变形程度↓，F ↓ 在积屑瘤减小阶段 v↑→ 变形程度↑，F ↑ 在无积屑瘤阶段 随 v ↑，温度升高，摩擦 系数↓变形程度↓→ F ↓ 计算 F 时乘以修正系数 Kv 或指数 zF 约为-0.15 来体现
备 注
2. 3.
（三）刀具几何参数的影响 1. 前角γ 0 的影响 加工塑性材料时，γ 0 ↑→ Φ ↑→变形程度↓→F↓加工脆性材 料时， 切削变形很小， γ 0 对 F 影响不显著γ 0 ＞30°或高速切削时， γ 0 对 F 影响不显著
备 注
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（3）工件材料的影响 强度硬度、塑性和韧性越大，切削力越大，切削温度升高。导热率 大，散热快，温度下降 （4）刀具磨损的影响 后刀面磨损增大，切削温度升高; VB 达一定值影响加剧; v 越高刀磨 损对θ 影响越显著
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（5）切削液的影响 浇切削液对↓切削温度↓刀具磨损↑加工质量有明显效果。热导 率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越显著 思考题：影响切削力、切削温度的因素
教学方法 教学手段 课外学习安排 参考资料 学习效果评测 课外学习 指导安排 教学后记
讲授法；启发式 多媒体教学 布置思考题、预习内容 《机械制造技术》李华主编， 《机械制造技术基础》周宏甫主编
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提问：影响切削变形的因素有哪些？ 引入语：本章主要讲的是金属切削过程，表现形式主要是切屑的变形，而其中 还有许多相关的物理量，如切削力、切削温度、刀具耐用度等基本概念，另外， 还要分析各种影响因素。 切削力的来源： 被切削材料的弹性、塑性变形抗力 刀具与切屑、工件表面之间的摩擦力 一、切削力的分解 将切削合力 F 分解为三个互相垂直的分力 Fc 、Ff 、Fp Fc — 主切削力，与切削速度方向一致 Ff — 进给抗力，与进给方向平行，车外圆时称为轴向力 Fp— 吃刀抗力(切深抗力)，与进给方向垂直，又称径向力