第三章 金属切削过程的基本规律
金属切削过程的基本规律PPT教案

三、切削力的测量原理
测定切削力大都采用应变片测力仪。 基本原理是在弹性变形元件上贴应变片组成电桥,测量拉压 应力应变。常用八角环式测力仪。
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四、切削力的计算
由实验获得经验公式:
F C a f K ( N) c注①意计:算公Fc式由实xp验F测c 得,式y中Fc的各项应Fc按照实验时的 F C a f K ( N) 单位计算。即:x FapP:mmy,Ffp:mm/r
掌握切削力的变化规律,计算切削力的数值,不仅是设 计机床、刀具、夹具的重要依据,而且对分析、解决切削加 工生产中的实际问题有重要的指导意义。
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第二节 切削力与切削功 率
一、切削力的来源:
1. 工件、切屑的变形抗 力
2. 刀 具 与 切 屑 、 工 件 与刀具之间的摩擦 阻力
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二、切削变形区
4.剪切面: 在一般切削速度下,OA(始滑面 )与OM(终滑面)非常接近(0.02~ 0.2mm),所以通常用一个平面 OO’来表示这个变形区,该平面 称为剪切面。
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二、切削变形区
5.剪切角: 剪切面与切削速度方向间的夹角 叫做剪切角,用Φ表示。 剪切角的大小反映了剪切变形的 程度,剪切角小则变形大。
负倒棱的影响: br/f
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五、单位切削力
“单位面积上的主切削力”:
KC
Fc AD
Fc f ap
估算切削力:
(N / mm2 )
Fc KC AD KC ap f
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切削力公式比较
对碳钢45材料:
经验公式: Fc 1640 a1p f 0.84 KFc
《金属切削原理与刀具》课程授课教案

13
3
5
第七,八章孔加工刀具
1.孔加工刀具的种类及用途
2.麻花钻
3.深孔钻
4.铰刀
4
7-2 7-4
7-8 8-1
课次二十四、五
14ห้องสมุดไป่ตู้
3
第九章拉刀
1.拉刀的种类及用途
2.拉刀的结构
3.圆孔拉刀的设计
2
9-1 9-2
9-3
课次二十六
14
15
5
3
第十章铣刀
1.铣刀的种类及用途
2.铣刀的几何角度
3.铣削力及铣削方式
其次,要根据机器的结构和技术要求,把某些零件装配成部件。部件是由若干组件、套件和零件在一个基准上装配而成的。部件在整个机器中能完成一定的、完整的功能。这种把零件和组件、套件装配成部件的过程称为部装过程。部装过程是依据部件装配工艺,应用相应的装配工具和技术完成的。部件装配的质量直接影响整个机器的性能和质量。
1.刀具材料应具备的基本性能
2.高速钢
3.硬质合金
4.其他刀具材料
4
2-1,2-2,
2-5
课次五
课次六
4
4
3
5
第三章金属切削过程的基本规律
一、切削变形
1.金属切削过程定义
2.切削层的变形
3.第一变形区
4.第二变形区
5.第三变形区
6.切削变形的变化规律
4
3-1,3-2
课次七
课次八
5
5
3
5
二、切削力
1.切削力的来源
0.4本课程的内容与学习方法
金属切削原理与刀具是研究金属切削过程基本规律、刀具设计与使用的一门科学,是机械制造专业的重要课程。
金属切削过程的基本规律

第三章 金属切削过程的基本规律
3.2.2 切削功率 切削功率是指在切削过程中消耗的总功率, 切削功率是指在切削过程中消耗的总功率,用P表 表 不消耗机床功率, 示,因背向力FP不消耗机床功率,所以它是主切削力 因背向力 不消耗机床功率 所以它是主切削力Fc 与进给力Ff消耗的功率之和。由于进给力Ff消耗的功率占 与进给力 消耗的功率之和。由于进给力 消耗的功率占 消耗的功率之和 总消耗功率的1%~ ,可忽略不计, 总消耗功率的 ~5%,可忽略不计,故一般只计算切削 功率Pc: 功率 :
第三章 金属切削过程的基本规律
2.切削力的分解 . 常将合力F分解为 个互相垂直的分力 如图3.5所示 所示。 常将合力 分解为3个互相垂直的分力,如图 所示。 分解为 个互相垂直的分力, (1)主切削力 。 )主切削力Fc。 Fc是切削合力 在主运动方向上的分力。 是切削合力F在主运动方向上的分力 是切削合力 在主运动方向上的分力。 (2)背向力 。 )背向力FP。 FP是切削合力 在垂直于进给运动方向上的分力, 是切削合力F在垂直于进给运动方向上的分力 是切削合力 在垂直于进给运动方向上的分力, 纵车外圆时, 不消耗机床功率 不消耗机床功率, 纵车外圆时,FP不消耗机床功率,但它作用在机床工艺 系统刚性最差的方向上,使工件在水平面内弯曲, 系统刚性最差的方向上,使工件在水平面内弯曲,影响加 工精度,并且容易引起振动。 工精度,并且容易引起振动。 (3)进给力 。 )进给力Ff。 Ff是切削合力 在进给运动方向上的分力。 是切削合力F在进给运动方向上的分力 是切削合力 在进给运动方向上的分力。
第三章 金属切削过程的基本规律
与切屑脱离的切屑底层金属冷焊并滞留在前面上, 与切屑脱离的切屑底层金属冷焊并滞留在前面上,在前面 上形成了第一层积屑瘤。后续切屑从其上流过, 上形成了第一层积屑瘤。后续切屑从其上流过,在原有的 切削条件下又发生新的冷焊,并堆积在第一层积屑瘤上。 切削条件下又发生新的冷焊,并堆积在第一层积屑瘤上。 如此逐层在前刀面上堆积和长大,最后长成积屑瘤。 如此逐层在前刀面上堆积和长大,最后长成积屑瘤。 变化规律:积屑瘤的产生、成长、 变化规律:积屑瘤的产生、成长、脱落过程是在短时期内 进行的,并在切削过程中不断地周期出现。 进行的,并在切削过程中不断地周期出现。 2.积屑瘤对切削过程的影响 . 所示。 (1)保护刀具。如图 所示。 )保护刀具。如图3.3所示 (2)增大刀具前角。 )增大刀具前角。 (3)增大切削厚度。 )增大切削厚度。 (4)增大已加工表面粗糙度。 )增大已加工表面粗糙度。
金属切削过程基本规律简

第四讲 金属切削过程的基本规律
切削变形与切屑形成过程
刀屑间摩擦与积屑瘤 已加工表面变形与硬化 影响切削变形的因素
切削力分析 切削热与切削温度 刀具磨损与刀具寿命
概述
金属切削规律的四个基本内容 切削变形——分析切削过程机理的基础 切削力——设计机床、夹具的主要依据 切削温度——影响刀具磨损与寿命 切削磨损——降低成本、保证加工质量
③润滑性能好的切削液→摩擦↓; ④刀具前角↑ → 接触压力↓; ⑤减小进给量↑ → 接触压力↓; ⑥改变工件材料加工特性→ ↓加工硬化。
切削变形与切屑形成过程
已加工表面变形与硬化
衡量硬化程度的指标:
硬化程度N 硬化层深度ΔhD
切削变形与切屑形成过程
已加工表面变形与硬化
减轻硬化程度的手段:
切削变形程度表示方法
切削厚度压缩比Λh与相对滑移的关系。
45o(o)
β—由刀具前面上的
摩擦因数确定的摩擦角。
切削变形与切屑形成过程
切屑类型
带状 切屑
挤裂 切屑
单元 切屑
崩碎 切屑
切削变形与切屑形成过程
带状切屑 ➢产生条件:加工塑性材料,切削速度较高,切 削厚度较小,刀具前角较大 ➢形态特征:内表面是光滑的,外表面是毛葺的
切削时影响产生热量和传散热量的因素有: 切削用量、工件材料、刀具几何参数、切削液等
刀具几何参数
切削热与切削温度
切削温度主要影响因素
切削时影响产生热量和传散热量的因素有: 切削用量、工件材料、刀具几何参数、切削液等
切削液
切削液对切削温度的影响,与切削液的导热性 能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度有很 大的关系。从导热性能来看,油类切削液不如乳 化液,乳化液不如水基切削液。
第三章金属切削过程中的基本规律

时,由于刀屑的压力很大,可达1.96—2.94GPa (20型接触,所以刀一屑之
间的摩擦主要是内摩擦。当切屑快离开前
面时,才由于压力的减小使刀一屑的界面回到峰点 型接触的状态。据估计,在一般切削条件下,刀一屑 间内摩擦占全部摩擦力的85%.
(2)在积屑瘤形成后,刀具的实际前角将明显增 大,对减小切屑变形及降低切削力起了积极作用;
(3)对于积屑瘤突出于切削刃之外,使实际切削厚度
增大,形成“过切现象”,影响工件的尺寸精度; (4)积屑瘤高低不平,会在工件表面造成“犁沟”
现象,影响工件的表面粗糙度;
(5) 积屑瘤脱落的碎片会粘结或嵌入工件表面,
第三章 金属切削过程中的基本规律
§3-1 金属的切削过程 §3-2 切削力 §3-3 切削热与切削温度 §3-4 刀具磨损与刀具寿命
§3-1 金属的切削过程
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。
s in
45 随Φ增大,变形减小 0
切屑厚度压缩比 h可直观地反映出切屑变形的程度
和状况,且容易测量。但由于它表示的是切削层平均挤
压程度,而金属切削过程的实质是切削层的剪切滑移。 因此Λh只能粗略地反映出剪切变形的真实情况。
金属切削过程的基本规律解析PPT课件

虑保证加工质量。 • 刀具几何参数之间相互影响又相互联系。如选择大的前角可以减小切屑变
形、降低切削力,但前角增大会使刀楔角减小,散热变差,刃口强度削弱, 因此,应根据具体情况选取合理值。
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1. 切屑的形状
带状屑、C型屑、长紧卷屑、崩碎屑、发条状屑
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螺卷屑、宝塔状屑
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• 带状屑切削平稳,希望得到。但连绵不断,缠绕工件、刀具,从而损 坏之。故常将其转变成螺卷屑或长螺卷屑,易清理。
• C型屑对数控机床和自动线生产较佳,但频繁碰撞工件、刀具,产生振 动,影响粗糙度。
•
自 度
动
机
床
加
工
刀
具
,
o
pt
应
小
,
以
提
高
切
削
性
能
的
稳
定
性
和
尺
寸
耐
用
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3. 前刀面型式的选择
常见前刀面型式
第12页/共53页
(1)正前角平面型(图a)
• 最基本型式,制造简单,刃口锋利,但刃口强度差; • 常用于精加工,卷屑、断屑性能差。
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(2)带倒棱正前角平面型(图b)
• 当刀具材料和刀具结构确定之后,刀具切削部分的几何参数对切削性能的影 响十分重要。
• 刀具几何参数影响到:切削力的大小、切削温度的高低、切屑的连续与碎断、 加工质量的好坏以及刀具耐用度、生产效率、生产成本的高低等。
第三章 金属切削过程的基本规律

2. 影响三个切削分力的大小和比例关系
Ff FD sin Fp FD cos
三、主偏角、副偏角的作用
3. 主偏角影响切屑层的形状 在f、ap相同的情况下: Кγ ↙ bD ↗
刀刃工作长度↗
单位负荷↙
选择原则
1. 工件材料: HB ↗ Кγ ↙ 刚性好,则Кγ 取小值。 3. 加工条件:
第二变形区 第三变形区
该区域对工件表面的残余应力以 及后刀面的磨损有很大的影响。 第一变形区
三、切屑的类型
1. 带状切屑:
形成原因: 产生条件: 形状: 特点: 切速高,切削层未及充 切削塑性材料、切削 连绵不断呈带状,切 切削过程变形小,切 分变形即变为切屑,剪 速度高、切削厚度较 屑底面很光滑而背面 削力小且稳定;已加 切面上的应力还未达到 小、前角大。 呈毛茸状。 工表面粗糙度低。对 破坏值,因此只有塑性 生产安全有危害。 滑移而无断裂;前角大, 则刀具锋利;hD小则切 削力小。故易得带状切 屑。
前角↙ 切屑变形程度↗ 易断屑
选择原则
1. 工件材料: 脆性材料:γ O小,塑性材料: γ O大 2. 刀具材料: 刀具的σ b、α k较大,则γ O可选大值 3. 加工条件: 粗加工时:γ O小,精加工时: γ O大
“锐字当先、锐中求固”
二、后角的作用
后角的主要作用是减少后刀面与加工工
件之间的摩擦和磨损。后角过大,会削弱切
第三章金属切削过程的基本规律第一节金属的切削过程第二节切削力与切削功率第三节切削热与切削温度第四节刀具的磨损及使用寿命第五节刀具合理几何参数的选择第六节工件材料的切削加工性第一节金属的切削过程一概述1
第三章 金属切削过程的基本规律
第一节 金属的切削过程 第二节 切削力与切削功率
金属切削的基本规律

金属切削的基本规律金属切削理论是在生产实践与切削实验中,总结出的关于金属切削过程中基本物理现象变化规律的理论。
这些基本物理现象包括:切削变形、切削力、切削温度和刀具磨损等。
学习并掌握这些规律,以提高切削加工的生产率、加工质量和降低生产成本。
一、切削变形金属切削过程,从实质讲,就是产生切屑和形成已加工表面的过程。
产生切屑和形成已加王表面是金属切削时密切相关的两个方面。
切削变形就是从这两个方面讨论切削过程。
因而学习切削变形是学习其它物理现象的基础。
一、切削方式切削时,当工件材料一定,所产生切屑的形态和形成已加工表面的特性,在很大程度上决定于切削方式。
切削方式是由刀具切削刃和工件间的运动所决定,可分为:直角切削、斜角切削和普通切削三种方式。
二、切削变形概述(一)切屑的基本形态:金属切削时,由于工件材料、刀具几何形状和切削用量不同,会出现各种不同形态的切屑。
但从变形观点出发,可归纳为四种基本形态(如图3—2)。
1.带状切屑切屑呈连续状、与前刀面接触的底层光滑、背面呈毛葺状。
2.挤裂状切屑切屑背面呈锯齿形、内表面有时有裂纹。
3.单元状切屑切削塑性很大的材料,如铅、退火铝、纯铜时,切屑容易在前刀面上形成粘结不易流出,产生很大变形,使材料达到断裂极限,形成很大的变形单元,而成为此类切屑。
4.崩碎状切屑切削脆性材料,如铸铁、黄铜等时,形成片状或粒状切屑。
切削时,在产生带状切屑的过程中,切削力变化较小,切削过程稳定,已加工表面质量好。
但切屑成为很长的带状,影响机床正常工作和工人安全,因而要采取断屑措施;在产生挤裂状和单元状切屑的过程中,切削力有较大的波动,尤其是单元状切屑,在其形成过程中可能产生振动影响加工质量;在切削铸铁时,由于所形成的崩碎状切屑是经石墨边界处崩裂的,因而已加工表面的粗糙度值变大。
(二)积屑瘤在某一定切削速度范围内,切削钢、4~6黄铜、铝合金等材料时,切削刃附近的前刀面上会出现一块堆积物,代替切削刃工作,把这个堆积物称为积屑瘤。
第三章金属切削过程的基本规律

Fp随λ s增大而减小,
Ff随λ s增大而增大
2.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
3.刀具磨损
刀具的切削刃及后刀面产生磨损后,会使 切削时摩擦和挤压加剧,故使切削力 Fc 和 Fp 增 大。
2 f
Fp FD cos r ; F f FD sin r
(3-5)
二、各分力的作用 1、切削分力的作用---切削力Fc(主切削力Fz)
它是设计机床主轴、齿轮和计算主运动功率的主要依据,也 是用于选用刀杆、刀片尺寸、设计夹具和选择切削用量的重 要依据。使车刀产生弯矩,也是计算切削功率的依据
Fc——切削力,单位为N; vc——切削速度,单位为m/min。 Pc——切削功率,单位为kW。
3
四、影响切削力的因素
(一)切削用量的影响
1.背吃刀量ap与进给量f
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
(二)切削温度分布
温度分布规律 1)刀-屑接触面间摩擦大, 热量不易传散,故温度值 最高
2)切削区域的最高温度点在前面上近切削刃处, 在离切削刃1mm处的最高温度约900℃,因为 在该处热量集中,压力高。在后面上离切削刃 约0.3mm处的最高温度为700℃;
3)切屑带走热量最多,切屑上平均温度高于刀具 和工件上的平均温度,因切屑剪切面上塑性变 形严重,其上各点剪切变形功大致相同。各点 温度值也较接近。工件切削层中最高温度在近 切削刃处,它的平均温度较刀具上最高温度点 低2~3倍。
金属切削过程基本规律

6.光弹性、光塑性试验法
在实验观察金属切削过程的基础上,为了分析金属变 形区的应力情况,对切削刃前方的金属可进行弹性力学和 塑性力学的研究和实验。图3—5是一幅用偏光镜对切削过 程进行光弹试验的照片。图中的黑白条纹麦示在切削力作 用下工件材料内的等切应力曲线,在切削刃前方的正应力 是压应力,在它的后方则为拉应力,在这两组等切应力曲 线之间有一条分隔的中线(图中未标明)。塑性金属在切削 过程中,刃前区实际上产生塑性变形,并且是很大的塑性 变形,所以研究它的应力情况应该作光塑性试验。随着光 塑性理论的完善和新型光塑性材料的出现,已能用光塑性 法研究二维切削过程。浙扛大学已成功地以聚碳酸酯作工 件模型,获得模拟正交切削时以切应力差法求得的刃前区 应力分布的干涉条纹。
图3-2是一种弹簧式车削快速落刀装置。刀头 可绕小轴转动,在切削时它被半月形销轴 所固定。 要刀头脱离工件时,可扳动大齿轮,通过小齿轮 转动半月形销轴。当销轴脱开刀头末端时,刀头 即被弹簧快速掣回。这种装置在100m/min的切 削速度下可获得满意的结果。
4.在线瞬态体视摄影系统
图3—3a是用在线瞬志体视摄影系统所摄得 的实时流线照片,它只要在工件侧面刻若干细线, 用体视显徽镜、照相机和闪光源等即可组成(图 3—4)。从流线图即可求得剪切角和变形区厚度S, 如图3—3b所示。这个摄影系统的关键在于要选 择有足够光强度的闪光源和足够短的闪光时间, 以保证高速切削时图像清晰。
图3-1 金属切削层变形图像
2.高速摄影法
要观察高速切削情况下金属的变形过程,目 视就较困难,可用高速摄影机拍摄。常用的高速 摄影机每秒可拍几百幅到万幅以上。拍摄时要用 显微镜头或具有放大作用的长焦距镜头,并且要 有强的光源。
• 3.快速落刀法
机械制造工程学习题及答案

⑴45钢锻件粗车;
⑵HT200铸件精车;
⑶低速精车合金钢蜗杆;
⑷高速精车调质钢长轴;
⑸中速车削淬硬钢轴;
⑹加工冷硬铸铁。
A. YG3X B. W18Cr4V C. YT5 D. YN10
E. YG8F. YG6X G. YT30
五、分析计算题
1.试画出图2-2所示切断刀的正交平面参考系的标注角度 、 、 、 、 (要求标出假定主运动方向 、假定进给运动方向 、基面 和切削平面 )
7.调质只能作为预备热处理。()
三、选择题
1.在机械加工中直接改变工件的形状、尺寸和表面质量,使之成为所需零件的过程称为()。
A.生产过程B.工艺过程C.工艺规程D.机械加工工艺过程
2.编制机械加工工艺规程,编制生产计划和进行成本核算最基本的单元是()。
A.工步B.工序C.工位D.安装
3.零件在加工过程中使用的基准叫做()。
即、和。生产类型的划分除了与有关外,还应考虑。
2.零件加工表面的技术要求有、、和。
3.常见毛坯种类有、、和,其中对于形状复杂的毛坯一般采用。
4.工件的定位方法有、、三种。
5.工艺过程一般划分为、、和
。四个加工阶段。
6.工艺尺寸链的两个特征是和。
7.单件时间包括、、、、。
二、判断题(正确的打√,错误的打×)
四、名词解释
1.积屑瘤
2.加工硬化
3.工件材料的切削加工性
4.刀具耐用度
五、简答题
1.何谓积屑瘤?积屑瘤在切削加工中有何利弊?如何控制积屑瘤的形成?
2.车削细长轴时应如何合理选择刀具几何角度(包括 、 、 、 )?简述理由。
3.试说明被吃刀量 和进给量 对切削温度的影响,并与 和 对切削力的影响相比较,两者有何不同?
第3章 切削过程的基本规律

⑶工件材料影响 工件材料是通过强度、硬度和导热 系数等性能不同对切削温度产生影响的。 ⑷其它因素的影响 磨损、干切削都会使温度升高。浇 注切削液是降低切削温度的一个有效措 施
3. 4 刀具磨损与刀具耐用度
一、刀具磨损形式
刀具磨损形式为正常磨损和非正常磨损两大类。 ⑴正常磨损
正常磨损是指在刀具设计与使用合理、制 造与刃磨质量符合要求的情况下,刀具在切削 过程中逐渐产生的磨损。
⑵切削速度
切削速度vc是通过(a)积屑瘤使剪切角φ改变; (b)切削 温度使磨擦系数μ变化,而影响切屑变形的。如图2.11以 中碳钢为例。
⑶进给量
进给量对切屑变形的影响规律如图2.12所示,即f ↗使Λh ↘; 这是由于f ↗后,使切削厚度↗,正压力和平均正应 力↗ ,磨擦系数↘ ,剪切角↗所致。
性变形就产生脆性崩裂,切屑呈不规则的细粒状。
三、切屑变形程度的表示方法 (1)剪切角φ vc
剪切面AB 与切削速度vc 之间的夹角。 V↗,φ↗, A剪切 ↘, (切削省力) F↘。
B
φ
A
大小确定: 获得切屑根部 照片,度量得 出。
(2)相对滑 移ε
B”
B’
ε=Δs/Δy=
ctgφ+tg(φ-γo)
3. 3 切削热与切削温度
一、切削热的来源与传导 1)热源: 剪切区变形功形成的热Qp; 切屑与前刀面摩擦功形成的热Qγf; 已加工表面与后刀面摩擦功形成的热Qαf。 2)传导:传入切屑Qch(切削钢不加切削液时传入比例50%~86%)、 工件Qw(40%~10%) 、刀具Qc(9%~3%)和周围介质Qf(1%)。 3)切削热的形成及传导关系为:
(二)、磨损过程和磨钝标准
▼ 磨损过程如图 3-26所示,图中大致分三个阶 段。 • 初期磨损阶段(I段):磨损较快。是由于刀具 表面粗糙不平或表层组织不耐磨引起的。 • 正常磨损阶段(II): 该磨损度近似为常数。 AB呈直线。 • 急剧磨损阶段(III):磨损急剧加速继而刀具 损坏。由于磨损严重,切削温度剧增,刀具强 度、硬度降低所致。
3第三章金属切削过程的基本规律

(1)工件材料的影响
工件材料的塑性或韧性越高,切屑越不易折断,使切 屑与前刀面间摩擦增加,故切削力增大。 注意点:材料硬化能力越高,则力越大。 奥氏体不锈钢,强度低、硬度低,但强化系数大,较 小的变形就会引起材料硬度提高,所以切削力大。 铜、铅等塑性大,但变形时,加工硬化小,则切削力 小。
3.1.7 影响切削变形的主要因素
进给量f增大,切削厚度ac增加,平均正应力av增 大,正压力Fn增大,因此摩擦系数μ下降、剪切 角φ增大。致使变形系数ξ减小。 切削厚度ac增加,切屑中平均变形减小;反之, 薄切屑的变形量大。
3.2 切削力
概念: 切削过程中,刀具施加于工件使工件材 料产生变形,并使多余材料变为切屑所 需的力称为切削力。 而工件低抗变形施加于刀具称为切削抗 力,在分析切削力以及切削机理时,切 削力与切削抗力意义相同。 意义: 切削力是影响质量的重要因素; 是机床、刀具、夹具设计、和计算动力 消耗的主要依据。还可用来监控刀具磨 损与加工表面质量。
(2)切削用量的影响
切削速度 加工塑性金属时,主要因素为积屑瘤与摩擦。 低、中速(5-20m/min):υ提高,切削变形 减小,故Fz逐渐减小;积屑瘤渐成。 中速时(20m/min左右):变形值最小,Fz减 至最小值,积屑瘤最高,大前角作用。 超过中速,υ提高,切削变形增大,故Fz逐渐 增大。积屑瘤消失。 高速(υ>60m/min),切削变形随着切削速 度增加而减小,Fz逐渐减小而后达到稳定。 切削脆性金属,因为变形和摩擦均较小,故切 削速度υ改变时切削力变化不大。
以上切屑虽然与加工不同材料有关,但加工同一种材料采用不同 的切削条件也将产生不同的切屑。如加工塑性材料时,一般得到 带状切屑,但如果前角较小,速度较低,切削厚度较大时将产生 挤裂切屑;如前角进一步减小,再降低切削速度,或加大切削厚 度,则得到单元切屑。掌握这些规律,可以控制切屑形状和尺寸, 达到断屑和卷屑目的。
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工件材料硬度较 高,韧性较低, 切削速度较低
不规则块状颗粒
未经塑性变形即 被挤裂
加工硬脆材料, 刀具前角较小
切削过程欠平稳, 表面粗糙度欠佳
切削力波动较大, 切削力波动大,有 切削过程不平稳, 冲击,表面粗糙度 表面粗糙度不佳 恶劣,易崩刀
切屑类型与变形系数
带状切屑 Real
挤裂切屑 Real
节状切屑 Real
4. 蹦碎切屑:
形 形特产成点状生原::条因件:: 切 的 材强挤性规切切冲加切则工压变削削料度击碎屑削的表时形过力塑低,块呈脆碎面几便程波性,振状块粗乎脆不动动差受不性。糙。没断平大大前,材规。有成稳刀抗,,料则塑不面,有已拉。
切屑类型及形成条件
名称
带状切屑
挤裂切屑
单元切屑
崩碎切屑
简图
形态 变形
五、刀具磨损、破损检测与监控
常规方法
规定刀具切削时间,离线检测
切削力与切削功率检测方法
通过切削力(切削功率)变化幅值,判断刀具的磨损程度;当切削 力突然增大或突然下降很大幅值时,则表明刀具发生了破损 通过实验确定刀具磨损与破损的“阈值”
声发射检测方法
切削加工时,切屑剥离,工件塑性变形,刀具与工件之间摩擦以及刀 具破损等,都会产生声发射。正常切削时,声发射信号小而连续,刀 具严重磨损后声发射信号会增大,而当刀具破损时声发射信号会突然 增大许多,达到正常切削时的几倍
3. 扩散磨损: 工件材料和刀具在高温下(900~1000℃)相互 扩散造成的磨损。
二、刀具磨损机理
4. 氧化磨损: 刀具上的表面膜被切屑或工件表面划擦掉后,在高温 下(700~800℃)与空气中的氧作用产生松脆氧化物, 造成刀具磨损。
综上所述:
三、磨损过程
四、刀具的磨钝标准
“指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的 最大磨损尺寸”。以VB表示
二、切削热的传递:
第二变形区: 30%的热量
Q=Q屑+Q刀+Q工+Q介 在不使用冷却液的情况下:
Q屑>Q刀>Q工>Q介
第三变形区: 10%的热量
三、切削温度
1. 切削温度分布: 2. 切削温度:
“指切削区(切屑与 前刀面接触区)的 平切均削温脆度性材料时
最高温度区域
切削塑性材料时 最高温度区域
三、切削温度及分布
Pc Qz
(kw / mm 3 s1)
Qz a p f vc (mm 3 / s)
六、影响切削力的因素
工件材料
强度高 加工硬化倾向大
切削力大
切削用量
主切削力Fc(N)
◆切削深度与切削力近 似成正比; ◆进给量增加,切削力 增加,但不成正比; ◆切削速度对切削力影 响复杂
981 784 588
第二节 切削力与切削功率
一、切削力的来源:
1. 工件、切屑的变形抗力
2. 刀具与切屑、工件与 刀具之间的摩擦阻力
二、切削力的分解
2.背向力:FP 总切削力在切深方向
1在与.主主切切运削削的内动速力3在,分方度.:进与力进向方F进给。的C向给给抗分一方F方力力致P向在向。,:的基垂F又F分直面Cf 。力。 称切削切功向率抗的是力主计。要算是依计或据算校。机核床机床
Y
X
θ
θ
0.2~0.3 0.08~0.10
0.15
0.05
四、影响切削温度的因素分析
自然热电偶法
工件和刀具材料不同,组成热电 偶两极,切削时刀具与工件接触 处的高温产生温差电势,通过电 位差计测得切削区的平均温度。
人工热电偶法
★ 用不同材料、相互绝缘金属丝 作热电偶两极
★ 可测量刀具或工件指定点温度, 可测最高温度及温度分布场。
则刀具锋利;hD小则切 削力小。故易得带状切 屑。
三、切屑的类型
2. 挤裂切屑:(节状切屑)
特点:
形宏但如产切削厚小形切形挤切易变力振状 竹外观屑断形波动生 削 速 度 。 成 裂削全冷,相动;: 节表上条 塑 度 较 原。层过硬便对较状面自件 性 中 厚 因经程度于较大。呈: 材 等 、 :然过,高处大,料 、 前锯连充最,理,易、 切 角脆;切产齿接分后且削生切 削 较形变被,,
5 19 28 35 55
100 130
切削速度 v(m/min)
切削速度对切削力的影响
六、影响切削力的因素
刀具几何角度影响
◆ 前角γ0 增大,切削力减小
◆ 主偏角κr 对主切削力影响不大,对吃刀抗力和进给抗 力影响显著( κr ↑—— Fp↓,Ff↑)
切削力F 切削力/ N
γ0 - Fc
γ0 – Fp γ0 – Ff
第三章 金属切削过程的基本规律
第一节 金属的切削过程 第二节 切削力与切削功率 第三节 切削热与切削温度 第四节 刀具的磨损及使用寿命 第五节 刀具合理几何参数的选择 第六节 工件材料的切削加工性
第一节 金属的切削过程
一、概述
1. 刀具挤压工件,产生变形 2. 滑移 3. 挤裂 4. 切离
金属切削过程的变形
故✓②:落粗2刀和切,加~具界削3影工.5切响面区时倍尺削可状的寸,人。况温精为可符度度控以合、和制代表在压积面刀力替屑质瘤量的。生
②长面周,上而使积发复屑生始瘤冷的能焊生稳的长定条存、在件脱。。
✓ 精落加。工时应抑制积屑瘤的产生。
4. 控制措施:
① 提高前刀面的光滑程度; ② 提高工件的硬度,降低塑性; ③ 采用合适的切削液; ④ 避开积屑瘤产生的速度范围。
3. 改善刀具几何条件:
γO↗
θ ℃↙
第四节 刀具的磨损及使用寿命
一、刀具的磨损形式:
二、刀具磨损机理
1. 磨料磨损 工件和切屑中的硬质点(如炭化物)以及不断脱落
的积屑瘤碎片划擦刀面产生磨损。 2. 冷焊磨损
切屑与刀具在压力和摩擦条件下冷焊粘结,然后相 互被拉开,产生表面破坏伤痕。
二、刀具磨损机理
Cθ ——与工件、刀具材料和其它切削参数有关的切削温度系数;
Zθ、Yθ、Xθ —— vc、f、ap 的指数。
切削温度的系数及指数
刀具材料 高速钢
加工方法 车削 铣削 钻削
C θ
140~170
80
150
Z θ
0.35~0.45
硬质合金 车削
0.1
0.41
320
f (mm/r)
0.2
0.31
0.3
0.26
四、单位切削力
“单位面积上的主切削力”:
KC
Fc AD
Fc f ap
估算切削力:
(N / mm 2 )
Fc KC AD KC f a p
五、切削功率
Pc
Fc vc 1000
机床总功率:
(Hale Waihona Puke w)PEPc0.75 ~ 0.85
单位切削功率
“单位时间内切下单位体积金属所需的功率”
Ps
五、积屑瘤
“在一定的温度和压力
下,切削塑性金属时,切 屑底层与前刀面嵌入式 结合发生冷焊现象,使一
3. 对切削过程的影响:
①12了.积特产刀屑点生刃瘤:条,代增件替大:刀了刃前进角行。切削,保护
部分切屑粘结在前刀面 ②①积硬切屑削度瘤塑形是性状工材不件规料则材。,料频的繁生长脱
上,形成积屑瘤”。
★ 切削塑性材料 —— 前刀面靠近刀尖处温 度最高。
★ 切削脆性材料 —— 后刀面靠近刀尖处温 度最高。
二维切削中的温度分布
工件材料:低碳易切钢; 刀具:o=30,o=7; 切削用量:ap=0.6mm,
vc =0.38m/s; 切削条件:干切削,
预热611C
750℃ 刀具
切削碳钢时:
200℃以下 220℃ 270℃
崩碎切屑 Real
切屑类型与变形系数
❖ 为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量,应使切屑 卷曲和折断。 ❖ 切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加变 形的结果 ❖断屑是对已变形的切屑再附加一次变形(常需有断屑装置)
切屑的卷曲
断屑的产生
四、切削的变形及影响因素
1. 变形系数:
厚度变形系数:
形成 条件
影响
带状,底面光滑 ,背面呈毛茸状
剪切滑移尚未达 到断裂程度
加工塑性材料, 切削速度较高, 进给量较小, 刀具前角较大
切削过程平稳, 表面粗糙度小, 妨碍切削工作, 应设法断屑
节状,底面光滑有裂 纹,背面呈锯齿状
粒状
局部剪切应力达到断 剪切应力完全达
裂强度
到断裂强度
加工塑性材料, 切削速度较低, 进给量较大, 刀具前角较小
其他因素影响
◆ 刀具材料:与工件材料之间的亲和性影响其间的摩擦 ,而影响切削力 ; ◆ 切削液:有润滑作用,使切削力降低 ;
◆ 后刀面磨损:使切削力增大,对吃刀抗力Fp的影响最
为显著.
第三节 切削热与切削温度
一、产生原因:
第一变形区:
① 切削层的弹性及塑性 60%的热量
变形。
② 切屑与前刀面,工件 与后刀面的摩擦。
h
hch hD
长度变形系数:
l
lc lch
根据体积不变原理数: h l 1
hch OM cos( o) cos( o)
hD
OM sin
sin
2. 影响切削变形的因素:
① 工件材料:
工件塑性↗
延伸率δ ↗
② 刀具角度:
γO ↗
刀具锋利
塑性变形↙
③ 切削速度:
vc ↗
ξ↙
ξ↗ ξ↙
290~300 ℃ 320 ℃ 350 ℃ 400 ℃ >500 ℃
切屑呈银白色 切屑呈淡黄色 切屑呈暗红色 切屑呈暗蓝色