2切削作用与切削力Word版
第二章切削作用与切削力
1.切削应力和应变
2.刀具的切削作用
3.切削力的力学模型
4.影响切削力的因素
5.切削力与切削功率的通用计算公式
1、切削应力和应变
刀具刃口与切削工件接触的同时,根据作用力的大小,工件在刀刃刀尖作用的部位先产生变形。当这个力逐渐增大时,工件被刃口分成两部分,刃口继续向材中切进去。从工件切下分离出去的部分,被刀具前面压缩,受剪切应力和弯曲应力作用产生变形,成为切屑。切削过程中,作用于被切工件上的力其大小、作用方向,根据工件的性质、刀具的条件、切削参数的不同变化。图示各应力的主要作用区域。1为刀具刃口压入产生的集中应力;2为刀具前刀面与切屑接触产生的摩擦力;3为刀具前刀面上切屑因为弯曲产生的压缩应力;4为刀具前刀面因为切屑弯曲产生的拉应力;5为作用于切削方向的压应力或拉应力;6为为作用于垂直切削方向的剪切应力;7为大切削角切削时的压缩剪切应力;8为端向切削时使木纤维发生弯曲的弯曲应力;9为端向切削时作用在木纤维上的最大拉应力。
2、刀具的切削作用
?从力学观点看,切削作用的实质实际是一种有控制的受力破坏。其目的是为从工件上切除一部分材料,从而获得一定尺寸精度和表面质量的的制品。
?切削时刀具的刃口、前刀面和后刀面都起作用。
?切削会有阻力,这个阻力称为切削阻力。切削力和切削阻力数值相等,方向相反。
2.1 刀具切削部分的形态
任何刀具的切削部分都可简化为一楔形体,但切削刃并非一理想直线,而是一不规则过渡曲面,曲率半径大约0.005-0.1mm。
2.2 刀具各部分的切削作用
?刀尖:依靠应力集中破坏木材间的联系,切入工件。
?前刀面:推挤切削层使之变形或破坏,分离成屑片,沿前刀面流出。
?后刀面:压挤切削层以下工件材料,该部材料伴随有弹性或塑性和塑性变形。
屑片分离的条件:切削厚度大于刃口圆弧半径,即a >ρ。
2.3 屑片分离的条件:
当a<ρ时不能分离切屑;时a >ρ时可分离切屑
3、切削力的力学模型
切削阻力来源于两个方面:
a、切材料抵抗变形或破坏的阻力:取决于材料力学性质、含水率、切削层尺寸和刀具的锐
钝程度。
?b、摩擦阻力:取决于刀具和工件材料的种类、材料状态(含水率、表面粗糙度等)、相对运动速度和压紧力等。
切削阻力是切削功率、机床电机功率的计算依据,也是影响刀具磨损的重要因素。
建立切削力的力学模型是为了研究和测量方便。
木材切削力研究的回顾
?① 1870俄国人И.А Tиме出版了《金属和木材的切削阻力》,之后,前苏联又有不少这方面的著作和论文。
?② 1950芬兰人Kivimaa出版了《Cutting Force in Wood-working》
?③ 60-70年代美国人N.C.Franz, W.M.Mckenzie,H.A.Stewart也发表过不少木材切削阻力方面的研究文章。
?④ 1987林科院木材所管宁发表了《中国11种针叶材切削阻力研究》等论文。
?⑤ 80-90年代,东北林业大学朴永守与日本学者福井尚、北林王均玺、南林曹平祥等也发表过木材切削阻力研究的文章。
切削力的力学模型
切削力的力学模型(平面刨削)
正压力N1 F x1
?前刀面合力R1
摩擦力f1 F y1 F x
?刀尖 F x尖总合力F
正压力N2 F x2 Fy
?后刀面合力R2
摩擦力f2 F y2
外圆车削的切削力力学模型
4、影响切削阻力的因素
4.1 切削条件和切削阻力
?(1)切削宽度b:主切削力Fx与b成正比。
?(2)切削厚度a:主切削力Fx与a正相关,但并非简单的线性关系。(图2-7)
a.当a=0时,Fx≠0。这表明虽无屑片分离,但后刀面仍有摩擦阻力。
b.当a大于0.1 时,Fx 与a成近似线形关系。