第2章 金屬切削基本原理

第2章金屬切削基本原理 時(shí)間 4次課 8學(xué)時(shí) 第2章金屬切削基本原理 教學(xué)目標(biāo) 金屬切削就是用刀具把工件表面上多余的金屬切掉 以獲得需要的工件形狀和尺寸 切削過程的實(shí)質(zhì)是工件切削層在刀具前刀面的擠壓下產(chǎn)生塑性變形 變成切屑的復(fù)雜過程 在這個(gè)過程中的許多物理現(xiàn)象如 切削力 切削熱和刀具的磨損與刀具壽命 卷屑與斷屑等 都與金屬的變形有密切的關(guān)系 都會影響加工質(zhì)量 生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本 通過本章的學(xué)習(xí) 要了解金屬切削基本原理 掌握金屬切削變形過程的規(guī)律 從而主動地加以有效的控制 以便創(chuàng)造出更先進(jìn)的加工方法和高效率的切削刀具 以適應(yīng)現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的需要 第2章金屬切削基本原理 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 切削變形切削力切削熱刀具磨損刀具幾何參數(shù)選擇切削用量選擇 第2章金屬切削基本原理 案例導(dǎo)入 要加工如圖2 1所示短軸 怎樣才能把多余的材料去掉 要多大的切削力 如何選擇刀具的幾何參數(shù)和切削用量 第2章金屬切削基本原理 圖2 1短軸 第2章金屬切削基本原理 2 1金屬切削過程2 2切削力2 3切削熱與切削溫度2 4刀具磨損與刀具耐用度2 5磨削機(jī)理2 6刀具幾何參數(shù)與切削用量的選擇2 7實(shí)訓(xùn)2 8習(xí)題 2 1金屬切削過程 2 1 1切削變形與切屑的形成2 1 2切屑的類型2 1 3切削變形程度的表示方法2 1 4前刀面上的摩擦與積屑瘤2 1 5已加工表面的形成過程2 1 6影響切屑變形的主要因素 2 1金屬切削過程 金屬切削過程是指將工件上多余的金屬層 通過切削加工被刀具切除而形成切屑的過程 研究切削過程的物理本質(zhì)及其變化規(guī)律 對提高切削加工生產(chǎn)率 保證加工質(zhì)量 降低加工成本有著很重要的意義 2 1 1切削變形與切屑的形成 1 切削層與切削層參數(shù)在切削過程中 主運(yùn)動一個(gè)切削循環(huán)內(nèi) 刀具從工件上所切除的金屬層稱為切削層 如圖2 2所示 車削時(shí)工件旋轉(zhuǎn)一周 刀具從位置II移到了I I與II之間的材料層即為切削層 2 1 1切削變形與切屑的形成 圖2 2切削用量和切削層參數(shù) 2 1 1切削變形與切屑的形成 切削層的參數(shù)有 1 切削層公稱厚度hD mm 指垂直于過渡表面測量的切削層尺寸 即相鄰兩過渡表面間的距離 hD反映了切削刃單位長度上的切削負(fù)荷 由圖2 2可知hD fsin r 2 1 2 切削層公稱寬度bD mm 指沿過渡表面測量的切削層尺寸 bD反映了切削刃參加切削的長度 由圖2 2可知bD ap sin r 2 2 3 切削層公稱橫截面積AD mm2 指在切削層尺寸平面里測量的橫截面積 即為切削層公稱厚度與切削層公稱寬度的乘積 由圖2 2可知AD hDbD apf 2 3 2 1 1切削變形與切屑的形成 2 切削變形的本質(zhì)從材料力學(xué)中得知 金屬材料受擠壓時(shí) 其內(nèi)部材料產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變 圖2 3所示 在大約與受力方向成45 圖中 和 方向即剪切方向 的斜截面內(nèi)剪應(yīng)力最大 開始是彈性變形 當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限時(shí) 剪切變形進(jìn)入塑性流動階段 材料內(nèi)部沿著剪切面發(fā)生相對滑移 材料就被壓扁 塑性材料 或剪斷 脆性材料 切削加工與上述擠壓相似 只是在切削加工時(shí) 受切削層下方 線以下 材料的阻礙 切削層材料不能沿 方向滑移 只能沿剪切面向上滑移 于是 切削層材料就轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?見圖2 4 2 1 1切削變形與切屑的形成 圖2 3金屬的擠壓與切削 2 1 1切削變形與切屑的形成 圖2 4切削過程示意圖 2 1 1切削變形與切屑的形成 3 切屑的形成過程與三個(gè)變形區(qū)如圖2 5所示 在刀具切入工件后 由于切削刃和前刀面的推擠 工件材料內(nèi)部的每一點(diǎn)都要產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力 離刀具愈近的地方 應(yīng)力愈大 第一變形區(qū)是切屑形成的主要區(qū)域 圖2 6中 區(qū) 在刀具前面推擠下 切削層金屬發(fā)生塑性變形 2 1 1切削變形與切屑的形成 圖2 5第一變形區(qū)金屬的滑移 2 1 1切削變形與切屑的形成 圖2 6金屬切削過程中的滑移線和流線示意圖 2 1 1切削變形與切屑的形成 第二變形區(qū) 切屑沿前面流動時(shí) 進(jìn)一步受到刀具前面的擠壓 在刀具前面與切屑底層之間產(chǎn)生了劇烈摩擦 使切屑底層的金屬晶粒纖維化 其方向基本上和刀具前面平行 這個(gè)變形區(qū)域稱為第二變形區(qū) 圖2 6中 區(qū) 第二變形區(qū)對切削過程也會產(chǎn)生較顯著的影響 第三變形區(qū) 切削層金屬被刀具切削刃和前面從工件基體材料上剝離下來 進(jìn)入第一和第二變形區(qū) 同時(shí) 工件基體上留下的材料表層經(jīng)過刀具鈍圓切削刃和刀具后面的擠壓 摩擦 使表層金屬產(chǎn)生纖維化和非晶質(zhì)化 并使其顯微硬度提高 并且在刀具后面離開后 已加工表面表層和深層金屬都要產(chǎn)生回彈 從而產(chǎn)生表面殘留應(yīng)力 這些變形過程都是在第三變形區(qū) 圖2 6中 區(qū) 內(nèi)完成的 也是已加工表面形成的過程 第三變形區(qū)內(nèi)的摩擦與變形情況 直接影響著已加工表面的質(zhì)量 這三個(gè)變形區(qū)不是獨(dú)立的 它們有緊密的內(nèi)在聯(lián)系和相互影響 2 1 2切屑的類型 由于工件材料以及切削條件不同 切削變形的程度也就不同 因而所產(chǎn)生的切屑形態(tài)也就多種多樣 其基本類型如圖2 7示 即帶狀切屑 節(jié)狀切屑 粒狀切屑和崩碎切屑四類 2 1 2切屑的類型 圖2 7切屑類型 2 1 2切屑的類型 1 帶狀切屑帶狀切屑是最常見的一種切屑 它的形狀像一條連綿不斷的帶子 底部光滑 背部呈毛茸狀 一般加工塑性材料 當(dāng)切削厚度較小 切削速度較高 刀具前角較大時(shí) 得到的切屑往往是帶狀切屑 出現(xiàn)帶狀切屑時(shí) 切削過程平穩(wěn) 切削力波動較小 已加工表面粗糙度值較小 2 1 2切屑的類型 2 擠裂切屑擠裂切屑又稱節(jié)狀切屑 切屑上各滑移面大部分被剪斷 尚有小部分連在一起 猶如節(jié)骨狀 它的外弧面呈鋸齒形 內(nèi)弧面有時(shí)有裂紋 其原因是由于它的第一變形區(qū)較寬 在剪切滑移過程中滑移量較大 由滑移變形所產(chǎn)生的加工硬化使剪切力增加 在局部地方達(dá)到材料的破裂強(qiáng)度 這種切屑在切削速度較低 切削厚度較大 刀具前角較小的情況下產(chǎn)生 出現(xiàn)節(jié)狀切屑時(shí) 切削過程不平穩(wěn) 切削力有波動 已加工表面粗糙度值較大 2 1 2切屑的類型 3 單元切屑 粒狀切屑 切屑沿剪切面完全斷開 因而切屑呈梯形的單元狀 粒狀 當(dāng)切削塑性材料 在切削速度極低時(shí)產(chǎn)生這種切屑 出現(xiàn)單元切屑時(shí)切削力波動大 已加工表面粗糙度值大 以上三種切屑只有在加工塑性材料時(shí)才可能得到 生產(chǎn)中最常見的是帶狀切屑 有時(shí)得到擠裂切屑 單元切屑則很少見 切屑的形態(tài)是隨切削條件的改變而轉(zhuǎn)化的 在形成擠裂切屑的情況下 若減小刀具前角 降低切削速度 或加大切削厚度 就可以得到單元切屑 反之 則可得到帶狀切屑 2 1 2切屑的類型 4 崩碎切屑切削脆性材料時(shí) 由于材料的塑性很小且抗拉強(qiáng)度低 被切金屬層在前刀面的推擠下未經(jīng)塑性變形就在拉應(yīng)力狀態(tài)下脆斷 形成不規(guī)則的碎塊狀切屑 它與工件基體分離的表面很不規(guī)則 切削力波動很大 切削振動大 加工表面凹凸不平 表面粗糙度值很大 在切削加工中采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣砜刂魄行嫉木砬?流出與折斷 使形成 可接受 的良好屑形 從切屑控制的角度出發(fā)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 制定了切屑分類標(biāo)準(zhǔn) 如表2 1所示 2 1 2切屑的類型 2 1 3切削變形程度的表示方法 1 相對滑移如圖2 8所示 當(dāng)切削層單元平行四邊形 產(chǎn)生剪切變形為 時(shí) 沿剪切面 產(chǎn)生的滑移量為 s 相對滑移 的大小為 或 2 1 3切削變形程度的表示方法 圖2 8相對滑移 2 1 3切削變形程度的表示方法 2 變形系數(shù) 切屑厚度壓縮比 在生產(chǎn)實(shí)踐中 切屑厚度hch通常要大于切削厚度 而切屑長度lch則小于切削長度lc 如圖2 9所示 由于切削寬度與切屑寬度差異很小 根據(jù)體積不變的原則 變形系數(shù)可由下式計(jì)算 2 1 3切削變形程度的表示方法 圖2 9切屑的變形 2 1 4前刀面上的摩擦與積屑瘤 1 前刀面上的摩擦切削時(shí) 切削層經(jīng)第一區(qū)變形后沿前刀面排出 受到前刀面的擠壓和摩擦變形加劇 進(jìn)入第二變形區(qū) 切屑在流經(jīng)前刀面時(shí) 在高溫高壓的作用下產(chǎn)生劇烈的摩擦 致使刀具前刀面與切屑底層產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象 也稱冷焊 這種摩擦與一般金屬接觸面間的摩擦不同 如圖2 10所示 刀屑接觸區(qū)分為粘結(jié)區(qū)和滑動區(qū)兩部分 粘結(jié)區(qū)的摩擦為金屬間的內(nèi)摩擦 是金屬內(nèi)部的剪切滑移 這部分的切向應(yīng)力等于被切材料的剪切屈服點(diǎn) 滑動區(qū)的摩擦為外摩擦 即滑動摩擦 這部分的切向應(yīng)力隨著遠(yuǎn)離切削刃由逐漸減小至零 而刀屑接觸面上正應(yīng)力分布是刃口處最大 遠(yuǎn)離刃口處變小 直至減小至零 所以前刀面上各點(diǎn)的摩擦是不同的 2 1 4前刀面上的摩擦與積屑瘤 圖2 10切屑和前刀面摩擦特性 2 1 4前刀面上的摩擦與積屑瘤 2 積屑瘤1 積屑瘤的形成由于刀屑接觸面很潔凈 切削塑性材料時(shí) 在粘結(jié)摩擦和滯留的作用下 當(dāng)前刀面上的溫度和壓力適宜時(shí) 切屑底層金屬粘結(jié)前刀面的刃口附近 即所謂的 冷焊 形成硬度很高 是工件材料的2 3倍 的一個(gè)楔塊 稱為積屑瘤 見圖2 11 積屑瘤的大小常用積屑瘤的高度Hb表示 2 1 4前刀面上的摩擦與積屑瘤 圖2 11積屑瘤前角和伸出量 2 1 4前刀面上的摩擦與積屑瘤 2 積屑瘤對切削過程的影響 增大前角 減小切削力積屑瘤在刀面上增大了刀具的實(shí)際工作前角 可減小切屑變形 減小切削力 影響尺寸精度積屑瘤前端伸出刀刃外 使切削厚度增加了 影響工件尺寸精度 增大表面粗糙度值高度不穩(wěn)定的積屑瘤會在工件表面上劃出溝痕和擠歪已有溝痕 脫落后的積屑瘤顆粒會嵌在已加工表面上 增大表面粗糙度值 減小刀具磨損積屑瘤象帽子保護(hù)著切削刃 代替切削刃 前刀面和后刀面進(jìn)行切削 減小刀具的磨損 2 1 4前刀面上的摩擦與積屑瘤 3 影響積屑瘤的主要因素主要取決于切削溫度 此外 接觸面間的壓力 粗糙程度 粘結(jié)強(qiáng)度等因素都與形成積屑瘤的條件有關(guān) 工件材料塑性越大 切削溫度越高 越容易形成積屑瘤 可以采用正火或調(diào)質(zhì)處理避免積屑瘤的生成 切削速度實(shí)驗(yàn)表明 采用低速 3m min 或較高速 40m min 切削時(shí) 不易產(chǎn)生積屑瘤 如圖2 12示 刀具前角增大前角 可以減小切屑變形 切削力和摩擦 降低切削溫度 抑制積屑瘤的生成 另外 使用切削液可有效降低切削溫度和摩擦 抑制積屑瘤的產(chǎn)生 2 1 4前刀面上的摩擦與積屑瘤 圖2 12切削速度與積屑瘤高度的關(guān)系 2 1 5已加工表面的形成過程 刀具切削刃的刃口實(shí)際上無法磨得絕對鋒利 總存在刃口圓弧 如圖2 13所示 刃口圓弧半徑為 切削時(shí)由于刃口圓弧的切削和擠壓摩擦作用 使刃口前區(qū)的金屬內(nèi)部產(chǎn)生復(fù)雜的塑性變形 通常以O(shè)點(diǎn)為分界點(diǎn) O點(diǎn)以上金屬晶體向上滑移形成切屑 O點(diǎn)以下厚度的金屬層晶體向下滑移繞過刃口形成已加工表面 這層金屬被刃口圓弧擠壓后 還繼續(xù)受到后刀面上小棱面CE的摩擦 以及由已加工表面彈性恢復(fù)層與后刀面上ED部分接觸產(chǎn)生擠壓摩擦 使已加工表面變形更劇烈 2 1 5已加工表面的形成過程 圖2 13已加工表面變形 2 1 6影響切屑變形的主要因素 影響切屑變形的因素很多 主要有 工件材料 刀具前角 切削速度 切削厚度 1 工件材料工件材料的強(qiáng)度 硬度越大 切屑變形越小 圖2 14所示為工件材料的強(qiáng)度對變形系數(shù)的影響 2 1 6影響切屑變形的主要因素 圖2 14材料強(qiáng)度對變形系數(shù)的影響 2 1 6影響切屑變形的主要因素 2 刀具前角刀具的前角越大 切削刃就越鋒利 對切削層金屬的擠壓也就越小 剪切角就越大 所以 切屑變形也就越小 如圖2 15所示 2 1 6影響切屑變形的主要因素 圖2 15前角對變形系數(shù)的影響 2 1 6影響切屑變形的主要因素 3 切削速度切削速度主要是通過積屑瘤和切削溫度使剪切角變化而影響切屑變形的 如圖2 16所示 在切削碳鋼等塑性金屬時(shí) 變形系數(shù)隨切削速度增大呈波形變化 這是因?yàn)樵谳^寬的切削速度范圍內(nèi) 中間有一部分區(qū)域會生成積屑瘤 而高速端和低速端卻沒有積屑瘤 2 1 6影響切屑變形的主要因素 圖2 16切削速度對變形系數(shù)的影響 2 1 6影響切屑變形的主要因素 4 切削厚度隨著切削厚度的增加 摩擦系數(shù)減小 增大 變形系數(shù)減小 在無積屑瘤的情況下 越大 越小 如圖2 17所示 切屑底層的金屬與前刀面產(chǎn)生劇烈的擠壓和摩擦 離前刀面越遠(yuǎn) 切削層變形越小 因此 切削厚度的增加 使切屑的平均變形減小 2 1 6影響切屑變形的主要因素 圖2 17切削厚度對變形系數(shù)的影響 2 2切削力 2 2 1切削力的來源及分解2 2 2切削力的測量2 2 3切削力和切削功率的計(jì)算2 2 4影響切削力的因素 2 2切削力 切削過程中 切削力直接影響著切削熱 刀具磨損 刀具耐用度 加工精度和已加工表面質(zhì)量 在生產(chǎn)中 切削力又是計(jì)算切削功率 制定切削用量 設(shè)計(jì)機(jī)床 刀具 夾具的重要依據(jù) 因此 研究和掌握切削力的規(guī)律和計(jì)算 實(shí)驗(yàn)方法 對生產(chǎn)實(shí)際有重要的實(shí)用意義 2 2 1切削力的來源及分解 1 切削力的來源加工時(shí) 使切削層產(chǎn)生彈性 塑性變形的切削抗力作用在刀具上 前刀面與切屑間 后刀面與已加工表明間的摩擦力也作用在刀具上 這些力稱為切削力 如圖2 18所示 2 2 1切削力的來源及分解 圖2 18作用在刀具上的切削力 2 2 1切削力的來源及分解 2 切削力的分解圖2 19所示為車削外圓時(shí)的切削力 為了便于測量 研究和計(jì)算 常將切削合力F分解為三個(gè)互相垂直的分力 1 切削力 切向力 切削合力在主運(yùn)動方向的分力 2 背向力 徑向力 切削合力在加工表面法向方向上的分力 3 進(jìn)給力 軸向力 切削合力F在進(jìn)給方向的分力 2 2 1切削力的來源及分解 圖2 19切削力的分解 2 2 2切削力的測量 測力儀的測量原理是測量出變形或電荷 經(jīng)轉(zhuǎn)換后讀出三個(gè)切削分力 目前應(yīng)用最廣的是電阻應(yīng)變片式測力儀 它的靈敏度高 精度高 量程范圍大 可用于動態(tài)測量和靜態(tài)測量 電阻式測力儀的工作原理是將若干電阻應(yīng)變片貼在測力儀上彈性元件的不同部位 分別聯(lián)成電橋 如圖2 20中的R1 R4 2 2 2切削力的測量 圖2 20電阻應(yīng)變片式測力儀 2 2 3切削力和切削功率的計(jì)算 1 切削力的計(jì)算通過大量實(shí)驗(yàn) 用測力儀測得各向分力后 通過數(shù)據(jù)處理 可得切削力的經(jīng)驗(yàn)公式 生產(chǎn)中切削力的經(jīng)驗(yàn)公式分兩類 一是指數(shù)公式 一是按單位切削力計(jì)算的公式 1 計(jì)算切削力的指數(shù)公式 2 2 3切削力和切削功率的計(jì)算 2 單位切削力的計(jì)算公式用單位切削力p來計(jì)算主切削力是一種更簡便的形式 單位切削力是指切除單位切削層面積所產(chǎn)生的主切削力 用p表示為 2 2 3切削力和切削功率的計(jì)算 2 切削功率的計(jì)算切削功率Pc指在切削過程中所消耗的功率 是各切削分力消耗功率的和 由于主運(yùn)動方向上的功率消耗最大 通常用主運(yùn)動消耗的功率表示切削功率Pc kW 則機(jī)床電動機(jī)所需功率PE Kw 為 2 2 4影響切削力的因素 1 工件材料的影響工件材料的物理力學(xué)性能 加工硬化程度 熱處理情況都影響切削力的大小 其中影響較大的主要因素是強(qiáng)度 硬度和塑性 工件材料的強(qiáng)度 硬度越高 則屈服強(qiáng)度越高 切削力越大 在強(qiáng)度 硬度相近的情況下 材料的塑性 伸長率 韌性越大 則刀具前面上的平均摩擦系數(shù)越大 切削力也就越大 另外 加工硬化程度大 切削力也增大 2 2 4影響切削力的因素 2 切削用量的影響 1 進(jìn)給量f和背吃刀量aP進(jìn)給量f和背吃刀量aP的增加 都使切削面積 D增大 但進(jìn)給量f的增加使變形程度減小 切削層單位面積切削力減小 故切削力有所增加 而背吃刀量aP增加時(shí) 切削層單位面積切削力不變 切削刃上的切削負(fù)荷也隨之增大 即切削變形抗力和刀具前面上的摩擦力均成正比的增加 2 切削速度vC積屑瘤的存在與否 決定著切削速度對切削力的影響情況 在積屑瘤生長階段 vC增加 積屑瘤高度增加 變形程度減小 切削力減小 而積屑瘤的減小會使切削力增大 2 2 4影響切削力的因素 3 刀具幾何參數(shù)與刀具材料的影響 1 前角 前角 增大時(shí) 若后角不變 刀具容易切入工件 有助于切削變形的減小 使變形抗力減小 所以切削力減小 2 負(fù)倒棱前刀面上的負(fù)倒棱能顯著提高刀具的刃口強(qiáng)度 可以提高刀具壽命 但負(fù)倒棱使切削變形增加 所以切削力增大 3 主偏角主偏角 r對切削力的影響可以從圖2 21的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及式 2 10 知 主偏角 r變大時(shí) 會使減小 增大 2 2 4影響切削力的因素 圖2 21主偏角對切削力的影響 2 2 4影響切削力的因素 4 刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑r 增大 則切削刃圓弧部分的長度增長 切削變形增大 使切削力增大 4 刀具磨損及切削液的影響刀具后面磨損后 后角為零 作用在后面上的法向力Fna和摩擦力Ffa都增大 故切削力Fc 背向力Fp增大 切削過程中采用切削液可減小刀具與工件間及刀 屑間的摩擦 有利于減小切削力 2 3切削熱與切削溫度 2 3 1切削熱的來源與傳導(dǎo)2 3 2切削溫度2 3 3影響切削溫度的因素2 3 4切削液 2 3切削熱與切削溫度 切削熱和由它產(chǎn)生的切削溫度會使整個(gè)工藝系統(tǒng)的溫度升高 一方面會引起工藝系統(tǒng)的變形 另一方面會加速刀具的磨損 從而影響工件的加工精度 表面質(zhì)量及刀具的耐用度 因此 研究切削熱和切削溫度的產(chǎn)生及其變化規(guī)律有很重要的意義 2 3 1切削熱的來源與傳導(dǎo) 1 切削熱的產(chǎn)生切削加工時(shí) 切削層金屬發(fā)生彈性變形和塑性變形所消耗的能量98 以上都轉(zhuǎn)換成為熱能 這是切削熱的一個(gè)主要來源 另外 刀 屑面間的摩擦以及后刀面與工件間的摩擦 是切削熱的又一個(gè)來源 在三個(gè)切削變形區(qū)都產(chǎn)生切削熱 如圖2 22所示 2 3 1切削熱的來源與傳導(dǎo) 圖2 22切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo) 2 3 1切削熱的來源與傳導(dǎo) 2 切削熱的傳導(dǎo)切削熱由切屑 工件 刀具以及周圍的介質(zhì)傳導(dǎo)出去 影響熱傳導(dǎo)的主要因素是工件和刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù) 以及周圍介質(zhì)的狀況 工件的導(dǎo)熱系數(shù)越大 則通過工件和切屑傳走的熱量越多 切削區(qū)的溫度降低 有利于提高刀具的使用壽命 但工件的溫度升高了 就會降低工件加工精度 刀具的導(dǎo)熱系數(shù)越大 則通過刀具傳走的熱量越多 可降低切削區(qū)的溫度 2 3 2切削溫度 切削溫度一般指切屑與前刀面接觸區(qū)域的平均溫度 由于刀具上各點(diǎn)與三個(gè)熱源 三個(gè)變形區(qū) 的距離不同 因此刀具上各點(diǎn)的溫度分布不均勻 圖2 23是切屑塑性材料時(shí) 刀具 切屑和工件的溫度分布示意圖 切屑沿前刀面流出時(shí) 熱量累積導(dǎo)致溫度升高 而熱傳導(dǎo)又十分不利 在距離刀尖一定長度的地方溫度最高 刀具磨損也是在此處開始 在切脆性材料時(shí) 切屑呈崩碎狀 第一區(qū)的塑性變形不嚴(yán)重 與前刀面的接觸長度很短 使第二區(qū)的摩擦減小 因此 第一區(qū)和第二區(qū)的溫度不高 只有第三區(qū)的工件與刀尖的摩擦熱是主要熱源 這時(shí)刀具上溫度最高點(diǎn)是在刀尖且靠近后刀面的地方 磨損也從此處開始 2 3 2切削溫度 圖2 23切屑 工件和刀具上的溫度分布 2 3 3影響切削溫度的因素 1 切削用量的影響 1 切削速度vc隨著切削速度的提高 切削溫度將顯著上升 這是因?yàn)?切屑沿前刀面流出時(shí) 切屑底層與前刀面發(fā)生強(qiáng)烈摩擦從而產(chǎn)生大量切削熱 由于切削速度很高 在一個(gè)很短時(shí)間內(nèi)切屑底層的切削熱來不及向切屑內(nèi)部傳導(dǎo) 而是大量積聚在切屑底層 從而使切屑溫度顯著升高 另外 隨著切削速度的提高 金屬切除量成正比例增加 消耗的機(jī)械功增大 使切削溫度上升 切削溫度與切削速度之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為 2 3 3影響切削溫度的因素 2 進(jìn)給量f隨著進(jìn)給量的增大 金屬切除量增多 切削熱增加 使切削溫度上升 但單位切削力和單位切削功率隨f的增大而減小 切除單位體積金屬產(chǎn)生的熱量也減小 另外 f增大使切屑變厚 切屑的熱容量增大 由切屑帶走的熱量增加 故切削區(qū)的溫度上升得不顯著 切削溫度與進(jìn)給量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為 2 3 3影響切削溫度的因素 3 背吃刀量ap背吃刀量ap對切削溫度的影響很小 因?yàn)閍p增大以后 切削區(qū)產(chǎn)生的熱量雖增加 但切削刃參加工作長度增加 散熱條件改善 故切削溫度升高并不明顯 切削溫度與被吃刀量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為 2 3 3影響切削溫度的因素 2 刀具幾何參數(shù)的影響 1 前角 前角 的大小直接影響切削過程中的變形和摩擦 對切削溫度有明顯影響 前角大 切削溫度低 前角小 切削溫度高 但前角達(dá)18 20 后 對切削溫度影響減小 這是因?yàn)樾ń亲冃∈股狍w積減小的緣故 2 主偏角 r主偏角 r加大后 切削刃工作長度縮短 切削熱相對地集中 同時(shí)刀尖角減小 使散熱條件變差 切削溫度將升高 若減小主偏角 則刀尖角和切削刃工作長度加大 散熱條件改善 從而使切削溫度降低 2 3 3影響切削溫度的因素 3 刀具磨損的影響刀具磨損后切削刃變鈍 使金屬變形增加 同時(shí)刀具后刀面與工件的摩擦加劇 所以 刀具磨損后切削溫度上升 后刀面上的磨損量越大 切削溫度的上升越迅速 4 工件材料的影響工件材料的硬度和強(qiáng)度越高 切削時(shí)切削力大 所消耗的功越多 產(chǎn)生的切削熱越多 切削溫度就越高 工件材料導(dǎo)熱系數(shù)的大小 直接影響切削熱的導(dǎo)出 如不銹鋼1Crl8Ni9Ti和高溫合金GHl31 不僅導(dǎo)熱系數(shù)小 且在高溫下仍有較高的強(qiáng)度和硬度 故切削溫度高 5 切削液的影響切削液對降低切削溫度有明顯的效果 2 3 4切削液 在金屬切削過程中 正確使用切削液 可以減少切屑 工件與刀具的摩擦 降低切削溫度和切削力 減緩刀具磨損 切削液還可以減少刀具與切屑粘結(jié) 抑制積屑瘤和鱗刺的生長 減小已加工表面粗糙度值 減少工件熱變形 保證加工精度和提高生產(chǎn)效率 2 3 4切削液 1 切削液的作用 1 冷卻作用使用切削液能降低切削溫度 從而提高刀具使用壽命和加工質(zhì)量 在切削速度高 刀具 工件材料導(dǎo)熱性差 熱膨脹系數(shù)較大的情況下 切削液的冷卻作用尤顯重要 2 潤滑作用金屬切削加工時(shí) 切屑 工件和刀具表面的摩擦可以分為干摩擦 流體潤滑摩擦和邊界潤滑摩擦三類 不加切削液時(shí) 就是金屬與金屬接觸的干摩擦 摩擦系數(shù)最大 2 3 4切削液 3 清洗作用切削液能沖刷掉切削中產(chǎn)生的碎屑或磨粉 避免劃傷已加工表面和機(jī)床導(dǎo)軌 清洗性能的好壞 與切削液的滲透性 流動性和使用的壓力有關(guān) 切削液的清洗作用對于磨削精密加工和自動線加工十分重要 而深孔加工時(shí) 常常利用高壓切削液來進(jìn)行排屑 4 防銹作用為減少工件 機(jī)床 刀具的腐蝕 要求切削液具有一定的防銹作用 其防銹作用的好壞 取決于切削液本身的性能和加入的防銹添加劑的性質(zhì) 2 3 4切削液 2 切削液的種類及選用 1 水溶液主要成分為水并加入防銹劑和添加劑 使其既有良好的冷卻 防銹性能 又有一定的潤滑作用 適合于磨削加工 2 乳化液主要成分為水 95 98 加入適量的礦物油 乳化劑和其它添加劑配制而成的乳白色切削液 低濃度乳化液主要起冷卻作用 高濃度乳化液主要起潤滑作用 乳化液主要用于車削 鉆削 攻螺紋 2 3 4切削液 3 切削油主要成分是礦物油 機(jī)油 輕柴油 煤油 少數(shù)采用動植物油 豆油 菜油 蓖麻油 棉子油 豬油 鯨油 等 切削油一般用于滾齒 插齒 銑削 車螺紋及一般材料的精加工 機(jī)油用于普通車削 攻螺紋 煤油或與礦物油的混合油用于精加工有色金屬和鑄鐵 煤油或與機(jī)油的混合油用于普通孔或深孔精加工 蓖麻油或豆油也用于螺紋加工 輕柴油用于自動機(jī)床上 做自身潤滑液和切削液用 表2 2列出了針對不同工件材料 刀具材料及加工方法等情況下可供選擇的切削液 2 3 4切削液 表2 2常用的切削液 2 4刀具磨損與刀具耐用度 2 4 1刀具磨損2 4 2刀具耐用度 2 4刀具磨損與刀具耐用度 切削金屬時(shí) 刀具一方面切下切屑 另一方面刀具本身也要發(fā)生損壞 刀具損壞的形式主要有磨損和破損兩類 前者是連續(xù)的逐漸磨損 屬正常磨損 后者包括脆性破損 如崩刃 碎斷 剝落 裂紋破損等 和塑性破損兩種 屬非正常磨損 刀具磨損后 使工件加工精度降低 表面粗糙度增大 并導(dǎo)致切削力加大 切削溫度升高 甚至產(chǎn)生振動 不能繼續(xù)正常切削 因此 刀具磨損直接影響加工效率 質(zhì)量和成本 刀具耐用度是表征刀具材料切削性能優(yōu)劣的綜合性指標(biāo) 在相同切削條件下 耐用度越高 則刀具材料的耐磨性越好 在比較不同的工件材料切削加工性時(shí) 刀具耐用度也是一個(gè)重要的指標(biāo) 刀具耐用度越高 則工件材料的切削加工性越好 2 4 1刀具磨損 1 刀具磨損的形態(tài) 1 前刀面磨損 月牙洼磨損 加工塑性材料時(shí) 若切削速度較高 切削厚度較大 會在前刀面上磨出一個(gè)月牙洼 圖2 24 2 后刀面磨損由于加工表面和后刀面間存在著強(qiáng)烈的摩擦 在后刀面上毗鄰切削刃的地方很快就磨出一個(gè)后角為零的小棱面 這就是后刀面磨損 圖2 24 3 前刀面和后刀面同時(shí)磨損這是一種兼有上述兩種情況的磨損形式 在切削塑性金屬時(shí) 若切削厚度適中 經(jīng)常會發(fā)生這種磨損 2 4 1刀具磨損 圖2 24車刀典型磨損形式示意圖 2 4 1刀具磨損 2 刀具磨損原因?yàn)榱藴p小和控制刀具磨損以及研制新型刀具材料 必須研究刀具磨損的原因和本質(zhì) 即從微觀上探討刀具在切削過程中是怎樣磨損的 刀具經(jīng)常工作在高溫 高壓下 在這樣的條件下工作 刀具磨損經(jīng)常是機(jī)械的 熱的 化學(xué)的三種作用的綜合結(jié)果 實(shí)際情況很復(fù)雜 尚待進(jìn)一步研究 到目前為止 認(rèn)為刀具磨損的機(jī)理主要有以下幾個(gè)方面 1 磨料磨損 硬質(zhì)點(diǎn)磨損 切削時(shí) 工件或切屑中的微小硬質(zhì)點(diǎn) 碳化物 Fe3C TiC等 氮化物 AlN Si3N4等 氧化物 SiO2 Al2O3等 以及積屑瘤碎片 不斷滑擦前后刀面 劃出溝紋 這就是磨料磨損 很像砂輪磨削工件一樣 刀具被一層層磨掉 這是一種純機(jī)械作用 2 4 1刀具磨損 2 粘結(jié)磨損 冷焊磨損 工件表面 切屑底面與前后刀面之間存在著很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦 當(dāng)它們達(dá)到原子間距離時(shí) 就會發(fā)生粘結(jié) 也稱冷焊 即壓力粘結(jié) 由于摩擦副的相對運(yùn)動 冷焊結(jié)將被破壞而被一方帶走 從而造成粘結(jié)磨損 3 擴(kuò)散磨損由于切屑溫度很高 刀具與工件剛切出的新鮮表面接觸 化學(xué)活性很大 刀具與工件材料的化學(xué)元素有可能互相擴(kuò)散 使二者的化學(xué)成分發(fā)生變化 削弱了刀具材料的切削性能 加速了刀具磨損 當(dāng)接觸面溫度較高時(shí) 例如硬質(zhì)合金刀片切鋼 當(dāng)溫度達(dá)到800 時(shí) 硬質(zhì)合金中的鈷迅速地?cái)U(kuò)散到切屑 工件中 WC分解為鎢和碳擴(kuò)散到鋼中 圖2 25 2 4 1刀具磨損 圖2 25擴(kuò)散磨損 2 4 1刀具磨損 4 氧化磨損當(dāng)切削溫度達(dá)到700 C 800 C時(shí) 空氣中的氧在切屑形成的高溫區(qū)中與刀具材料中的某些成分 Co WC TiC 發(fā)生氧化反應(yīng) 產(chǎn)生較軟的氧化物 Co3O4 CoO WO3 TiO2 從而使刀具表面層硬度下降 較軟的氧化物被切屑或工件擦掉而形成氧化磨損 這是一種化學(xué)反應(yīng)過程 最容易在主副切削刃工作的邊界處 此處易與空氣接觸 發(fā)生這種氧化反應(yīng) 總之 在不同的工件材料 刀具材料和切削條件下 磨損的原因和強(qiáng)度是不同的 圖2 26所示為不同切削溫度對磨損的影響 2 4 1刀具磨損 圖2 26溫度對磨損的影響1 粘結(jié)磨損2 磨粒磨損3 擴(kuò)散磨損4 相變磨損5 氧化磨損 2 4 1刀具磨損 3 刀具磨損過程用切削時(shí)間t和后刀面磨損量VB兩個(gè)參數(shù)為坐標(biāo) 則磨損過程可以用圖2 27所示的一條磨損曲線來表示 磨損過程分為三個(gè)階段 1 初期磨損階段其磨損的特點(diǎn)是 在極短的時(shí)間內(nèi) VB上升很快 由于新刃磨后的刀具 表面存在微觀不平度 后刀面與工件之間為凸峰點(diǎn)接觸 故磨損很快 2 4 1刀具磨損 圖2 27磨損曲線 2 4 1刀具磨損 2 正常磨損階段其磨損的特點(diǎn)是 刀具在較長的時(shí)間內(nèi)緩慢地磨損 且VB t基本呈線性關(guān)系 經(jīng)過初期磨損后 后刀面上的微觀不平度被磨掉 后刀面與工件的接觸面積增大 壓強(qiáng)減小 且分布均勻 所以磨損量緩慢且均勻地增加 3 急劇磨損階段其磨損的特點(diǎn)是 在相對很短的時(shí)間內(nèi) VB猛增 刀具因而完全失效 刀具經(jīng)過正常磨損階段后 切削刃變鈍 切削力增大 切削溫度升高 這時(shí)刀具的磨損情況發(fā)生了質(zhì)的變化而進(jìn)入急劇磨損階段 2 4 1刀具磨損 4 刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用 這個(gè)磨損限度稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 一般刀具的后刀面上都有磨損 它對加工質(zhì)量和切削力 切削溫度的影響比前刀面磨損顯著 同時(shí)后刀面磨損量易于測量 因此 常用后刀面的磨損量來制訂刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 它是以后刀面磨損帶中間部分平均磨損量允許達(dá)到的最大值VB表示 國際標(biāo)準(zhǔn)ISO統(tǒng)一規(guī)定以1 2背吃刀量處后刀面上測定的磨損帶高度VB作為刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 圖2 28 2 4 1刀具磨損 圖2 28車刀的磨損量 2 4 2刀具耐用度 1 刀具的耐用度與刀具壽命刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的切削時(shí)間稱為刀具耐用度 以T表示 耐用度指凈切削時(shí)間 不包括用于對刀 測量 快進(jìn) 回程等非切削時(shí)間 刀具耐用度還可以用達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所走過的切削路程Lm來定義 Lm等于切削速度vc和耐用度T的乘積 即Lm vc T刀具耐用度是一個(gè)重要參數(shù) 在相同切削條件下切削某種工件材料時(shí) 可以用耐用度來比較不同刀具材料的切削性能 同一刀具材料切削各種工件材料 可以用耐用度來比較材料的切削加工性 還可以用耐用度來判斷刀具幾何參數(shù)是否合理 刀具壽命是指一把新刀具從使用到報(bào)廢為止的切削時(shí)間 它是刀具耐用度與刀具刃磨次數(shù)的乘積 2 4 2刀具耐用度 2 切削用量對刀具耐用度的影響切削用量與刀具耐用度的關(guān)系是用實(shí)驗(yàn)方法求得的 通過單因素實(shí)驗(yàn) 先選定刀具后刀面的磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 固定其它切削條件 分別改變切削速度 進(jìn)給量和背吃刀量 求出對應(yīng)的T值 在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上畫出它們的圖形 經(jīng)過數(shù)據(jù)整理后可得出刀具耐用度實(shí)驗(yàn)公式 2 4 2刀具耐用度 1 切削速度與刀具耐用度的關(guān)系在常用的切削速度范圍內(nèi) 用不同的切削速度1 2 3 試驗(yàn) 可以得到各種切削速度下的刀具磨損曲線 見圖2 29 根據(jù)規(guī)定的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VB 求出各種曲線速度下對應(yīng)刀具使用壽命T1 T2 T3 再在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)出 T1 1 T2 2 T3 3 各點(diǎn) 見圖2 30 可見 在一定的切削速度范圍內(nèi) 這些點(diǎn)基本分布在一條直線上 這條直線的方程為 2 4 2刀具耐用度 圖2 29刀具磨損曲線 2 4 2刀具耐用度 圖2 30在雙對數(shù)坐標(biāo)上的T 曲線 2 4 2刀具耐用度 2 進(jìn)給量 背吃刀量與刀具耐用度的關(guān)系按照T 關(guān)系式的求法 同樣可以得到T 和T 的關(guān)系式 綜合以上三式 可以得到切削用量三要素與刀具耐用度的關(guān)系式 2 4 2刀具耐用度 3 刀具耐用度的選擇在實(shí)際生產(chǎn)中 刀具耐用度同生產(chǎn)效率和加工成本之間存在著較復(fù)雜的關(guān)系 在生產(chǎn)中選擇刀具耐用度時(shí) 一般應(yīng)考慮以下原則 1 刀具的復(fù)雜程度和制造 重磨的費(fèi)用 2 裝卡 調(diào)整比較復(fù)雜的刀具 3 生產(chǎn)線上的刀具耐用度應(yīng)規(guī)定為一個(gè)班或兩個(gè)班 以便能在換班時(shí)間內(nèi)換刀 4 精加工尺寸很大的工件時(shí) 刀具耐用度應(yīng)按零件精度和表面粗糙度要求決定 2 5磨削機(jī)理 2 5 1磨削過程2 5 2磨削溫度2 5 3砂輪的磨損與修整2 5 4磨削方法 2 5磨削機(jī)理 隨著各種高強(qiáng)度和難加工材料的廣泛應(yīng)用 對零件的精度要求也在不斷提高 磨削加工在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中已得到迅速的發(fā)展 磨削不僅用于精加工 而且用于粗加工毛坯去皮加工 能獲得較高的生產(chǎn)率和良好的經(jīng)濟(jì)性 磨削的加工余量可以很小 加工精度可達(dá)IT5 IT6級 加工表面粗糙度可小至Ra1 25 0 01 m 鏡面磨削時(shí)可達(dá)Ra0 04 0 01 m 磨削常用于淬硬鋼 耐熱鋼及特殊合金材料等堅(jiān)硬材料 2 5 1磨削過程 磨削是利用砂輪上無數(shù)個(gè)微小磨粒的微切削刃對工件表面進(jìn)行的切削加工 與普通切削加工不同的是 磨粒切削刃的幾何形狀不確定 由于磨粒是將磨料經(jīng)機(jī)械方法破碎而得 因此它的幾何形狀通常是 負(fù)前角 60 85 頂角多為90 120 刃口楔角為80 145 刃端鈍圓半徑為3 28 且磨粒的切削刃在砂輪上的排列 凹凸 刃距 是隨機(jī)分布的 磨削的厚度非常薄 通常為幾個(gè)微米 磨削速度很高 1000 7000m min 磨削點(diǎn)的瞬時(shí)溫度高 1000 能耗大 是車削的30倍 當(dāng)去除同體積材料時(shí) 2 5 1磨削過程 圖2 31磨粒的磨削過程 2 5 1磨削過程 單個(gè)磨粒的磨削過程大致分為滑擦 刻劃和切削三個(gè)階段 如圖2 31所示 1 滑擦階段 彈性變形階段 在滑擦階段 由于磨粒切削刃剛剛開始與工件接觸 切削厚度由零逐漸增大 但切削厚度hD極小 2 刻劃階段 塑性變形階段 隨著磨粒擠入深度的增大 磨粒與工件表面的壓力逐步加大 表面層也由彈性變形過渡到塑性變形 3 切削階段 磨屑形成階段 當(dāng)擠入深度增大到臨界值時(shí) 被切削材料的切應(yīng)力和溫度都達(dá)到了一定數(shù)值 金屬層在磨粒的擠壓下明顯地沿剪切面滑移 形成切屑沿前 刀 面流出 磨削塑性材料時(shí) 磨屑呈帶狀 圖2 32 磨削脆性材料時(shí) 磨屑呈擠裂狀 圖2 32 當(dāng)磨削溫度很高時(shí) 切屑熔化呈球狀或灰燼狀 圖2 32 2 5 1磨削過程 圖2 32磨屑形態(tài) 2 5 1磨削過程 2 磨削特點(diǎn)磨粒的硬度很高 如同刀具 能象刀具起切削作用 而高速回轉(zhuǎn)的砂輪 就相當(dāng)于多刃刀具 能切下很薄的一層金屬 得到加工精度和表面質(zhì)量較高的工件加工表面 磨削加工的特點(diǎn)如下 1 能加工硬度很高的材料 2 能獲得較高的加工精度和較細(xì)的表面粗糙度 3 磨削速度高 4 磨削溫度高 5 磨削余量小 6 磨削的工藝范圍廣 2 5 2磨削溫度 1 基本概念由于磨削速度高 能耗大 因此磨削溫度很高 通常磨削溫度是指砂輪與工件接觸區(qū)的平均溫度 它包含三個(gè)區(qū)域的溫度 1 工件平均溫度指磨削熱傳入工件而引起的工件溫升 它影響工件的尺寸精度和形狀精度 2 5 2磨削溫度 2 磨粒磨削點(diǎn)的溫度 dot 見圖2 33 指磨粒切削刃與磨屑接觸部分的溫度 是磨削過程中溫度最高的部位 瞬時(shí)可達(dá)1000 C左右 它不但影響加工表面質(zhì)量 還與砂輪的磨損等關(guān)系密切 3 磨削區(qū)溫度 A是砂輪與工件接觸區(qū)的平均溫度 一般有500 800 它將引起磨削表面的燒傷和裂紋的產(chǎn)生 2 5 2磨削溫度 圖2 33磨削溫度 2 5 2磨削溫度 2 影響磨削溫度的主要因素 1 砂輪速度v砂輪速度增大 單位時(shí)間內(nèi)的工作磨粒數(shù)將增多 單個(gè)磨粒的切削厚度變小 擠壓和摩擦作用加劇 滑擦熱顯著增多 此外還會使磨粒在工件表面的滑擦次數(shù)增多 所有這些 都將促使磨削溫度的升高 2 工件速度vw工件速度增大就是熱源移動速度增大 工件表面溫度可能有所降低 但不明顯 這是由于工件速度增大后 增大了金屬切除量 從而增加了發(fā)熱量 2 5 2磨削溫度 3 徑向進(jìn)給量fp徑向進(jìn)給量的增大 將導(dǎo)致磨削過程中磨削變形力和摩擦力的增大 從而引起發(fā)熱量的增多和磨削溫度的升高 4 工件材料金屬的導(dǎo)熱性越差 則磨削區(qū)的溫度越高 5 砂輪硬度與粒度用軟砂輪磨削時(shí)的磨削溫度低 反之則磨削溫度高 2 5 3砂輪的磨損與修整 1 砂輪磨損的形態(tài)砂輪磨損包含磨粒的磨耗磨損 磨粒破碎和脫落磨損等三種形態(tài) 圖2 34 磨耗磨損是由于磨粒與工件之間的摩擦 粘結(jié)和擴(kuò)散而引起的 一般發(fā)生在磨粒與工件的接觸處 圖2 34中的A處 開始時(shí) 在磨粒刃尖上出現(xiàn)一磨損的微小平面 當(dāng)微小平面逐步增大時(shí) 磨刃就無法順利切人工件 而只是在工件表面產(chǎn)生擠壓作用 從而使磨削熱增加 磨削過程惡化 磨粒破碎發(fā)生在一個(gè)磨粒的內(nèi)部 圖2 34中的B一B處 磨粒在磨削過程中 在多次急熱急冷作用下 表面形成極大的熱應(yīng)力 而導(dǎo)致局部破碎 磨粒的熱傳導(dǎo)系數(shù)越小 熱膨脹系數(shù)越大 則越容易破碎 脫落磨損 圖2 34中的C C處 的難易主要取決于結(jié)合劑的強(qiáng)度 2 5 3砂輪的磨損與修整 圖2 34砂輪磨損的三種形態(tài)1 切屑2 結(jié)合劑3 磨粒A 磨耗磨損B 磨粒破碎C 脫落磨損 2 5 3砂輪的磨損與修整 2 砂輪的修整砂輪雖有一定的自礪性 例如粗磨時(shí)砂輪的磨削表面就是靠自礪更新的 但在一般條件下不可能完全自礪 因此磨損后必須及時(shí)修整 以獲得良好的表面形貌 保證其磨削性能 砂輪的修整應(yīng)起到兩個(gè)作用 一是去除外層已鈍化的磨?；蛉コ驯荒バ级氯说囊粚幽チ?使新的磨粒顯露出來 二是使砂輪修整后具有足夠數(shù)量的有效切削刃 從而提高已加工表面質(zhì)量 2 5 3砂輪的磨損與修整 砂輪修整的方法有單粒金剛石修整 金剛石粉末燒結(jié)型修整器修整和金剛石超聲波修整等 修整時(shí)修整器應(yīng)安裝在低于砂輪中心0 5 1 5mm處 圖2 35 以防止振動及金剛石 啃 入砂輪而劃傷砂輪表面 砂輪的修整用量有修整導(dǎo)程 修整深度 修整次數(shù)和光修次數(shù) 修整導(dǎo)程越小 工件表面粗糙度值越低 通常取修整導(dǎo)程為10 15mm min 修整深度為2 5 單行程 一般修去0 05mm就可恢復(fù)砂輪的磨削性能 2 5 3砂輪的磨損與修整 圖2 35修整砂輪時(shí)金剛石的安裝位置 2 5 4磨削方法 磨削加工的應(yīng)用范圍很廣 方法也很多 主要有以下方法 1 按磨削的表面形狀 有外圓面磨削 內(nèi)圓面磨削 平面磨削和成形面磨削 2 按磨削時(shí)工件的裝夾方式 有中心磨削 平面磨削 無心磨削 有中心磨削時(shí) 工件的裝夾要以工件的軸心為定位基準(zhǔn) 如在普通內(nèi)圓磨床 普通外圓磨床 萬能外圓磨床等機(jī)床上磨削時(shí) 都是有中心磨削 無心外圓磨削時(shí) 工件放在砂輪與導(dǎo)輪之間 且工件中心高于砂輪和導(dǎo)輪的中心線 0 15 0 25 d d工件直徑 不用頂尖支撐 以被磨削外圓表面作定位基準(zhǔn) 支撐在托板上 見圖2 36a 砂輪和導(dǎo)輪的旋轉(zhuǎn)方向相同 砂輪的旋轉(zhuǎn)速度很大 而導(dǎo)輪則依靠摩擦力限制工件的旋轉(zhuǎn) 使工件的圓周速度基本上等于導(dǎo)輪的線速度 使砂輪和導(dǎo)輪間形成很大的速度差 產(chǎn)生磨削作用 2 5 4磨削方法 圖2 36無心外圓磨床加工方法1 砂輪2 工件3 導(dǎo)輪4 托板5 擋塊 2 5 4磨削方法 3 按磨削的送進(jìn)方式 有縱磨 貫穿磨 和橫磨 切入磨 當(dāng)被磨削工件表面的軸向尺寸大于砂輪的寬度時(shí) 就必須有沿著工件軸線方向的送進(jìn)運(yùn)動 見圖2 36b及1 16a b d e 這種磨削稱為縱磨或稱貫穿磨 當(dāng)被磨削工件表面的軸向尺寸小于砂輪的寬度時(shí) 可以采用橫磨或稱切入磨 見圖2 36c及1 16c 4 按磨削加工精度 有普通磨削和高精度磨削 普通磨削的加工精度可達(dá)IT8 IT6 表面粗糙度 值為1 25 0 63m 高精度磨削又可分為精密磨削 值為0 16 0 06m 超精密磨削 值為0 04 0 02m 和鏡面磨削 值為0 01m 磨削后工件的尺寸精度可達(dá)IT5 2 5 4磨削方法 5 按磨削的生產(chǎn)率 有一般磨削 高速磨削 強(qiáng)力磨削和砂帶磨削 普通磨削時(shí)砂輪的線速度 30 35 m s 磨削深度 0 02mm 0 05 5 m s 高速磨削時(shí) 砂輪的線速度大于45m s 與普通磨削相比 生產(chǎn)率可提高30 40 強(qiáng)力磨削就是以大的磨削深度 一次切深達(dá)1 30mm 和較小的進(jìn)給量 0 002 0 005mm 進(jìn)行磨削 可直接從毛坯或?qū)嶓w上磨出加工面 砂帶磨削是根據(jù)被加工表面的形狀 選擇相應(yīng)的接觸方式 在一定的壓力作用下 使高速運(yùn)動的砂帶與工件接觸產(chǎn)生摩擦 將加工表面的余量磨去的新工藝 圖2 37 2 5 4磨削方法 圖2 37砂帶磨削1 傳送帶2 工件3 砂帶4 漲緊輪5 壓輪6 支承板7 導(dǎo)輪 2 6刀具幾何參數(shù)與切削用量的選擇 2 6 1刀具幾何參數(shù)的選擇2 6 2切削用量的選擇 2 6刀具幾何參數(shù)與切削用量的選擇 刀具的幾何參數(shù)與切削用量的合理選擇 對保證質(zhì)量 提高生產(chǎn)率 降低加工成本有著非常重要的影響 2 6 1刀具幾何參數(shù)的選擇 刀具幾何參數(shù)可分為兩類 一類是刀具角度參數(shù) 另一類是刀具刃型尺寸參數(shù) 各參數(shù)之間存在著相互依賴 相互制約的作用 因此應(yīng)綜合考慮各種參數(shù) 以便進(jìn)行合理的選擇 雖然刀具材料的優(yōu)選對于切削過程的優(yōu)化具有關(guān)鍵作用 但是 如果刀具幾何參數(shù)的選擇不合理也會使刀具材料的切削性能得不到充分的發(fā)揮 在保證加工質(zhì)量的前提下 能夠滿足刀具使用壽命長 生產(chǎn)效率高 加工成本低的刀具幾何參數(shù) 稱為刀具的合理幾何參數(shù) 2 6 1刀具幾何參數(shù)的選擇 1 選擇刀具幾何參數(shù)應(yīng)考慮的因素 1 工件材料要考慮工件材料的化學(xué)成分 制造方法 熱處理狀態(tài) 物理和機(jī)械性能 包括硬度 抗拉強(qiáng)度 延伸率 沖擊韌性 導(dǎo)熱系數(shù)等 還有毛坯表層情況 工件的形狀 尺寸 精度和表面質(zhì)量要求等 2 刀具材料和刀具結(jié)構(gòu)考慮刀具材料的化學(xué)成分 物理和機(jī)械性能 包括硬度 抗彎強(qiáng)度 沖擊值 耐磨性 熱硬性和導(dǎo)熱系數(shù) 還要考慮刀具的結(jié)構(gòu)形式 如整體式 還是焊接式或機(jī)夾式 3 具體的加工條件考慮機(jī)床 夾具的情況 工藝系統(tǒng)剛性及功率大小 切削用量和切削液性能等 2 6 1刀具幾何參數(shù)的選擇 2 刀具角度的選擇 1 前角及前面的選擇1 前刀面型式 有平面型 曲面型和帶倒棱型三種 如圖2 38 平面型前刀面 制造容易 重磨方便 刀具廓形精度高 曲面型前刀面 起卷刃作用 并有助于斷屑和排屑 故主要用于粗加工塑性金屬刀具和孔加工刀具 如絲錐 鉆頭 帶倒棱型前刀面 是提高刀具強(qiáng)度和刀具耐用度的有效措施 2 前角的功用 前角影響切削過程中的變形和摩擦 同時(shí)還影響刀具的強(qiáng)度3 前角的選用原則 在刀具強(qiáng)度許可條件下 盡可能選用大的前角 表2 3為硬質(zhì)合金車刀前角的合理值 2 6 1刀具幾何參數(shù)的選擇 圖2 38前刀面型式 2 6 1刀具幾何參數(shù)的選擇 2 6 1刀具幾何參數(shù)的選擇 2 后角 副后角 后刀面的選擇1 后角的功用 后角 o的主要功用是減小后刀面與工件間的摩擦和后刀面的磨損 其大小對刀具耐用度和加工表面質(zhì)量都有很大影響 后角同時(shí)還影響刀具的強(qiáng)度 2 后角的選用原則 增大后角 副后角 可減輕刀具后面與過渡表面之間的摩擦 使刀具磨損減小 壽命提高 故后角不能取負(fù)值 增大后角 還可使切削刃更鋒利 有利于改善加工表面質(zhì)量 但后角過大 刀具的楔角會太小 刃區(qū)強(qiáng)度降低 散熱效果減小 刀具磨損加快 反而會使刀具耐用度降低 因此 后角也存在一個(gè)合理值 粗加工以確保刀具強(qiáng)度為主 可在4o 6o范圍內(nèi)選取 精加工以加工表面質(zhì)量為主 常取8o 12o 表2 4為硬質(zhì)合金車刀后角的合理值 2 6 1刀具幾何參數(shù)的選擇 2 6 1刀具幾何參數(shù)的選擇 3 后面的型式 雙重后面為保證刃口強(qiáng)度 減少刃磨后面的工作量 常在車刀后面磨出雙重后角 如圖2 40a所示 消振棱為了增加后面與過渡表面之間的接觸面積 增加阻尼作用 消除振動 可在后面上刃磨出一條有負(fù)后角的倒棱 稱為消振棱 圖2 40b 其參數(shù)為 0 1 0 3mm 5 20 刃帶對一些定尺寸刀具 如鉆頭 絞刀等 為便于控制刀具尺寸 避免重磨后尺寸精度的變化 常在后面上刃磨出后角為0 的小棱邊 稱為刃帶 圖2 40c 2 6 1刀具幾何參數(shù)的選擇 圖2 40后面型式 2 6 1刀具幾何參數(shù)的選擇 3 主偏角 副偏角及過渡刃的選擇1 主偏角和副偏角的功用 影響已加工表面的殘留面積高度減小主偏角和副偏角 可以減小已加工表面粗糙度 特別是副偏角對已加工表面粗糙度影響更大 影響切削層形狀主偏角直接影響切削刃工作長度和單位長度切削刃上的切削負(fù)荷 在切削深度和進(jìn)給量一定的情況下 增大主偏角 切削寬度減小 切削厚度增大 切削刃單位長度上的負(fù)荷隨之增大 影響切削分力的大小和比例關(guān)系增大主偏角可減小背向力Fp 但增大了進(jìn)給力Ff 影響刀尖角的大小主偏角和副偏角共同決定了刀尖角 r 故直接影響刀尖強(qiáng)度 導(dǎo)熱面積和容熱體積 影響斷屑效果和排屑方向增大主偏角 切屑變厚變窄 容易折斷 2 6 1刀具幾何參數(shù)的選擇 2 主偏角的選擇在工藝系統(tǒng)剛性很好時(shí) 減小主偏角可提高刀具耐用度 減小已加工表面粗糙度 所以 r宜取小值 在工件剛性較差時(shí) 為避免工件的變形和振動 應(yīng)選用較大的主偏角 3 副偏角的選擇一般情況下 選取較小的副偏角 以減小副切削刃和副后刀面與工件已加工表面之間的摩擦和防止切削振動 4 過渡刃的型式在主切削刃與副切削刃之間有一條過渡刃 如圖2 41所示 過渡刃有直線過渡刃和圓弧過渡刃兩種 過渡刃的作用是提高刀具強(qiáng)度 延長刀具耐用度 降低表面粗糙