《機械制造基礎》課件 1.3金屬切削過程的基本規(guī)律

金屬切削過程的基本規(guī)律《機械制造基礎》1234

切削過程中的金屬變形

切削力

切削熱與切削溫度刀具磨損與刀具壽命5

切削條件及其合理選擇一、切削過程中的金屬變形切屑的類型切削時的三個變形區(qū)積屑瘤切削過程中的金屬變形

金屬切削過程中的三個變形區(qū)

第I變形區(qū)

也稱剪切區(qū)，切屑層經(jīng)過剪切剪切滑移變形而形成的切屑，其長度比切削層長度縮短，厚度比切削層增厚，其變形程度的大小，可近似地用變形系數(shù)來衡量。

金屬切削過程中的三個變形區(qū)

第II變形區(qū)

也稱摩擦變形區(qū)，當切屑層以一定速度沿前面流出時，切屑與前面接觸的區(qū)域，進一步產(chǎn)生摩擦和剪切滑移。積屑瘤的產(chǎn)生及其控制措施。切削過程中的金屬變形

金屬切削過程中的三個變形區(qū)

第III變形區(qū)

（1）已加工表面變形（2）加工硬化（3）殘余應力切削過程中的金屬變形

切屑的類型

帶狀切屑

一般加工塑性金屬如低碳鋼、銅、鋁等材料時形成此類切屑。（a）擠裂切屑

切屑背面有較深的裂紋，呈較大的鋸齒形。（b）

（a）（b）切削過程中的金屬變形

切屑的類型

粒狀切屑

所產(chǎn)生的裂紋貫穿切屑切屑斷面時，擠裂成顆粒裝。（c）崩碎切屑

切屑鑄鐵、青銅等脆性材料時，切屑層崩碎而成為碎粒狀切屑。（d）（c）（d）切削過程中的金屬變形

積屑瘤

無積屑瘤有積屑瘤切削過程中的金屬變形

積屑瘤

積屑瘤的形成

塑性材料，取決于溫度圖1-3-1積屑瘤的形成a)b)c)切削過程中的金屬變形

積屑瘤切削力，表面粗糙度，刀具壽命粗加工、精加工積屑瘤對切削的影響切削過程中的金屬變形

積屑瘤

減小或避免積屑瘤的措施

1）避免采用產(chǎn)生積屑瘤的速度進行切削，即宜采用低速或高速切削，因低速切削加工效率低，故多采用高速切削。2）采用大前角刀具切削，以減少刀具前刀面與切屑接觸的壓力。3）適當提高工件材料的硬度，減小加工硬化傾向。4）使用潤滑性好的切削液，減少前刀面粗糙度，降低刀與切屑接觸面的摩擦系數(shù)。切削過程中的金屬變形二、切削力切屑力的合力與分解切削力的來源影響切削力的因素切削力

切削力的來源

一方面是在切屑形成過程中，彈性變形和塑性變形產(chǎn)生的抗力；另一方面是切屑和刀具前刀面間的摩擦阻力及工件和刀具后刀面之間的摩擦阻力。圖1-3-2切削力的來源切削力

切削力的合力與分解

刀具在切削工件時，由于彈、塑性變形抗力，切屑與工件對刀具產(chǎn)生摩擦阻力，形成了作用在刀具上的合力。常將它分解為三個分力：（如圖3-3）切削力Fc（主切削力FZ）：在主運動方向上分力背向力Fp（切深抗力FY）：在垂直于進給方向上分力進給力Ff（進給抗力FX）：在進給運動方向上分力。主運動消耗的功率Pm=Fcvc?10-3/60圖1-3-3切削力合力與分力切削力

影響切削力的因素

1.切削用量：背吃刀量、進給量、切削速度

2.工件材料：硬度、強度、塑性、韌性

3.刀具幾何參數(shù)：前角、負倒棱、主偏角

4.其他因素：刀具磨損、切削液、刀具材料三、切削熱與切削溫度切削熱的來源與傳導切削溫度及影響因素切削熱與切削溫度

切削熱的來源與傳導

切削熱是由切削功轉(zhuǎn)變而來的。切削中三個變形區(qū)就是三個發(fā)熱區(qū)，切削中所消耗的能量幾乎全部轉(zhuǎn)換為熱量。根據(jù)熱平衡，產(chǎn)生的熱和傳出的熱相等。切削熱來自工件的彈性變形和塑性變形所消耗的能量，以及切屑與刀具前刀面、已加工表面與刀具后刀面之間產(chǎn)生的摩擦熱，通過切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)傳出去。一般情況下，切屑帶走的熱量最多。切削熱與切削溫度

切削溫度及影響因素

切削溫度一般指前面與切屑接觸區(qū)域的平均溫度。

影響切削溫度的因素：1）工件材料：強度、硬度、塑性、熱容量2）切削用量的影響：背吃刀量、進給量、切削速度3）刀具幾何形狀的影響：前角、主偏角等四、刀具磨損與刀具壽命刀具磨損的形式刀具磨損的原因刀具磨損過程及磨損標準刀具壽命及其合理選擇刀具磨損與刀具壽命

刀具磨損是指刀具與工件或切屑的接觸表面上，刀具材料的微粒被切屑或工件帶走的現(xiàn)象。刀具磨損與刀具壽命

1.前刀面磨損（月牙洼磨損）

2.后刀面磨損

3.前刀面后刀面同時磨損

刀具的磨損形式圖1-3-4刀具的磨損形態(tài)刀具磨損與刀具壽命刀具的磨損形式圖1-3-5前刀面磨損

1.前刀面磨損（月牙洼磨損）

在切削速度較高、切削厚度較大的情況下加工塑性金屬，當?shù)毒叩哪蜔嵝院湍湍バ陨杂胁蛔銜r，切屑在前刀面上經(jīng)常會磨出一個月牙洼。

2.后刀面磨損

由于加工表面和后刀面間存在著強烈的摩擦，在后刀面上毗鄰切削刃的地方很快被磨出后角為零的小棱面。刀具磨損與刀具壽命刀具的磨損形式圖1-3-6后刀面磨損刀具磨損與刀具壽命刀具的磨損形式圖1-3-7前刀面后刀面同時磨損

3.前刀面后刀面同時磨損

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，經(jīng)常會發(fā)生這種磨損。

刀具的磨損原因

刀具磨損與刀具壽命

1.機械作用的磨損；

2.熱化學作用的磨損；

3.非正常磨損

刀具的磨損過程及鈍化標準

刀具磨損到一定限度后就不能繼續(xù)使用，此磨損限度稱為磨鈍標準。國際標準ISO統(tǒng)一規(guī)定以1／2背吃刀量處的刀具后刀面上測定的磨損帶寬度VB作為刀具的磨鈍標準。刀具磨損與刀具壽命圖1-3-8刀具的磨損過程

刀具壽命及其合理選擇刀具壽命是指刀具由刃磨后開始切削，一直到磨損量達到刀具的磨鈍標準所經(jīng)過的總切削時間，單位一般為為s(或min)。刀具壽命反映了刀具磨損的快慢程度。刀具壽命大，表明刀具的磨損速度慢；反之表明刀具磨損速度快。刀具磨損與刀具壽命表1-3-1刀具壽面T參考值

刀具壽命及其合理選擇1.最大生產(chǎn)率壽命：以單位時間內(nèi)生產(chǎn)數(shù)量最多的產(chǎn)品或加工每個零件所消耗的生產(chǎn)時間最少為原則確定的刀具壽命。2.最低成本壽命：以每個零件(或工序)加工費用最低為原則確定的刀具壽命。

刀具磨損與刀具壽命五、切削條件及其合理選擇工件材料的切割加工性刀具幾何參數(shù)的選擇切削用量的選擇切屑液的選擇和使用

工件材料的切削加工性

1.概念：在一定的加工條件下，工件材料被切削加工的難易程度。切削條件及其合理選擇表1-3-2工件材料的相對加工等級性

工件材料的切削加工性

2.改善難加工材料的切削加工性的途徑切削條件及其合理選擇合理選擇刀具材料；調(diào)整材料化學成分；加工前進行適當?shù)臒崽幚恚贿x擇加工性好的材料狀態(tài)；采用新的加工技術(shù)。

刀具幾何參數(shù)的選擇

1.前角γo的選擇

1）加工塑性材料時，選較大的前角值，加工脆性材料，選較小的前角值；2）刀具材料抗彎強度和沖擊韌度大，選較大的前角值；3）粗加工時，選較小的前角值，精加工時，選較大的前角值；4）工藝系統(tǒng)剛性差和機床功率不足時，選較大的前角值。

切削條件及其合理選擇

刀具幾何參數(shù)的選擇

2.后角αo的選擇

1）工件的強度、硬度較高時，選較小的后角值，工件材料的塑性、韌性較大時，選較大的后角值；2）粗加工或斷續(xù)加工時，選較小的后角值，精加工或連續(xù)切削時，選較大的后角值；3）當工藝系統(tǒng)剛性較差、容易出現(xiàn)振動時，選較小的后角值；4）有尺寸要求的刀具，選較小的后角值；5）前角大的刀具，選較小的后角值。切削條件及其合理選擇

刀具幾何參數(shù)的選擇

3.主副偏角κr的選擇

1）粗加工時，選較大的主偏角值；2）工藝系統(tǒng)的剛性較好時，選較小的主偏角值；3）加工強度高、硬度高的材料時，選較小的主偏角值；4）主偏角的選擇還要考慮工件形狀和加工條件，如車削細長軸時，可取主偏角為90°。切削條件及其合理選擇

刀具幾何參數(shù)的選擇

4.刃傾角λs的選擇1）加工一般鋼料和灰鑄鐵，粗加工時，λs=0°~-5°，精加工時，λs=0°~+5°，有沖擊載荷時，λs=-5°~-15°；2）加工高強度鋼、淬硬鋼或強力切削時，λs=-30°~-10°；3）工藝系統(tǒng)剛性不足時，盡量不不用負刃傾角；4）微量切削時，λs=45°~75°.切削條件及其合理選擇

切削用量的選擇

以車削為例生產(chǎn)率P＝1/tm，tm=Lwπdw·△/103vcaPf刀具壽命與切削用量關(guān)系：T＝CT/vcxfyaPz背吃刀量ap增大，切削力、切削變形、表面粗糙度增大；切削速度vc增大，切削力、切削變形、表面粗糙度減??；進給量f增大，表面粗糙度增大更為顯著。粗加工時，應優(yōu)先選擇大的背吃刀量，其次選取盡可能大的進給量，最后根據(jù)刀具壽命確定合適的切削速度。

切削條件及其合理選擇

切削用量的選擇

精加工時，應選用較小的進給量和吃刀深度，選用盡可能高的切削速度。

1）背吃刀量ap的選擇盡量使背吃刀量越過硬皮或硬化層深度，以保護刀尖。如半精車時選取ap=0.5～2.0mm，精車時選取ap=0.1～0.8mm。

2）進給量f的選擇粗加工時，進給量f的選擇主要受切削力的限制。工藝系統(tǒng)的剛度和強度良好的情況下，可選擇較大的進給量值；半精加工和精加工時，由于進給量對工件已加工表面的粗糙度值影響很大，進給量一般取值較小。切削條件及其合理選擇

切削用量的選擇

3）切削速度vc的選擇如用硬質(zhì)合金車刀精車時，一般采用較高的切削速度vc>80m/min；用高速鋼車刀精車時，一般選用較低的切削速度vc<5m/min）切削條件及其合理選擇

切削用量的選擇

基本原則先選擇ap，再選擇f，最后根據(jù)公式結(jié)合機床說明書選擇vc。

1）背吃刀量ap的選擇：粗加工時，在機床功率足夠時，應盡可能選取較大的背吃刀量，最好一次進給將該工序的加工余量全部切完。

2）進給量f的選擇：粗加工時，進給量f的選擇主要受切削力的限制。

3）切削速度vc的選擇：粗加工時，背吃刀量和進給量都較大，切削速度受合理刀具壽命和機床功率的限制，一般取較小值；反之精加工時選擇較高的vc。

切削條件及其合理選擇

切削液的選擇和使用

切削液的作用冷卻：靠熱傳導帶走大量的熱來降低切削溫度潤滑：滲透到切削區(qū)后，在刀具、工件、切屑界面上形成潤滑油膜，減小摩擦。

清洗：在加工脆性材料形成崩碎切屑或加工塑性工件形成粉末切屑(如磨削)時，要求切削液具有良好的清洗作用和沖刷作用。防銹：減小工件、機床、刀具受周圍介質(zhì)（空氣、水分等）的腐蝕

切削條件及其合理選擇

切削液的選擇和使用

切削條件及其合理選擇表1-3-3切削液的種類、成分、性能、作用和用途

切削液的選擇和使用

切削條件及其合理選擇表1-3-3切削液的種類、成分、性能、作用和用途

切削液的選擇和使用

切削液的選擇

1）根據(jù)工件材料選用：切削塑性材料需用切附液，切削脆性材料可不用切削液，切削高強度鋼、高溫合金等難切削材料時，應選用極壓切削油或極壓乳化液:切削銅、鋁及其合金時，不能使用含硫的切削液，因為硫?qū)ζ溆懈g作用。

2）根據(jù)刀具材料選用：高速鋼刀具粗加工時，應選用以冷卻作用為主的切削液，主要目的是降低切削溫度，在中、低速精加工切削時應選用潤滑性能好的極壓切削油或高濃度的極壓乳化液。硬質(zhì)合金刀具一般不用切削液，必要時可使用低濃度的乳化液或合成切削液，但必須連續(xù)、充分澆注，以免刀具因冷熱不均勻，產(chǎn)生較大內(nèi)應力而導致破裂。切削條件及其合理選擇

切削液的選擇和使用

切削液的選擇

3）根據(jù)加工方法選用：