回轉(zhuǎn)面加工刀具

第三章金屬切削基本理論

切削變形

切削力

切削溫度

刀具磨損與刀具耐用度3-1切削變形一、切屑的基本形態(tài)

1、帶狀切屑

2、節(jié)狀切屑

3、粒狀切屑

4、崩碎切屑

二、切屑于已加工表面的形成

切削變形過程示意圖工件刀具金屬切削過程大致劃分出三個(gè)變區(qū)

第一變形區(qū)

第二變形區(qū)的摩擦特性塑性金屬切削層材料經(jīng)第一變形區(qū)后驗(yàn)前面排出。這是由于受前面的擠壓和摩擦進(jìn)一步加劇變形，在靠近前面處形成第二變形區(qū)即摩擦區(qū)。摩擦區(qū)的特征：使切屑底層靠近前面處纖維化，流動(dòng)速度減緩，甚至?xí)谇暗睹嫔希▽?shí)質(zhì)上就是滯留層）；切屑彎曲，有摩擦而產(chǎn)生的熱量使切屑與刀具接觸面溫度升高等。滯留層的特點(diǎn)：滯留層的變形程度要比上層劇烈，約幾倍到幾十倍，厚度一般約占切屑厚度的1/8～1/9。積屑瘤或刀瘤

在切削速度不高而又能形成連續(xù)性切屑的情況下，加工一般鋼料或其他塑性材料時(shí)，常常在刀具前面處粘著一塊剖面常呈三角狀的硬塊。它的硬度很高，通常是工件材料的2～3倍，在處于比較穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，能夠代替刀刃進(jìn)行切削。積屑瘤或刀瘤的大小和形狀第三變形區(qū)第三變形區(qū)與加工表面的形成關(guān)系更為密切。在第三變形區(qū)里，后刀面施加法向力FαN和摩接力Fα于工件。法向力FαN使工件產(chǎn)生徑向的塑性變形和彈性變形。摩擦力Fα使加工表面產(chǎn)生切向的塑性變形和彈性變形。殘余應(yīng)力：由于受到工藝過程的影響，在沒有外力作用的情況下，在零件內(nèi)部所殘存的應(yīng)力。由于外力為零，所以零件內(nèi)各部分的殘余應(yīng)力，必須彼此保持平衡。

工件表層加工硬化的成因是表層金屬在形成已加工表面的過程中經(jīng)受強(qiáng)烈的塑性變形。3-2切削力一、切削力的來源切削力的來源有兩方面：一是切削層金屬、切屑和工件表面層金屬的彈性變形、塑性變形所產(chǎn)生的抗力；二是刀具與切屑、工件表面間的摩擦阻力。

二、切削力的分解三、切削力的實(shí)驗(yàn)指數(shù)公式

必須注意，如實(shí)際切削條件與試驗(yàn)中切削條件有差異時(shí)，則應(yīng)在上式后面乘以相應(yīng)的修正系數(shù)四、單位切削力、切削功率

單位切削力指的是單位切削面積上的主切削力。

切削功率是各切削分力消耗功率的總和。

Pc＝Fc·Vc·10-3(kW)

機(jī)床電動(dòng)機(jī)的功率PE：根據(jù)切削功率選擇機(jī)床電動(dòng)機(jī)，還要考慮機(jī)床的傳動(dòng)效率。

五、影響切削力的因素工件材料：被加工工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，切削力增大。強(qiáng)度相近的材料，如其塑性（伸長率）較大，切削力增大。切削脆性材料時(shí)，其切削力一般低于塑性材料。切削深度ap或進(jìn)給量f加大，均使切削力增大，但兩者的影響程度不同。

切削速度加工塑性金屬時(shí)，在中速和高速下，切削力一般隨著切削速度的增大而減小。刀具幾何參數(shù)1．前角γ。：

前角加大，被切金屬的切削力顯著下降。2．負(fù)倒棱：在鋒利的切削刃上磨出適當(dāng)寬度的負(fù)倒棱，可以提高刀具使用壽命但將使被切金屬的變形加大，使切削力有所增加。3.主偏角

(1)當(dāng)kr加大時(shí)，F(xiàn)p減小，F(xiàn)f加大。

(2)當(dāng)加工塑性金屬時(shí)，隨kr加大，F(xiàn)c減??；約在kr＝60—750之間，F(xiàn)c減到最?。蝗缓箅Skr繼續(xù)加大，F(xiàn)c又有所增大。Fc的變動(dòng)范圍不大，無論減小或增大，都在10%以內(nèi)。（3）kr加大時(shí)，F(xiàn)p/Fc減小，F(xiàn)f/Fc加大。

4．刃傾角：刃傾角變化時(shí)

，將改變合力F的方向，因而影響各分力的大小。刃傾角λs減小時(shí)，F(xiàn)p增大，F(xiàn)f減小。

5．刀尖圓弧半徑

在一般的切削加工中，刀尖圓弧半徑rε對Fp

、Ff的影響較大，對Fc

的影響較小。

刀具磨損：后刀面磨損后，切削力加大。

切削液：

以冷卻作用為主的水溶液對切削力影響很小。而潤滑作用強(qiáng)的切削油能夠顯著的降低切削力。刀具材料：刀具材料不是硬削切削的主要因素。但由于不同的刀具材料與工件材料之間的摩擦系數(shù)不同，因此對切削力也有一些影響。

前角對切削力的影響3-3切削溫度一、切削熱的來源：在刀具的切削作用下，切削層金屬發(fā)生彈性變形和塑性變形，這是切削熱的一個(gè)來源。同時(shí)，切屑與前刀面，工件與后刀面間消耗的摩擦功，也將轉(zhuǎn)化為熱能，這是切削熱的又一個(gè)來源。

Q=FcVc

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。

二、切削溫度

切削溫度一般指切屑與前面接觸區(qū)域的平均溫度。

三、影響切削溫度的主要因素工件材料對切削溫度的影響

(1)工件材料的硬度和強(qiáng)度越高，切削時(shí)所消耗的功就越多，產(chǎn)生的切削熱也多，切削溫度就越高。(2)合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度普遍高于45鋼，而導(dǎo)熱系數(shù)又一般均低于45鋼。所以切削合金結(jié)構(gòu)鋼時(shí)的切削溫度一般均高于切削45鋼時(shí)的切削溫度(3)不銹鋼lCrl8Ni9Ti和高溫合金GHl3l不但導(dǎo)熱系數(shù)低，而且在高溫下仍能保持較高的強(qiáng)度和硬度。所以切削這種類型的材料時(shí)，切削溫度比切削其他材料要高得多。(4)脆性金屬的抗拉強(qiáng)度和延伸率都較小，切削過程中切削區(qū)的塑性變形很小，切屑呈崩碎狀或脆性帶狀，與前刀面的摩擦也較小，所以產(chǎn)生的切削熱較少，切削溫度一般比切削鋼料時(shí)低。

（1）切削速度對切削溫度有顯著的影響。實(shí)驗(yàn)證明，隨著切削速度的提高，切削溫度將明顯上升。（2）進(jìn)給量f對切削溫度也有一定的影響。隨著進(jìn)給量的增大，單位時(shí)間內(nèi)的金屬切除量增多，切削過程產(chǎn)生的切削熱也增多，使切削溫度上升。但切削溫度隨進(jìn)給量增大而升高的幅度不如切削速度那樣顯著。（3）切削深度ap對切削溫度的影響很小。因?yàn)榍邢魃疃萢p增大以后，切削區(qū)產(chǎn)生的熱量雖然成正比例地增多，但因改善了散熱條件，所以切削溫度的升高并不明顯。切削用量對切削溫度的影響刀具幾何參數(shù)對切削溫度的影響

1．前角：前角γ。的數(shù)值直接影響切削過程中的變形和摩擦，所以它對切削溫度有明顯的影響。前角大，產(chǎn)生的切削熱少，切削溫度低；前角小，切削溫度高。

2．主偏角：隨著主偏角的增大，切削溫度將逐漸升高。

3．負(fù)倒棱：負(fù)倒棱寬度bγ1在(0—2)f范圍內(nèi)變化，基本上不影響切削溫度。4．刀尖圓弧半徑：刀尖圓弧半徑rε在0—1.5mm范圍內(nèi)變化，基本上不影響平均切削溫度。

刀具磨損后切削刃變鈍，刃區(qū)前方的擠壓作用增大，使切削區(qū)金屬的塑性變形增加；同時(shí)，磨損后的刀具后角變成零度，使工件與后刀面的摩擦加大，兩者均使產(chǎn)生的切削熱增多。所以，刀具的磨損是影響切削溫度的重要因素。

刀具磨損對切削溫度的影響

四、切削溫度對切削變形的影響

對工件尺寸精度的影響：由于工件受熱膨脹，冷卻后尺寸變小，切削時(shí)產(chǎn)生的熱直接影響加工精度。對刀具材料的影響：對于硬質(zhì)合金，適當(dāng)提高溫度可提高韌性，提高刀具耐用度。刀具在切削過程中將逐漸產(chǎn)生磨損。當(dāng)?shù)毒吣p量達(dá)到一定程度時(shí)，可以明顯地發(fā)現(xiàn)切削力加大，切削溫度上升，切屑顏色改變，甚至產(chǎn)生振動(dòng)。同時(shí)，工件尺寸可能會(huì)超出公差范圍，已加工表面質(zhì)量也明顯惡化。此時(shí)，必須對刀具進(jìn)行重磨或更換新刀。3-4刀具磨損與刀具耐用度

一、刀具磨損的形態(tài)

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(dāng)?shù)毒叩哪蜔嵝院湍湍バ陨杂胁蛔銜r(shí)，切屑在前刀面上經(jīng)常會(huì)磨出一個(gè)月牙洼

2．后萬面磨損

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被磨出后角為零的小棱面

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)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生這種磨損。

車刀典型磨損形式示意圖

磨料磨損：切屑、工件的硬度雖然低于刀具的硬度，但其結(jié)構(gòu)中經(jīng)常含有一些硬度極高的微小的硬質(zhì)點(diǎn)，能在刀具表面刻劃出溝紋。冷焊磨損：切削時(shí)，切屑、工件與前、后刀面之間，存在很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦，因而它們之間會(huì)發(fā)生冷焊。

擴(kuò)散磨損：擴(kuò)散磨損在高溫下產(chǎn)生。切削金屬時(shí)，切屑、工件與刀具接觸過程中，雙方的化學(xué)元素在固態(tài)下相互擴(kuò)散，改變了材料原來的成分與結(jié)構(gòu)，使刀具表層變得脆弱，從而加劇了刀具的磨損。氧化磨損：當(dāng)切削溫度達(dá)700—800℃時(shí)，空氣中的氧便與硬質(zhì)合金中的鈷及碳化鎢、碳化鈦等發(fā)生氧化作用，產(chǎn)生較軟的氧化物(如Co304、Co0、W03、TiO2等)被切屑或工件擦掉而形成磨損，這稱為氧化磨損。熱電磨損：工件、切屑與刀具由于材料不同，切削時(shí)在接觸區(qū)電勢，這種熱電勢有促進(jìn)擴(kuò)散的作用而加速刀具磨損。

二、刀具磨損的原因三、刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具磨損過程

1.初期磨損階段2.正常磨損階段3.劇烈磨損階段

刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)

刀具磨損后將影響切削力、切削溫度和加工質(zhì)量，因此必須根據(jù)加工情況規(guī)定一個(gè)最大的允許磨損值，這就是刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。一般刀具的后刀面上都有磨損，它對加工精度和切削力的影響比前刀面磨損顯著，同時(shí)后刀面磨損量比較容易測量，因此在刀具管理和金屬切削的科學(xué)研究中多按后刀面磨損尺寸來制定磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。通常所謂磨鈍標(biāo)準(zhǔn)是指后刀面磨損帶中間部分平均磨損量允許達(dá)到的最大值，以VB表示。四、刀具耐用度

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。它是指凈切削時(shí)間，不包括用于對刀、測量、快進(jìn)、回程等非切削時(shí)間。刀具使用壽命是很重要的數(shù)據(jù)。在同一條件下切削