機械制造基礎(第二講3學時)

§1-3切削過程及控制一切削的形成過程及切屑種類

1切屑形成過程切削塑性材料時,材料受到刀具的作用,材料發(fā)生彈性變形,隨著刀具繼續(xù)深入,金屬內部的應力,應變繼續(xù)加大,達到屈服點時,工件產生塑性變形,刀具繼續(xù)前進,應力達到材料斷裂強度,金屬被擠壓,切屑形成.

2切屑的種類

A帶狀切屑:內表面是光滑的,外表面是粗糙的.一般加工塑性材料,切削厚度較小,切削速度較高,刀具前角較大時易得該種切屑,采用斷屑措施.切屑種類金屬切削過程切屑種類B擠裂切屑:

外表面呈鋸齒狀,內表面有裂紋,其內應力在局部地方達到了材料的強度極限.

一般在加工塑性金屬,切削厚度較大,切削速度較低,刀具前角較大時易得該種切屑.

由于局部斷裂,切削力波動大.切削過程較平穩(wěn),已加工表面粗糙度也較大.C單元切屑:

呈粒狀,切削內部的剪應力超過材料的強度極限,切屑沿某一截面破裂,不能形成連續(xù)的切屑.

一般加工塑性金屬,切削厚度較大,切削速度較低,刀具前角較小時易得該種切屑,切削力波動大.切削過程不平穩(wěn),已加工表面粗糙度也較大.切屑種類D崩碎切屑:

切削脆性材料時,由于材料的塑性很低,切削時,切削刃前方金屬在塑性變形很小時就被擠裂或在拉應力狀況下碎斷,形成不規(guī)則的碎塊切屑.

它與工件基體分離的表面很不規(guī)則,已加工表面粗糙度很大,切削力變化很大,當?shù)毒咔敖窃叫?切削厚度越大時,越容易產生這種切屑.

切屑基本分類,生產中通常介于以上四種之間的切屑.擠裂切屑單元切屑擠裂切屑蹦碎切屑積屑瘤二積屑瘤

切削加工中,常有一些金屬冷焊(拈法)沉積在前刀面上,形成硬度很高的鍥塊,它能代替前刀面和切削刃進行切削,這個稱之為積屑瘤.1積屑瘤的形成

底層金屬的流動速度降低而形成”滯流層”.2積屑瘤對切削加工的影響

A代替刀刃進行切削,保護刀刃,減少刀具磨損

B使刀刃的工作前角增大,減小切削力,使切削輕快,不易振動.C使切削層公稱厚度不斷變化,影響尺寸精度.

精加工時,應盡量避免積屑瘤的產生.積屑瘤積屑瘤積屑瘤作用3積屑瘤的影響因素及控制方法

A因素工件材料:塑性大切削速度:主要通過切削溫度和摩擦系數(shù)起作用

切削速度很低------不會產生積屑瘤切削速度提高-------容易產生積屑瘤切削速度對積屑瘤的影響切削速度的大小積屑瘤的產生

Vc<0.083m/s不易產生積屑瘤

0.083<Vc<0.83容易產生積屑瘤

Vc>1.67m/s不易產生積屑瘤切削鋼,Vc=0.33m/s,切削溫度300-350度,摩擦系數(shù)最大,積屑瘤也最高.積屑瘤影響因素及控制方法避免產生積屑瘤:

精車,精銑采用高的切削速度,而拉削,鉸孔和寬刃精刨采用低的切削速度;

增大前角以減小切削變形;

用油石摩前刀面以減小摩擦系數(shù);

選用合適工作液以減小摩擦和切削溫度;三切削力和切削功率切削力直接影響切削熱的產生,進一步影響刀具磨損,耐用度和工件表面質量,生產中又是設計機床,刀具,夾具的必要依據.1切削力的構成和分解A切削力Fc

計算車床動力和設計主運動傳動系統(tǒng)零件強度和剛度的主要依據,消耗機床95%的功率.B進給力Ff

設計和使用車床驗算進給運動傳動系統(tǒng)零件強度的依據,消耗機床1-5%的功率.軸向力.C背向力Fp

徑向力,加工細長軸,容易引起工件彎曲變形使車得工件中間大,兩頭小,有時容易引起振動.切削力的圖解切削力車長軸時,常采用主偏角Kr=90的車刀,就是為了減小背向力.三個切削分力與總切削力F如下關系:2切削力的估算經驗公式

切削力的估算用單位切削力P來估算生產中常用單位切削力來估算其大小,單位切削力指作用在單位切削面積上的切削力,P的單位為N/mm2,其估算公式:3切削功率車削加工所消耗的總功率,應該是三個分力所消耗的功率之和,但Fp不做功,Ff消耗功率很小,小于1%,因此,通常車削外圓的功率可用下列公式計算:Pm=Fc*Vc/1000KW

考慮機床傳動效率x=0.75-0.85,故機床電動機功率Pe的計算公式:Pe大于Pm/x四切削熱和切削溫度

切削熱和切削溫度是金屬切削過程中重要物理現(xiàn)象,它直接影響著刀具磨損和刀具耐用度也影響著工件表面質量及生產率.1切削熱的產生,傳出及對加工的影響

A來源切屑變形所產生的熱量------主要熱源切屑與刀具前刀面摩擦所產生的熱量工件與刀具后刀面摩擦所產生的熱源

B加工影響刀具:刀具摩擦工件:工件變形,產生形狀和尺寸誤差

切削熱的來源2切削溫度及其影響因素A概念:

切削溫度是指刀具與切屑,工件接觸區(qū)域的平均溫度.B影響因素

a切削用量對切削溫度的影響

根據上面公式選擇切削用量切削溫度影響因素b刀具幾何參數(shù)對切削溫度影響前角:前角大t小;

主偏角:Kr大t大;c工件材料對切削溫度影響強度和硬度;

材料導熱系數(shù);

脆性材料;d切削液對切削溫度影響e刀具磨損對切削溫度影響C切削溫度經驗公式:

公式中指數(shù)和系數(shù)取決于切削條件,如工件材料,刀具材料,刀具角度及冷卻條件等.五刀具磨損和刀具耐用度1刀具磨損形式和過程

形式:前刀面,后刀面,前刀面與后刀面同時磨損.

過程:初期磨損,正常磨損,急劇磨損階段.

刃磨最好階段:正常磨損后期,急劇磨損階段前.2影響刀具磨損的因素

切削用量刀具材料刀具形狀,工件材料,是否使用切削液等.刀具磨損形式磨損過程刀具耐用度及其切削用量的關系刀具耐用度:

刀具開始切削直到磨損達到磨鈍標準為止的總的時間,用t表示.影響因素:工件材料,刀具材料,刀具幾何角度,切削用量等刀具耐用度與切削速度的關系用單因素實驗法求得:

選擇切削用量時,首先選擇較大的切削深度,然后根據加工要求選取最大進給量.最后在一定刀具耐用度和機床功率允許下選取最優(yōu)切削速度.m>n>p六切削用量的合理選擇1粗加工時選擇

原則:較高的生產率,保證必要刀具耐用度.

思路:在保證刀具耐用度前提下,使切削用量乘積盡可能大,優(yōu)先選擇大的背吃刀量,進給量,切削速度.

選擇方法:A背吃刀量:盡可能一次性進給全切除.B進給量:根據機床功率,傳動機構的強度及工件表面粗糙度,進給力小于機床允許最大值.C切削速度:根據耐用度,工件,刀具材料,手冊計算選用合理的切削速度.2精加工時選擇切削用量原則:保證加工精度和表面粗糙度,刀具耐用度和生產率,關鍵控制積屑瘤.方法:

硬質合金車刀切削,選用高的切削速度;

高速鋼切削,選用低的切削速度.

精加工,采用較小的背吃刀量和進給量.常見:

高速精車:ap=0.3-0.5

低速光刀:ap=0.05-0.1f=0.05-0.2mm/r

硬質合金:Vc=1.7-3.34m/s

車鑄鐵:Vc=1-1.7m/s1-4磨具與磨削過程一、磨料與磨具

磨削是用帶有磨粒的工具對工件進行加工；磨削工具：砂輪，油石，磨頭，砂瓦，紗布，砂紙，砂帶，研磨膏；砂輪是一種用結合劑把磨粒黏結起來，經壓坯，干燥，陪燒及修整而成，具有很多氣孔，用磨粒進行切削的固結磨具。砂輪特性主要有：

A磨料B粒度C結合劑D硬度E組織

F形狀與尺寸G磨具標記砂輪特性：磨料制造磨具的主要原料，直接擔負切削工作；常見：棕剛玉A（硬度低的塑性材料）；白剛玉WA（硬度高的塑性材料）；黑碳化硅C（硬度低的脆性材料）；綠碳化硅GC（硬度高的脆性材料）。諸如：中、低碳鋼、低合金鋼；高碳鋼、高速鋼、淬硬鋼；鑄鐵、鑄銅；硬質合金、寶石、陶瓷、瑪瑙、剛玉、玻璃。砂輪特性：粒度磨料顆粒的大小，用粒度號表示；具有：磨料和微粉兩種粒度號；粗磨選用較粗的磨粒（粒度號?。痪ミx用較細的磨粒（粒度號大）；微粉多用于研磨等精密、超精密加工。砂輪特性：結合劑將磨料粘合成具有一定強度和形狀的砂輪，影響砂輪強度、耐熱性及抗腐蝕能力；常見：陶瓷結合劑V（適用外、內圓、平面、無心磨和成形磨削砂輪）；樹脂結合劑B（切斷和開槽的薄片砂輪及高速磨削砂輪）；橡膠結合劑R（無心磨削導輪、拋光砂輪）；金屬結合劑M（金剛石砂輪）。砂輪特性：硬度磨具在外力作用下磨粒脫落的難易程度（結合度）；反映結合劑固結磨粒的牢固程度，磨粒脫落難則硬度高，反之硬度低；決定了砂輪的自銳性。常見：DEF（超軟）GHJ（軟）KL（中軟）MN（中）PQR（中硬）ST（硬）Y（超硬）共16個等級。砂輪特性：組織磨具中磨粒、結合劑、氣孔三者體積的比例關系；以磨粒率（磨粒占磨具體積的百分率）表示磨具的組織號。組織號大，砂輪的組織緊密、反之，組織疏松；常見：0號組織最緊密；14號最疏松，磨粒率最低。普通磨削采用4-7號組織號。砂輪形狀、代號和用途磨具標記砂輪選用原則砂輪選用的主要依據：被磨材料的性質、要求達到的工件表面粗糙度值和金屬磨除率；1磨削時選用被剛玉類砂輪，磨削硬鑄鐵、硬質合金和非鐵金屬時選用碳化硅砂輪；2磨削軟材料時選用硬砂輪，磨削硬材料時選軟砂輪；3磨削軟和韌性材料選用粗磨粒（12#-36#）；磨削硬而脆材料時選用細磨料（46#-100#）；4磨削表面粗糙度要求較低時選用細磨粒，金屬切除率要求高時選用粗磨料；5要求表面質量高時選用樹脂或橡膠結合劑的砂輪，要求最大磨除率時選用陶瓷結合劑砂輪；油石形狀圖二、磨削過程中磨粒的作用磨削切削加工方法有磨削、珩磨、研磨和拋光等；一、磨削作用1砂輪上比較凸出的和比較鋒利的磨粒的切削作用；2砂輪上凸出高度較小或較鈍的磨粒的刻化作用；3砂輪磨鈍的或比較凹下的磨粒的拋光作用；二、磨削階段