機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)3

第三章切削與磨削原理

本章的主要內(nèi)容、特點(diǎn)和學(xué)習(xí)要求1、主要內(nèi)容切削過程、切削力、切削熱、刀具磨損、切削條件選擇等。2、特點(diǎn)闡述了切削加工過程中產(chǎn)生的現(xiàn)象，探討了其控制方法。3、要求：1）了解切屑的類型及控制；2)了解積屑瘤產(chǎn)生的條件、利弊及控制。3）了解磨削原理。4）了解材料切削加工性的改善途徑。5）熟悉切削力、切削熱的影響因素及控制。6）熟悉刀具的磨損形式、原因、及磨損過程。7）掌握刀具角度和切削用量的合理選擇。第一節(jié)切削過程切削過程就是刀具從工件表面上切除多余材料，從切屑形成開始到已加工表面形成為止的完整過程。一、切屑的形成過程是工件材料受到刀具前刀面的推擠后發(fā)生塑性變形，最后沿某一斜面剪切滑移形成的。二、切屑類型及切屑控制1.切屑類型

常見切屑有如以下四種:（1）帶狀切屑形成條件：加工塑性金屬材料、進(jìn)給量較小、切削速度較高、刀具前角較大。特點(diǎn)：切削過程平穩(wěn)，切削力波動小，已加工表面粗糙度值較小。（2）節(jié)狀切屑形成條件：加工塑性金屬材料、進(jìn)給量較大、切削速度較低。特點(diǎn)：切屑的外弧表面呈鋸齒狀，內(nèi)弧表面有時有裂紋。（3）粒狀切屑形成條件：加工塑性金屬材料、進(jìn)給量較大、切削速度較低、刀具前角較小。以上三種切屑都是在加工塑性金屬材料時得到的，改變切削條件，可互相轉(zhuǎn)變。（4）崩碎切屑形成條件：加工脆性金屬材料。進(jìn)給量越大，越容易得到。2、切屑的控制可根據(jù)形成條件進(jìn)行控制。如切削量三要素、刀具角度等。目的：為了使切削過程的正常進(jìn)行和保證已加工面的質(zhì)量，必須使切屑卷曲和折斷。三、積屑瘤定義:切削塑性金屬材料時，來自切屑和工件的金屬粘結(jié)層積在前刀面上，形成硬度很高的楔塊--------。產(chǎn)生的原因:

切屑和工件產(chǎn)生劇烈摩擦,，摩擦力>切屑內(nèi)部的分子結(jié)合力,----------。利弊:

保護(hù)刀刃和增大前角。但時現(xiàn)時消，降低加工精度。粗加工時利用，精加工時避免?？刂?

首先改變切削速度；其次使用切削液；塑性高的材料，進(jìn)行正火處理，以提高硬度降低塑性。切削速度大小對積屑瘤的影響切削速度很低時，切屑與前刀面摩擦小，切屑內(nèi)部分子結(jié)合力大，故不產(chǎn)生積屑瘤。切削速度較高時，切屑底面金屬呈微熔狀態(tài)，摩擦小，故不產(chǎn)生積屑瘤。切削速度不高又不低時，切削溫度高，摩擦大，切屑與前刀面摩擦阻力大于切屑內(nèi)部分子結(jié)合力，因而產(chǎn)生積屑瘤。四、加工硬化加工硬化—

切削塑性材料時，已加工面的硬度高于工件材料原來的硬度。利弊：提高了工件的耐磨性，但也增大了表面層的脆化，降低了抗沖擊的能力，給后續(xù)加工帶來困難，如加速刀具磨損等。加工硬化表示方法加工硬化用硬化程度和深度表示。硬化程度N：

N=（H/H0）100%H0—基體的顯微硬度（HV）；H—硬化層的顯微硬度（HV）。影響加工硬化的因素及控制措施選擇較大的前角和后角；如后角越大，工件與后刀面摩擦越小，加工硬化程度和硬化層深度均減小。合理確定后刀面磨損VB值；提高刀具刃磨質(zhì)量；合理選擇切削用量，盡量選較高的切削速度和較小的進(jìn)給量；使用性能好的切削液。第二節(jié)切削力一、切削力的來源與分解克服材料的變形抗力，克服切屑與前刀面及工件與后刀面之間的摩擦阻力，合力----。切削力的分解:主切削力Fz:切向力。

Fz用于計(jì)算刀具強(qiáng)度、設(shè)計(jì)機(jī)床零件、確定機(jī)床功率等。吃刀抗力Fy:徑向抗力。Fy用于計(jì)算與加工精度有關(guān)的工件撓度和刀具、機(jī)床零件的強(qiáng)度等。走刀抗力Fx:軸向抗力。Fx用于計(jì)算進(jìn)給功率和設(shè)計(jì)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。影響切削力的主要因素工件材料的影響工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，切削力越大。刀具的幾何角度的影響其中，前角對切削力的影響最大。增大前角，切屑變形小，切削力小。切削用量的影響切削深度增加，切削力成正比增大。進(jìn)給量增加，切削力增大。通常切削速度增大，切削力增大。刀具材料的影響原因：刀具材料與工件材料間親和性及磨擦。影響切削力大小順序：按照立方碳化硼、陶瓷、涂層刀、硬質(zhì)合金、高速鋼刀具的次序，切削力依次增大。切削液的影響切削液具有潤滑作用，使切削力降低。切削液的主要種類：水溶液冷卻為主，粗加工。乳化液潤滑為主，精加工。切削油潤滑作用好。二、切削功率Pc消耗在切削加工過程中的功率稱為工作功率。工作功率分為兩部分：（1）主運(yùn)動消耗的功率，稱為切削功率。（2）進(jìn)給運(yùn)動消耗的功率，稱為進(jìn)給功率。由于進(jìn)給功率相對切削功率太小，可忽略。所以工作功率用切削功率代替。在計(jì)算機(jī)床電機(jī)功率Pm時，要考慮機(jī)床的傳動效率。Pm＞Pc/ηm第三節(jié)切削熱切削熱和切削溫度的影響：

影響工件材料的性能；前刀面的摩擦系數(shù)和切削力的大??；

刀具磨損和壽命；

加工表面質(zhì)量；

工藝系統(tǒng)的熱變形和加工精度。

一、

切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)切削功---熱能。切削熱來源于切屑變形功、切屑與前刀面及工件與后刀面之間的摩擦。加工塑性金屬材料，切削熱來源于切屑變形；加工脆性金屬材料，后刀面之間的摩擦。

切削過程中所消耗的能量有98%-99%轉(zhuǎn)換為熱能。二、切削溫度切削溫度--切屑、工件和刀具接觸面上的平均溫度。它是由切削熱的產(chǎn)生與傳出的條件所決定。影響切削溫度的因素：凡是增大切削力的因素都會使切削溫度上升。而有利于切削熱傳出的因素都會使切削溫度降低。如充分澆注切削液，會使切削溫度降低。切削液的種類及選擇：水溶液冷卻為主，粗加工。乳化液潤滑為主，精加工。切削油潤滑作用好。加工鑄鐵和鋁合金時，一般不用切削液。第四節(jié)刀具磨損一、刀具磨損形式

1、前刀面磨損2、后刀面磨損3、邊界磨損二、刀具磨損的原因1、磨料磨損工件材料中的雜質(zhì)、碳化物、氧化物等硬質(zhì)點(diǎn)在刀具表面刻劃溝紋而造成的磨損。在各種切削速度下，刀具都存在磨料磨損。磨料磨損機(jī)理圖磨損過程示意圖磨料磨損的表面特征有擦傷或由犁皺形成的溝槽。圖磨料磨損表面形貌2、粘結(jié)磨損刀具與工件材料接觸達(dá)到原子間距離時所產(chǎn)生的粘結(jié)現(xiàn)象，又稱冷焊。刀具與工件材料的硬度比越小，相互間的親和力越大，粘結(jié)磨損就越嚴(yán)重。粘著磨損的表面特征圖Al-Sn合金軸瓦的粘著磨損機(jī)件表面有大小不等的結(jié)疤。擴(kuò)散磨損由于高溫，刀具與工件被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，使兩者的化學(xué)成分發(fā)生變化，削弱刀具材料的性能，加速磨損過程。其它如化學(xué)磨損、熱電磨損等。三、刀具磨損過程刀具磨損分為三個階段：四、刀具使用壽命1、刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具磨損到一定限度后就不能使用，這個限度就是磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。2、刀具使用壽命刀具使用壽命（耐用度）刃磨后至磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的切削時間。刀具總使用壽命對于重磨刀具，刀具第一次使用到報(bào)廢之前的總切削時間。五、刀具磨損檢測自動化加工中，必須對刀具進(jìn)行及時的監(jiān)測和監(jiān)控。

主要方法有：在線、離線、實(shí)時和非實(shí)時等。1、常規(guī)方法

記錄每把刀的實(shí)際切削時間，與刀具使用壽命（耐用度）比較，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的耐用度數(shù)值后，發(fā)出信號進(jìn)行換刀。2、切削力檢測法與正常切削不同，當(dāng)?shù)毒吣p后，切削力突然增大。通過切削力的變化幅值，可以判斷刀具的磨損程度。檢測法:測力傳感器放在刀桿上效果好，但刀具頻繁更換，結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)困難。測力傳感器放在主軸前軸承上效果好，不受刀具頻繁更換的影響。3、聲發(fā)射法

正常切削時，聲發(fā)射信號小而連續(xù)，磨損后，聲發(fā)射信號增大。第五節(jié)金屬切削條件的合理選擇

一、工件材料的切削加工性材料的切削加工性—指它被切削加工成合格零件的難易程度。同一個零件，所用的材料不同，加工成合格零件的難易程度不同。改善途徑:調(diào)整化學(xué)成分熱處理二、刀具幾何參數(shù)的合理選擇1、前角前

角—前刀面和基面間的夾角。前角的影響增大前角，則主切削刃鋒利。但過大,刀刃脆弱。前角的選擇生產(chǎn)中根據(jù)工件材料、刀具材料和加工要求選擇前角。前角的選擇原則

工件材料的強(qiáng)度、硬度較高時，選用較小的前角。粗加工等選用較小的前角。精加工選用較大的前角。加工塑性材料時，用較大的前角。對于成型刀具或不宜頻繁更換的刀具，選用較小的前角。2、后角后角---主后刀面和切削平面間的夾角。影響減少刀具與主后刀面與工件間的摩擦。但過大，使刀具強(qiáng)度降低。后角的選擇粗加工和承受沖擊載荷的