3-2 金屬切削過程的基本規(guī)律.ppt

1、第二節(jié) 金屬切削過程基本規(guī)律,一、金屬切削過程,1. 切屑的形成,圖3-10 金屬切削過程中的滑移線和流線,1. 切屑的形成,圖3-12 切屑類型,1. 切屑的形成,圖3-10 金屬切削過程中的滑移線和流線,1. 切屑的形成,衡量切屑變形程度的方法 ：切屑厚度壓縮比h,圖3-13 切屑厚度壓縮比h的計(jì)算,2. 積屑瘤,圖3-15 積屑瘤與切削刃的金相顯微照片,2. 積屑瘤,圖3-16 積屑瘤高度及其實(shí)際工作前角,2. 積屑瘤,（1）積屑瘤對切削過程的影響： 1)積屑瘤包圍著切削刃，可以代替前面、后面和切削刃進(jìn)行切削，從而保護(hù)了刀刃，減少了刀具的磨損。 2)積屑瘤使刀具的實(shí)際工作前角增大，而且，

2、積屑瘤越高，實(shí)際工作前角越大，刀具越鋒利。 3)積屑瘤前端伸出切削刃外，直接影響加工尺寸精度。 4)積屑瘤直接影響工件加工表面的形狀精度和表面粗糙度。,2. 積屑瘤,（2）積屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性；,2. 積屑瘤,（2）積屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性； 2）切削速度；,圖3-17 切削速度對積屑瘤的影響,2. 積屑瘤,（2）積屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性； 2）切削速度； 3）刀具前角；,2. 積屑瘤,（2）積屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性； 2）切削速度； 3）刀具前角； 4）冷卻潤滑條件。,二、切削力,1.總切削力的分解和切削功率 （1）總切削力的分解 1）切削力Fc

3、2）背向力Fp 3）進(jìn)給力Ff,1.總切削力的分解和切削功率,（1）總切削力的分解,1.總切削力的分解和切削功率,（2）切削功率,單位：kw,Fc切削力，單位：N； vc切削速度，單位：m/min。,1.總切削力的分解和切削功率,（2）切削功率,單位：kw,c機(jī)床傳動效率，一般，取c=0.750.85。,二、切削力,2. 切削力的經(jīng)驗(yàn)公式 切削力,2. 切削力的經(jīng)驗(yàn)公式,切削力 背向力 進(jìn)給力 切削時消耗的功率,2. 切削力的經(jīng)驗(yàn)公式,計(jì)算舉例： 用YT5硬質(zhì)合金車刀外圓縱車b=630MPa的熱軋45鋼，車刀幾何參數(shù)為go =10、kr =75、ls =5，切削用量為asp=2mm、f=0.3

4、mm/r、vc=100m/min。 試計(jì)算切削力Fc、Fp、Ff 及切削功率Pc 。,2. 切削力的經(jīng)驗(yàn)公式,解： 查表3-2得： CFC=2795 xFC =1.0 yFC =0.75 zFC =-0.15,2. 切削力的經(jīng)驗(yàn)公式,解：,2. 切削力的經(jīng)驗(yàn)公式,解：,當(dāng)b =630MPa時,2. 切削力的經(jīng)驗(yàn)公式,續(xù)：,按kr =75查表3-4，得,按go =10查表3-4，得,按ls =-5查表3-4，得,2. 切削力的經(jīng)驗(yàn)公式,續(xù)：,二、切削力,3. 影響切削力的因素 總切削力的來源有兩個方面： 一是克服被加工材料對彈性變形和塑性變形的抗力； 二是克服切屑對刀具前面的摩擦阻力和工件表面對

5、刀具后面的摩擦阻力。,3. 影響切削力的因素,1）工件材料的性能對切削力有顯著的影響。 工件材料的硬度或強(qiáng)度愈高，材料的剪切屈服強(qiáng)度也愈高，發(fā)生剪切變形的抗力也愈大，故切削力也愈大。,3. 影響切削力的因素,2）切削用量對切削力的影響。 a）背吃刀量asp 和進(jìn)給量f對切削力的影響;,二、切削力,標(biāo)準(zhǔn)切削試驗(yàn)：刀具材料P10，工件材料45鋼b=650Mpa，車刀幾何參數(shù)為go =10、kr =45、ls =0。,即，asp增大一倍，F(xiàn)C也增大一倍；而f 增大一倍，F(xiàn)C只能增大68%80。,二、切削力,由此可見，從減小切削力和節(jié)省動力消耗的觀點(diǎn)出發(fā)，在切除相同余量的條件下，增大 f 比增大asp

6、 更為有利。,3. 影響切削力的因素,2）切削用量對切削力的影響。 b）切削速度Vc對切削力的影響;,切削塑性材料時,3. 影響切削力的因素,2）切削用量對切削力的影響。 b）切削速度Vc對切削力的影響;,3. 影響切削力的因素,3）刀具幾何參數(shù)對切削力的影響。 a） 前角go對切削力的影響;,刀刃鋒利,前角go,變形抗力,切削力,3. 影響切削力的因素,3）刀具幾何參數(shù)對切削力的影響。 a） 前角go對切削力的影響;,圖3-25 前角對切削力的影響 asp=4mm f=0.25mm/r,3. 影響切削力的因素,3）刀具幾何參數(shù)對切削力的影響。 b） 主偏角kr 對切削力的影響;,3. 影響切

7、削力的因素,3）刀具幾何參數(shù)對切削力的影響。 c）刃傾角ls 對切削力的影響;,ls,背前角gp,側(cè)前角,gf,Fp,Ff,3. 影響切削力的因素,3）刀具幾何參數(shù)對切削力的影響。 d）刀尖圓弧半徑re 對切削力的影響;,3. 影響切削力的因素,3）刀具幾何參數(shù)對切削力的影響。 e）使用切削液 對切削力的影響;,三、切削熱和切削溫度,1.切削熱的來源與傳出,圖3-29 切削熱的來源與傳出,三、切削熱和切削溫度,1.切削熱的來源與傳出,式中 Q單位時間產(chǎn)生的熱量，單位：J/s； Fc切削力，單位：N； vc切削速度單位：m/s。,三、切削熱和切削溫度,1.切削熱的來源與傳出,圖3-30 不同切削

8、速度下的熱量傳出比例,三、切削熱和切削溫度,1.切削熱的來源與傳出,三、切削熱和切削溫度,2. 切削溫度的分布,a） 法平面內(nèi)的切削溫度分布 b）刀具前面上的切削溫度分布 圖3-33 切削溫度的分布,三、切削熱和切削溫度,3.影響切削溫度的主要因素 (1)工件材料 工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，總切削力越大，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多，切削溫度也就越高。 工件材料的導(dǎo)熱性好，從切屑和工件傳出的切削熱相應(yīng)增多，切削區(qū)的平均溫度降低。 例如，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)鋼的切削溫度高于切削45鋼的切削溫度。,3.影響切削溫度的主要因素,(2)切削用量 在

9、切削用量中，切削速度對切削溫度的影響最大。 隨著切削速度的提高，材料切除率隨之成正比例的增加。但隨著切削速度的提高，切屑變形相應(yīng)減小，所以，切削功和切削熱雖然有所增高，但不可能成正比例的增高，因此，切削溫度也不會成正比例的增高。,3.影響切削溫度的主要因素,(2)切削用量 切削速度,3.影響切削溫度的主要因素,(2)切削用量 進(jìn)給量,材料切除率 Q=1000vcaspf,3.影響切削溫度的主要因素,(2)切削用量 背吃刀量,材料切除率 Q=1000vcaspf,3.影響切削溫度的主要因素,綜上所述，切削用量對切削溫度的影響程度以切削速度為最大，進(jìn)給量次之，背吃刀量最小。 因此，若要切除給定的余

10、量，又要求切削溫度較低，則在選擇切削用量時，應(yīng)優(yōu)先考慮采用大的背吃刀量，然后選擇一個適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給量，最后再選擇合理的切削速度。 上述切削用量選擇原則是從最低切削溫度出發(fā)考慮的，這也是制訂零件加工工藝規(guī)程時，確定切削用量的原則。,3.影響切削溫度的主要因素,(3)刀具幾何參數(shù) 1） 前角 2）主偏角,3.影響切削溫度的主要因素,(4)切削液,4.切削溫度的試驗(yàn)公式,切削溫度的實(shí)驗(yàn)公式是由標(biāo)準(zhǔn)切削實(shí)驗(yàn)得來的。 實(shí)驗(yàn)條件如下： C620-1改裝無級調(diào)速車床，工件與刀片材料切削對為YT1545鋼，切削速度 vc=60 m/min200m/min，進(jìn)給量f=0.4 mm/r0.6mm/r，背吃刀量asp=

11、0.5 mm3.0mm。,四、刀具磨損與刀具壽命,刀具失效 刀具磨損 刀具破損,四、刀具磨損與刀具壽命,1. 刀具磨損的形式,圖3-36 車刀典型磨損形式示意圖,四、刀具磨損與刀具壽命,2.刀具磨損的原因 (1) 擦傷磨損 （任何切削溫度） (2) 粘結(jié)磨損 (3) 擴(kuò)散磨損 （高速切削） (4) 氧化磨損 （高速切削）,四、刀具磨損與刀具壽命,2.刀具磨損的原因 (1) 擦傷磨損 (2) 粘結(jié)磨損 (3) 擴(kuò)散磨損 (4) 氧化磨損,圖3-37 切削溫度對磨損影響的示意圖 擦傷磨損 粘結(jié)磨損 擴(kuò)散磨損 氧化磨損,四、刀具磨損與刀具壽命,3.刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn) (1)刀具的磨損過程,圖3-

12、38 硬質(zhì)合金車刀的典型磨損曲線 YD05-30CrMnSiA；go=4，ao=8，kr=45，ls=-4；vc=150m/min，f=0.2mm.r，asp=0.5mm,四、刀具磨損與刀具壽命,3.刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn) (2)刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 刀具允許達(dá)到的最大的磨損量，稱為“磨鈍標(biāo)準(zhǔn)”。 對于一般刀具，常以后面磨損帶高度VB的允許極限值作為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，定尺寸刀具和自動化生產(chǎn)中的精加工刀具，常以徑向磨損量NB的允許值作為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。,四、刀具磨損與刀具壽命,3.刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn) (2)刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn),圖3-39 車刀的徑向磨損,（2）刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn),1） 精加工 VB0.1 mm0.3mm

13、； 粗加工 VB0.6 mm0.8mm。 2）工藝系統(tǒng)剛性較差時，應(yīng)規(guī)定較小的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)； 3） 粗車鋼件，特別是粗車合金鋼和高溫合金時，磨鈍標(biāo)準(zhǔn)要比粗車鑄鐵時取得小些。 4） 加工同一種工件材料時，硬質(zhì)合金刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)要比高速鋼刀具取得小些。,四、刀具磨損與刀具壽命,4.刀具壽命 (1) 定義 刃磨或換刃后的刀具，自開始切削直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的切削時間，稱為刀具壽命，符號用T，單位用min或s。,四、刀具磨損與刀具壽命,4.刀具壽命 (2) 刀具壽命與切削用量的關(guān)系,式中，Cv、CT是與切削條件有關(guān)的常數(shù)；m、n、p為指數(shù)其值為：,四、刀具磨損與刀具壽命,4.刀具壽命 (2) 刀具壽命與切削用量的關(guān)系,例如，當(dāng)用硬質(zhì)合金車刀車削sb=0.65GPa的中碳鋼時，切削用量與刀具壽命的關(guān)系為：,四、刀具磨損與刀具壽命,4.刀具壽命 (2) 刀具壽命與切削用量的關(guān)系 切削用量對刀具壽命T的影響程度與切削用