5-1金屬切削的基礎(chǔ)知識(shí)B

1、1,1-1 切削運(yùn)動(dòng)及切削要素 1-2 刀具材料及刀具構(gòu)造 1-3 金屬切削過(guò)程 1-4 切削加工技術(shù)經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)析,第一章 金屬切削的基礎(chǔ)知識(shí),金屬切削加工雖有多種不同的形式，但在切削運(yùn)動(dòng)、切削工具以及切削過(guò)程的物理實(shí)質(zhì)等都有著共同的現(xiàn)象和規(guī)律，它是學(xué)習(xí)各種切削加工方法的共同基礎(chǔ)。,2,金屬切削過(guò)程:是用刀具從工件表面上切去多余的金屬,形成已加工表面的過(guò)程,也是工件的切削層在刀具前面擠壓下產(chǎn)生塑性變形,形成切屑被切下來(lái)的過(guò)程。 研究切削過(guò)程意義:切削過(guò)程中的許多物理現(xiàn)象，如切削力、切削熱、刀具磨損等，都與金屬的變形及其變化規(guī)律有密切的關(guān)系，研究切削過(guò)程對(duì)保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低成本和促進(jìn)切削

2、加工技術(shù)的發(fā)展，有著十分重要的意義。,第三節(jié) 金屬切削過(guò)程,3,1.切屑的形成過(guò)程,一、切屑形成過(guò)程及切屑種類,三個(gè)階段：彈性變形、塑性變形、切斷。,經(jīng)過(guò)塑性變形后，切屑的厚度 hch 大于切削層公稱厚度 hD ，長(zhǎng)度 lch 小于切削層公稱長(zhǎng)度 lD ，這種現(xiàn)象稱為切屑收縮。 hch/ lch定義為切屑厚度壓縮比 ，= hch/ lch。 一般大于1。 反映了切削過(guò)程中切屑變形程度的大小。一般的， 越大，切削力越大，切削溫度越高，表面越粗糙。,4,2.切屑的種類,帶狀切屑：連續(xù)不斷呈帶狀，內(nèi)表面是光滑的，外表面是毛茸的。 節(jié)狀切屑：底面有裂紋，頂面呈鋸齒狀。 崩碎切屑：不規(guī)則的碎塊狀屑片。,

3、5,1.積屑瘤的形成,二、積屑瘤,高溫高壓下，由于摩擦力而滯留在前刀面上部分切屑轉(zhuǎn)化而成。,在一定范圍的切削速度下切削塑性材料時(shí)，常發(fā)現(xiàn)在刀具前刀面上靠近刀刃的部位粘附著一小塊很硬的金屬稱為積屑瘤。,保護(hù)刀刃、減小刀具摩擦，粗加工有利；精加工使尺寸精度，粗糙度下降。,2.積屑瘤對(duì)切削加工的影響,6,3.積屑瘤的控制,工件材料的力學(xué)性能：主要是塑性。塑性越大，越容易形成積屑瘤。 切削速度：是影響積屑瘤的主要因素。切削速度是通過(guò)切削溫度和摩擦來(lái)影響的。切削速度很小和很大的時(shí)候不易形成積屑瘤。 冷卻潤(rùn)滑條件：選用適當(dāng)?shù)那邢饕?，可有效地降低切削溫度，減少摩擦，也是減少或避免積屑瘤的重要措施之一。,7,

4、1.切削力的來(lái)源,三、切削力和切削功率,金屬切削時(shí)，刀具使加工材料變形成為切屑所需的力稱為切削力F。,切削層金屬、切屑和工件表面層金屬的彈性、塑性變形所產(chǎn)生的抗力。 刀具與切屑、工件表面間的摩擦阻力。,8,三、切削力和切削功率,2.切削力的分解,主切削力Fc：是切削力F在切削速度方向分力。是設(shè)計(jì)機(jī)床的依據(jù)。 Fc過(guò)大易發(fā)生“悶車”現(xiàn)象。 背向抗力Fp：切削力在垂直工作平面上分力，易使工件變形。 進(jìn)給力Ff：與進(jìn)給方向平行，設(shè)計(jì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的依據(jù)，占15%。,F= (Fc2+ Fp2+ Ff2)1/2,9,3.切削力的估算,切削力的大小是由很多因素決定的，其中影響大的是工件材料和切削用量。切削力的大

5、小可用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算。 如車削外圓的時(shí)候 Fc = CFc* apxFc * fyFc * KFc CFc系數(shù)，與工件材料、刀具材料以及切削條件有關(guān) xFc、yFc 指數(shù) KFc修正系數(shù),實(shí)際生產(chǎn)中，用切削層單位面積切削力kc來(lái)估算Fc的大小， Fc kc*AD kc*bD*hD kc*ap*f kc切削層單位面積切削力，MPa，查表獲取。,10,4.切削功率,應(yīng)是三個(gè)切削分力消耗功率的總和，但背向力消耗的功率為零，進(jìn)給力消耗的功率很小，一般可忽略不計(jì)。,其中：Fc切削力，N vc切削速度，m/s,機(jī)床電動(dòng)機(jī)的功率 PE 可用下式計(jì)算： PEPm/ 機(jī)床的傳動(dòng)效率，一般取0.750.85。,1

6、1,工件材料：工件材料強(qiáng)度、硬度越大，單位切削力越大。但切削力增大的幅度與材料強(qiáng)度的增大幅度不成比例。 切削層參數(shù)：切削層公稱厚度與切削層公稱寬度增加時(shí)，切削力增大，但切削層公稱寬度的影響一般大于切削層公稱厚度的影響。 切削用量：當(dāng)背吃刀量或進(jìn)給量加大時(shí)，切削力明顯加大。 前角的影響：前角增加，切削力下降。,5. 影響切削力的因素,12,1.切削熱的產(chǎn)生、傳出及對(duì)工件的影響,四、切削熱和切削溫度,切削熱和由它產(chǎn)生的切削溫度，是刀具磨損和影響加工精度的重要原因。高的切削溫度使刀具磨損加劇，耐用度下降；工件和刀具受熱膨脹會(huì)導(dǎo)致工件精度達(dá)不到要求。,切屑變形。 切屑與刀具前刀面的摩擦。 工件與刀具后

7、刀面的摩擦。,切削熱的產(chǎn)生,13,刀具溫度升高，加速磨損； 工件受熱膨脹，影響加工精度。,切削熱的傳出,由切屑、工件、刀具、周圍的介質(zhì)（空氣）等介質(zhì)傳出。,切削熱對(duì)加工的影響,影響因素：工件材料和刀具材料的導(dǎo)熱性能、周圍介質(zhì)、切屑與刀具的接觸時(shí)間等。,14,2.切削溫度及其影響因素,切削溫度是指切削區(qū)的平均溫度。,切削用量：切削速度增加時(shí)，單位時(shí)間產(chǎn)生的切削熱隨之增加，對(duì)溫度的影響最大。進(jìn)給量和背吃刀量增加時(shí)，切削力增大，摩擦也大，所以切削熱會(huì)增加。 工件材料：強(qiáng)度及硬度愈高，切削中消耗的功愈大，產(chǎn)生的切削熱愈多。切鋼時(shí)發(fā)熱多，切鑄鐵時(shí)發(fā)熱少，因?yàn)殇撛谇邢鲿r(shí)產(chǎn)生塑性變形所需的功大。 刀具材料及

8、幾何形狀：導(dǎo)熱性好的刀具材料，可以降低切削溫度。主偏角減小時(shí)，切削刃參加切削的長(zhǎng)度增加，傳熱條件好，可降低切削溫度。前角的大小直接影響切削過(guò)程中的變形和摩擦，前角大時(shí)，產(chǎn)生的切削熱少，切削溫度低。但當(dāng)前角過(guò)大時(shí)，會(huì)使刀具的傳熱條件變差，反而不利于切削溫度的降低。,影響切削溫度的主要因素,15,1.刀具磨損的形式與過(guò)程,五、刀具磨損和刀具耐用度,刀具壽命：刀具從開始切削到完全報(bào)廢，實(shí)際切削時(shí)間的總和。,刀具磨損形式,刀具的磨損過(guò)程,經(jīng)驗(yàn)表明，在刀具正常磨損階段的后期、急劇磨損階段之前，換刀重磨為最好。這樣既可保證加工質(zhì)量又能充分利用刀具材料。,16,2.影響刀具磨損的因素,增大切削用量時(shí)切削溫度

9、隨之增高，將加速刀具磨損。在切削用量中，切削速度對(duì)刀具磨損的影響最大。 刀具材料、刀具幾何形狀、工件材料以及是否使用切削液等，也都會(huì)影響刀具的磨損。,3. 刀具耐用度,磨鈍標(biāo)準(zhǔn)：最大允許磨損值。 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)所經(jīng)歷的實(shí)際切削時(shí)間，用T表示。 粗加工時(shí)，多以切削時(shí)間(min)來(lái)指標(biāo)。如：硬質(zhì)合金車刀60min，高速鋼鉆頭80-120min等。 精加工時(shí)以走到次數(shù)或加工零件數(shù)目指標(biāo)。,返 回,17,第四節(jié) 切削加工技術(shù)經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)析,一、切削加工主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),勞動(dòng)耗費(fèi)是指生產(chǎn)過(guò)程中消耗與占用的勞動(dòng)量、材料、動(dòng)力、工具和設(shè)備等，稱為費(fèi)用消耗。 使用價(jià)值是指生

10、產(chǎn)活動(dòng)創(chuàng)造出來(lái)的勞動(dòng)成果，包括質(zhì)量和數(shù)量?jī)蓚€(gè)方面。,技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果描述：,18,尺寸精度：表面本身的尺寸精度(如圓柱面的直徑)和表面間的尺寸精度(如孔間距離等)。 形狀精度：零件表面與理想表面之間在形狀上接近的程度，如圓柱面的圓柱度、圓度，平面的平面度等。 位置精度：表面、軸線或?qū)ΨQ平面之間的實(shí)際位置與理想位置接近的程度，如兩圓柱面間的同軸度，二平面間的平行度或垂直度等。,1.產(chǎn)品質(zhì)量,精度：零件在加工之后，其尺寸、形狀等參數(shù)的實(shí)際數(shù)值同它們絕對(duì)準(zhǔn)確的各個(gè)理論參數(shù)相符合的程度。,19,表面粗糙度：已加工表面具有的較小間距和微小峰谷的不平度。在一般情況下，零件表面的尺寸精度要求愈高，其形狀和位置精

11、度要求愈高，表面粗糙度的值愈小。 已加工表面的加工硬化和剩余應(yīng)力：在切削過(guò)程中，由于前刀面的推擠以及后刀面的擠壓與摩擦，工件已加工表面層的晶粒發(fā)生很大的變形，致使其硬度比原來(lái)工件材料的硬度有顯著提高，這種現(xiàn)象稱為加工硬化。切削加工所造成的加工硬化，常常伴隨著表面裂紋，因而降低了零件的疲勞強(qiáng)度和耐磨性。另一方面，硬化層的存在加速了后續(xù)加工中刀具的磨損。,表面質(zhì)量： 包括表面粗糙度、表層加工硬化的程度和深度、表層剩余應(yīng)力的性質(zhì)和大小。,20,在可能的條件下，采用先進(jìn)的毛坯制造工藝和方法，減小加工余量。 合理地選擇切削用量，粗加工時(shí)可采用強(qiáng)力切削(f和ap較大)，精加工時(shí)可采用高速切削。 在可能的條

12、件下，采用先進(jìn)的和自動(dòng)化程度較高的工、夾、量具。 在可能的條件下，采用先進(jìn)的機(jī)床設(shè)備及自動(dòng)化控制系統(tǒng)。,2.生產(chǎn)率切削加工中單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的零件數(shù)量。,提高生產(chǎn)率的途徑：,21,產(chǎn)品的制造成本：費(fèi)用消耗的總和，它包括毛坯或原材料費(fèi)用、生產(chǎn)工人工資、機(jī)床設(shè)備的擴(kuò)舊和調(diào)整費(fèi)用、工夾量具的折舊和修理費(fèi)用、車間經(jīng)費(fèi)和企業(yè)管理費(fèi)用等。,3.經(jīng)濟(jì)性,零件切削加工的成本，包括工時(shí)成本和刀具成本兩部分，并且受基本工藝時(shí)間、輔助時(shí)間、其他時(shí)間及刀具耐用度的影響。 切削加工最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，是指在可能的條件下，以最低的成本高效率地加工出質(zhì)量合格的零件。,每個(gè)零件切削加工的費(fèi)用：,切削加工自動(dòng)化生產(chǎn),22,二、切

13、削用量的合理選擇,對(duì)加工質(zhì)量的影響：切削用量三要素中，背吃刀量和進(jìn)給量增大，都會(huì)使切削力和工件變形增大，并可能引起振動(dòng)，降低加工精度和增大表面粗糙度。進(jìn)給量增大還會(huì)使殘留面積的高度顯著增大，表面更加粗糙。切削速度增大時(shí)，切削力減小，并可減小或避免積屑瘤，有利于加工質(zhì)量的提高。,1.選擇切削用量的一般原則,對(duì)生產(chǎn)率的影響：在切削用量中，切削速度對(duì)刀具耐用度的影響最大，進(jìn)給量次之，背吃刀量的影響最小。由于刀具耐用度降低，勢(shì)必增加換刀或磨刀的次數(shù)，增加輔助時(shí)間，從而降低生產(chǎn)率。,粗加工首先選盡可能大的背吃刀量，其次選盡可能大的進(jìn)給量，最后選盡可能大的切削速度。 精加工一般反之。,2. 切削用量的選擇

14、,23,三、切削液的選用,作用：冷卻；潤(rùn)滑；清洗；防銹。,1.切削液的作用和種類,種類：,水基切削液：比熱容大，流動(dòng)性好，主要起冷卻作用，也有一定的潤(rùn)滑作用。 油基切削液：切削油，主要成分是礦物油，少數(shù)采用動(dòng)植物油或復(fù)合油。比熱容小，流動(dòng)性差，主要起潤(rùn)滑作用，也有一定的冷卻作用。,24,根據(jù)加工性質(zhì)、工件材料和刀具材料等來(lái)選擇合適的切削液。,2.切削液的選擇和使用,粗加工時(shí)，主要要求冷卻，也希望降低一些切削力及切削功率，一般應(yīng)選用冷卻作用較好的切削液；精加工時(shí)，主要希望提高表面質(zhì)量和減少刀具磨損，應(yīng)選用潤(rùn)滑作用較好的切削液，如高濃度的乳化液或切削油等。 加工一般鋼材時(shí)，通常選用乳化液或硫化切削

15、油。加工銅合金和有色金屬時(shí)，不宜采用含硫化油的切削液，以免腐蝕工件。加工鑄鐵、青銅、黃銅等脆性材料時(shí)，為了避免崩碎的切屑進(jìn)入機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件，一般不用切削液。 高速鋼刀具的耐熱性較低，為了提高刀具耐用度，應(yīng)根據(jù)加工的性質(zhì)和工件材料選用合適的切削液。硬質(zhì)合金刀具由于耐熱性和耐磨性較好，一般不用切削液。如果要用，必須連續(xù)地、充分地供給，切不可斷斷續(xù)續(xù)，以免硬質(zhì)合金刀片因驟冷驟熱而開裂。,25,四、材料切削加工性的改善,切削加工性：材料被切削加工的難易程度。,1.材料切削加工性的概念和衡量指標(biāo),衡量指標(biāo)：,一定刀具耐用度下的切削速度VT：即刀具耐用度為T(min)時(shí)切削某種材料所允許的切削速度。 VT越高，材料的切削加工性越好。若取T=60min，則VT可寫作V60。 相對(duì)加工性Kr：即各種材料的V60與45鋼(正火)的V60之比值。 已加工表面質(zhì)量：凡較容易獲得好的表面質(zhì)量的材料，其切削加工性較好；反之則較差。精加工時(shí)，常以此為衡量指標(biāo)。 切屑控制或斷屑的難易：凡切屑較容易控制或易于斷屑的材料，其切削加工性較好；反之較差。 切削力：在相