金属切削过程及控制讲义

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1、3.1 切削过程与切屑类型,切削变形实验设备与录像装置,教案九,没有副刃参加切削，且s = 0。,3.1 切削过程与切屑类型,教案九,一、切屑成形过程及切削变形区的划分,切屑根部金相照片,金属切削变形过程（视频）,3.1 切削过程与切屑类型,教案九,金属切削过程中的滑移线和流线示意图,3.1 切削过程与切屑类型,教案九,第变形区：金属切削过程的塑性变形主要集中于此区。,切削部位三个变形区,第变形区：造成已加工面加工硬化和纤维化的主要原因。,三个变形区分析,第变形区：此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。,3.1 切削过程与切屑类型,教案九,第3章 金属切削过程与控制,3.1 切

2、削过程和切屑,3.2 切削力,3.3 切削热、切削温度和切削液,3.4 刀具的磨损和刀具耐用度,3.6 切削用量的合理选择,教学目的：掌握切削的三个变形区；了解切屑的基本类型；掌握切削力的组成及计算方法；掌握切削热的产生以及对刀具寿命的影响。,教学重点：1金属切削过程中所产生的物理现象及其内在规律及应用；2刀具耐用度和刀具总寿命；3合理选择切削用量的原则和方法；,教案九,3.1 切削过程与切屑类型,教案九,晶粒滑移示意图,3.1 切削过程与切屑类型,教案九,二、变形程度的表示方法,变形系数h, 厚度变形系数, 长度变形系数,变形系数Ah的计算,3.1 切削过程与切屑类型,教案九,影响切削变形的

3、因素,1、切削厚度,2、刀具角度,3、切削速度,3.1 切削过程与切屑类型,教案十,三、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响,1、形成前提： （1）工件材料的塑性；（2）切削速度；,（1）产生新鲜表面 （2）温度和压力下，产生 滞留层 （3）滞留层脱离 （4）新的滞留层产生 （5）积屑瘤不断的生成、 脱落,2、积屑瘤生成过程,3.1 切削过程与切屑类型,教案十,3、积屑瘤对切削过程的影响,3.1 切削过程与切屑类型,教案十,增大前角，减小切削变形 和切削力 降低加工精度 增大已加工表面粗糙度 影响刀具寿命,4、控制积屑瘤的措施,（1）正确选择切削速度 （2）使用润滑性能好的切削液 （3）增大刀具前

4、角,（4）适当提高工件材料硬度。,教案十,3.1 切削过程与切屑类型,切削塑性材料 带状切屑 挤裂切屑 单元切屑 切削平稳，力波动小 滑移量较大，局部 切削不平稳，力波动大 加工面光洁，断屑难 剪应力达断裂强度 加工表面粗糙 少见,切削脆性材料 产生崩碎切屑，切削过程不平稳,表面粗糙度大， 应0vhD,3.1 切削过程与切屑类型,四、切屑的类型及控制,1、切屑的类型,带状切屑,挤裂切屑,单元切屑,崩碎切屑,3.1 切削过程与切屑类型,切屑形态照片,切屑类型（视频）,教案十,控制切屑的意义 断屑机理及措施,切屑经第、第变形区的剧烈变形后，硬度增加，塑性下降，脆性增加。在切屑排出过程中，当碰到障碍

5、时，如某一部位的应变超过了切屑材料的断裂应变值，切屑就会折断。,工件材料脆性越大、切屑厚度越大、切屑卷曲半径越小，切屑就越容易折断。,2、切屑的控制,3.1 切削过程与切屑类型,教案十,采用断屑槽,对流动中的切屑施加一定的约束力，使切屑应变增大，切屑卷曲半径减小。,3.1 切削过程与切屑类型,教案十,断屑槽在前刀面的位置有三种型式： （a）平行式；（b）外斜式；（c）内斜式。 其中外斜式最常用，平行式次之。内斜式主要用于 背吃刀量ap较小的半精加工和精加工。,3.1 切削过程与切屑类型,教案十,3.1 切削过程与切屑类型,教案十,3.1 切削过程与切屑类型,教案十,一、切削力的来源、切削合力及

6、分解、切削功率, 切削层金属、切屑和工件表面金属的弹、塑性变形所产生的抗力 切屑、工件与刀具间摩擦阻力,1、切削力的来源,3.2 切削力,教案十,2、切削合力及分解,1）主切削力Fz 2）切深抗力Fy 3）进给力Fx,3.2 切削力,教案十,3.2 切削力,教案十,3、切削功率,Fzvc10-3（KW）主运动消耗的功率 ，占总 切 削功率的95%左右。,10-3（KW） 进给运动消耗的功率，占,总消耗功率的5%左右。,总消耗功率：Pm=（Fzvc+,）10-3,切深抗力方向没有位移，因此不消耗功率。,3.2 切削力,教案十,机床电机功率：,式中 机床传动效率，通常= 0.750.85,二、切削

7、力的计算及经验公式,1、计算切削力的指数公式,CFz、CFy、CFx与被加工金属材料和切削条件有关的系数； xFz、xFy、xFx背吃刀量ap的影响指数； yFz、yFy、yFx进给量f的影响指数； nFz、nFy、nFx切削速度v的影响指数；,KFz、KFy、KFx计算条件与实验条件不同时的总修正系数。,3.2 切削力,教案十,切削深度对切削力的影响最大，进给量的影响次之，切削速度的影响最小。,2、用单位切削力计算主切削力,p=,=,=,（N/mm2）,Fz=papfKfpKvFzKFz Fy=papfKfpKvFz（Fy/Fz）KFy Fx=papfKfpKvFz（Fx/Fz）KFx,Kf

8、p进给量对单位切削力的修正系数； KvFz切削速度改变时对主切削力的修正系数； Fy/Fz、Fx/Fz主偏角不同时，Fy、Fx与Fz的比值； KFz、KFy、KFx刀具几何参数不同时对切削力的修正系数。,3.2 切削力,教案十,三、影响切削力的因素,1、切削用量,标准切削试验： 刀具材料YT15，工件材料45，b = 650 Mpa，车刀几何参数为go =10、kr = 45、 ls =0。,1）背吃刀量ap 和进给量f对切削力的影响;,3.2 切削力,教案十,2）切削速度Vc对切削力的影响;,3.2 切削力,教案十,2、刀具几何角度影响,3.2 切削力,教案十,3.2 切削力,教案十,3、工

9、件材料,4、切削液 有润滑作用，使切削力降低 ； 5、刀具磨损 使切削力增大，对吃刀抗力Fp的影响最为显著 ；,3.2 切削力,教案十,一、切削热的产生与传导,3.3 切削热、切削温度、切削液,1、切削热来源：,切削层金属发生弹性和塑性变形所消耗的能量；,切屑与前刀面、工件与后刀面间产生的摩擦热。,切削热由切屑、工件、刀具及周围的介质（空气，切削液）向外传导。影响散热的主要因素是：,（1）工件材料的导热系数,2、切削热传导,（2）刀具材料的导热系数,（3）周围介质,二、影响切削温度的主要因素,1、 切削用量的影响,切削速度对切削温度的影响最大，进给量的影响次之，切削深度的影响最小。,2、刀具几

10、何参数的影响,3、工件材料的影响,工件材料机械性能切削温度 工件材料导热性 切削温度,4、刀具磨损的影响,5、切削液的影响,三、切削液,（1）作用机理 冷却作用 润滑作用 清洗作用 防锈作用,（2）类型 水溶性和非水溶性切削液, 正常磨损, 非正常磨损,一、刀具磨损形态及其原因,1、刀具磨损形态,脆性破损,塑性破损,3.4 刀具的磨损和刀具耐用度,3.4 刀具的磨损和刀具耐用度,44,后刀面磨损,3.4 刀具的磨损和刀具耐用度,2、刀具磨损原因,刀具磨损是机械的、热的和化学的三种作用的综合结果,1）磨料磨损 2）黏结磨损 3）相变磨损 4）扩散磨损 5）化学磨损,低速切削刀具磨损的主要原因,中

11、等偏低的切削速度下切削塑性材料金属,切削温度超过了相变温度,更高温度下产生的一种化学性质的磨损，切削金属材料时,3.4 刀具的磨损和刀具耐用度,二、刀具磨损过程及磨钝标准,1、刀具磨损过程,3.4 刀具的磨损和刀具耐用度,2、磨钝标准,3.4 刀具的磨损和刀具耐用度,三、刀具耐用度及其经验公式,1、刀具寿命（耐用度）概念, 刀具从切削开始至磨磨损量达到钝标准的切削时间， 用T 表示。 刀具总寿命 一把新刀从投入切削开始至报废为止的总切削时间，其间包括多次重磨。,3.4 刀具的磨损和刀具耐用度,对刀具耐用度的影响v 的显著，f 次之，ap 影响最小 。,2、刀具寿命（耐用度）经验公式,3.4 刀

12、具的磨损和刀具耐用度,3.6 切削用量的选择,一、切削用量对切削加工的影响,1、对加工质量的影响,（1）ap、f增大,降低加工精度和增大表面粗糙度,（2）vc的影响,2、对生产效率的影响,机床的切削效率可以用单位时间内切除的材料体积Q(mm3/min)表示：,切削用量三要素对切削效率影响的权重是完全相同的。,3、对刀具寿命的影响,v 的影响最显著；f 次之；ap 影响最小 。,3.6 切削用量的选择,二、切削用量的选用原则,（1）粗加工阶段切削用量的选用原则,（2）精加工阶段切削用量的选用原则,首先选取尽可能大的背吃刀量ap，其次选取尽可能大的进给量f，最后按照刀具耐用度的限制确定合理的切削速

13、度vc。,选用较高的切削速度vc 、尽可能大的背吃刀量ap和较小的进给量f。,合理的切削用量，就是指在保证加工质量的前提下，能获得较高生产效率和较低生产成本的切削用量。,3.6 切削用量的选择,三、切削用量三要素的选用,1背吃刀量ap 的选用根据加工余量确定,2进给量f的选用,粗加工时，在保留半精加工和精加工余量的前提下，尽可能一次切除全部余量，余量过大时可分 2 次走刀或多次走刀，两次走刀时，第一次走刀的切削深度取单边余量的 2/33/4 。 半精加工时，通常取ap=0.52mm，精加工时，通常取ap=0.10.4mm, 粗加工时根据工艺系统强度和刚度条件确定（计算或查表） 精加工和半精加工

14、时根据加工表面粗糙度和加工精度的要求确定（计算或查表）,3.6 切削用量的选择,表3-7 硬质合金车刀粗车外圆及端面的进给量,表3-8按表面粗糙度选择进给量的参考值,3. 切削速度 vc的选用,（1）用公式计算切削速度,（2）用查表法确定切削速度,（3）确定切削速度时，应考虑的因素 精加工时，应尽量避开产生积屑瘤的速度区； 断续切削时，应适当降低切削速度。 在易产生振动的情况下，机床主轴转速应选择能进行稳定切削的转速区进行。 加工大件、细长件、薄皮件及带铸、锻外皮的工件时，应选较低的切削速度。,3.6 切削用量的选择,例:3-1 工件在CA6140型车床上车外圆，如图,毛坯：直径为d=50mm，材料为45钢，b=0.637GPa； 加工要求：车外圆至44 ，表面粗糙度为Ra 3.2m； 刀具：焊接式硬质合金外圆车刀，刀片材料为YT15，刀杆截面尺寸为16mm 25mm； 车刀切削部分几何参数：,试求该车削工序的切削用量。,3.6 切削用量的选择,四、提高切削用量的途径,1提高刀具耐用度，以提高切削速度 新的刀具材料的开发和使用； 2进行刀具改革，加大进给量和背吃刀量 3改进机床，使其具有足够的刚性,3.6 切削用量的选择,