《{机械公司管理}第二章机械加工及设备的基础理论浏览21浏览2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《{机械公司管理}第二章机械加工及设备的基础理论浏览21浏览2（80页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三节 金属切削过程,金属切削过程就是通过刀具把被切金属层变为切屑的过程。 金属的切削过程，实质上是工件切削层在刀具的挤压下，产生剪切滑移为主的塑性变形，而形成切屑的过程。 挤压、滑移、挤裂、切离,第三节 金属切削过程,金属切削过程中的滑移线和流线,第三节 金属切削过程,一、切屑的形成过程及变形区的划分,第一变形区金属的滑移,OA面-“始滑移面”,切削层中点P,OM-“终滑移面,一、切屑的形成过程及变形区,第三节 金属切削过程,三个变形区、剪切角,平面OM表示第一变形区（）,第二变形区（II）,第三变形区（）,第三节 金属切削过程,三个变形区说明,第三节 金属切削过程,二、变形系数,切屑厚度与
2、切削层厚度之比称为厚度变形系数h（切屑厚度压缩比Ah）； 切削长度与切屑长度之比称为长度变形系数l， 变形系数直观地反映了切屑的变形程度，且容易测量。,第三节 金属切削过程,厚度变形系数 长度变形系数,第三节 金属切削过程,对于同一种工件材料，如果在不同的切削条件下进行切削，变形系数越大，则表明切削中的塑性变形越大，切削力和切削热相应增加，动力消耗上升，加工质量下降。 有效控制变形系数，有利于提高工件的加工质量。,第三节 金属切削过程,切屑类型 a)带状切屑 b)节状切屑 c)单元切屑 d)崩碎切屑,三、切屑类型,第三节 金属切削过程,带状切屑 采用较高的切削速度、较小的切削厚度和前角较大的刀
3、具，切削塑性较好的金属材料时，易形成带状切屑。形成带状切屑时，切削力的波动小，切削过程比较平稳，已加工表面粗糙度较小，但这种切屑容易缠绕在刀具或工件上，损伤已加工表面，或危害操作者安全，应采取适当的断屑措施。 节状切屑 采用较低的切削速度、较大的切削厚度和前角较小的刀具，切削中等硬度的塑性材料时，易形成节状切屑。形成节状切屑时，金属的塑性变形和切削抗力较大，切削力的波动也比较大，切削过程不平稳，已加工表面也比较粗糙。,第三节 金属切削过程,单元切屑 切削塑性材料时，切削层金属在塑性变形过程中，剪切面上产生的剪应力超过材料的强度极限，切屑沿剪切面完全断开，形成形状类似，而又互相分离的屑块。采用极
4、低的切削速度，大的切削厚度，小的前角，切削塑性较差的材料时，易形成单元切屑。形成单元切屑时，切削力波动很大，有振动，已加工表面粗糙，且有振纹。 崩碎切屑 切削脆性材料时，由于材料的塑性小，抗拉强度低，切削层金属在产生弹性变形后，几乎不产生塑性变形而突然崩裂，形成形状极不规则的碎块。形成崩碎切屑时，切削力幅度小，但波动很大，伴有振动和冲击，使已加工表面凸凹不平。,第三节 金属切削过程,（一）积屑瘤的产生 在切削塑性金属材料时，经常在前刀面上靠刃口处沾结一小块很硬的金属楔块（如图3-6），这个金属楔块称积屑瘤。,四、积屑瘤,积屑瘤,第三节 金属切削过程,（二）积屑瘤对切削过程的影响,积屑瘤对切削加
5、工的影响 对切削力的影响 对已加工表面粗糙度的影响 对刀具强度的影响,积屑瘤与切削刃的金相显微照片,第三节 金属切削过程,积屑瘤包围着切削刃，可以代替前面、后面和切削刃进行切削，从而保护了刀刃，减少了刀具的磨损。 积屑瘤使刀具的实际工作前角增大，而且，积屑瘤越高，实际工作前角越大，刀具越锋利。 积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。 积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。,第三节 金属切削过程,（1）积屑瘤,积屑瘤对切削过程的影响有其有利的一面，也有其不利的一面。 粗加工时，可允许积屑瘤的产生，以增大实际前角，使切削轻快； 精加工时，则应尽量避免产生积屑瘤，以确保加工质量。
6、,第三节 金属切削过程,（2）积屑瘤的成因,1）工件材料的塑性； 2）切削速度； 3）刀具前角； 4）冷却润滑条件。,切削速度对积屑瘤的影响,第三节 金属切削过程,（三）控制积屑瘤产生的措施,（1）避免容易产生积屑瘤的切削速度范围 （2）降低材料塑性 （3）合理使用切削液 （4）增大刀具前角,第三节 金属切削过程,第四节 切削力、切削热与切削温度,切削力决定着切削热的产生，并影响刀具磨损和已加工表面质量。 切削力又是计算切削功率，设计和使用机床、刀具、夹具的必要依据。 切削热和由它产生的切削温度，直接影响刀具的磨损和使用寿命 切削热影响工件的加工精度和表面质量。,第四节 切削力、切削热与切削温
7、度,一、切削力的来源、合力及其分力,第四节 切削力、切削热与切削温度,切削力的来源,一是切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力； 二是刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。,第四节 切削力、切削热与切削温度,切削力,（1）总切削力的分解 1）切削力Fc 2）背向力Fp 3）进给力Ff,第四节 切削力、切削热与切削温度,第四节 切削力、切削热与切削温度,第四节 切削力、切削热与切削温度,单位：kw,Fc切削力，单位：N； vc切削速度，单位：m/min。,第四节 切削力、切削热与切削温度,（2）切削功率,（2）切削功率,单位：kw,m机床传动效率， 一般，取 m =0.75
8、0.85。,机床电机所需功率,第四节 切削力、切削热与切削温度,单位切削力是指单位面积上的主切削力，用KC表示（单位N/mm2）。 KC=FC/AD 式中 AD切削层公称横截面积（mm2）AD=ap.f； Fc主切削力（N）。 计算主切削力： FC=KC AD= KC ap.f,第四节 切削力、切削热与切削温度,切削力,第四节 切削力、切削热与切削温度,2. 切削力的经验公式,切削力 背向力 进给力 切削时消耗的功率,第四节 切削力、切削热与切削温度,计算举例： 工件材料：40Cr热轧棒料；HBS=212 刀具结构：机夹可转位车刀 刀片材料及型号：YT15；TNMA150605 刀具几何参数：
9、0=15，r=90，S=-5，br=0.4mm， 01=-10（负倒棱的前角），r=0.5mm 机床型号：CA6140车床 切削用量：ap=3mm，f=0.4mm/r，vc=100m/min 试求 切削力Fc、Fp、Ff和切削功率Pc,第四节 切削力、切削热与切削温度,查表2-6至表2-15得下列数据： Cfc=1640N，xfc=1，yFc=0.84，kvFc=0.96，krfc=1，kvfc=1，kbrFc=1.1， KFc=1.05，Fp/Fc=0.3，Ff/Fc=0.4，KrFc =1，KFc =1，KVBFc=1.2 （取VB=0.6mm），Kc=1962N/mm2。,第四节 切削力
10、、切削热与切削温度,解：1主切削力Fc,第四节 切削力、切削热与切削温度,2背向力Fp与进给力Ff（估算法） 3切削功率Pc 机床消耗功率： 取机床传动效率m=0.8，而CA6140车床电机功率为7.5kW，功率足够。,第四节 切削力、切削热与切削温度,第四节 切削力、切削热与切削温度,二、切削力,3. 影响切削力的因素 总切削力的来源有两个方面： 一是克服被加工材料对弹性变形和塑性变形的抗力； 二是克服切屑对刀具前面的摩擦阻力和工件表面对刀具后面的摩擦阻力。,第四节 切削力、切削热与切削温度,3. 影响切削力的因素,1）工件材料的性能对切削力有显著的影响。 工件材料的硬度或强度愈高，材料的剪
11、切屈服强度也愈高，发生剪切变形的抗力也愈大，故切削力也愈大。,第四节 切削力、切削热与切削温度,3. 影响切削力的因素,2）切削用量对切削力的影响。 a）背吃刀量asp 和进给量f对切削力的影响;,第四节 切削力、切削热与切削温度,二、切削力,标准切削试验：刀具材料P10，工件材料45钢b=650Mpa，车刀几何参数为go =10、kr =45、ls =0。,即，ap增大一倍，FC也增大一倍；而f 增大一倍，FC只能增大68%80。,第四节 切削力、切削热与切削温度,由此可见，从减小切削力和节省动力消耗的观点出发，在切除相同余量的条件下，增大 f 比增大asp 更为有利。,第四节 切削力、切削
12、热与切削温度,3. 影响切削力的因素,2）切削用量对切削力的影响。 b）切削速度Vc对切削力的影响;,切削塑性材料时,第四节 切削力、切削热与切削温度,3. 影响切削力的因素,3）刀具几何参数对切削力的影响。 a） 前角go对切削力的影响;,刀刃锋利,前角go,变形抗力,切削力,第四节 切削力、切削热与切削温度,3. 影响切削力的因素,3）刀具几何参数对切削力的影响。 a） 前角go对切削力的影响;,图3-25 前角对切削力的影响 asp=4mm f=0.25mm/r,第四节 切削力、切削热与切削温度,3. 影响切削力的因素,3）刀具几何参数对切削力的影响。 b） 主偏角kr 对切削力的影响;
13、,第四节 切削力、切削热与切削温度,3. 影响切削力的因素,3）刀具几何参数对切削力的影响。 c）刃倾角ls 对切削力的影响;,ls,背前角gp,侧前角,gf,Fp,Ff,第四节 切削力、切削热与切削温度,3. 影响切削力的因素,3）刀具几何参数对切削力的影响。 d）刀尖圆弧半径re 对切削力的影响;,第四节 切削力、切削热与切削温度,3. 影响切削力的因素,3）刀具几何参数对切削力的影响。 e）使用切削液 对切削力的影响。,第四节 切削力、切削热与切削温度,五、 影响切削力的因素,工件材料的影响 切削用量的影响 背吃刀量和进给量的影响 切削速度的影响 刀具几何参数的影响 前角的影响 负倒棱的
14、影响 主偏角的影响 刃倾角的影响,第四节 切削力、切削热与切削温度,刀具磨损的影响 切削液的影响 刀具材料的影响,第四节 切削力、切削热与切削温度,切削热来源于切削层金属发生弹性、塑性变形所产生的热及切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩擦。,切削热来源,七、切削热的产生与传出,第四节 切削力、切削热与切削温度,1.切削热的来源与传出,式中 Q单位时间产生的热量，单位：J/s； Fc切削力，单位：N； vc切削速度单位：m/s。,第四节 切削力、切削热与切削温度,切削热由切屑、工件、刀具及周围介质传导出去。影响散热的主要因素是： 工件材料的导热性能 刀具材料的导热性能 周围介质 切屑与刀具的接触时
15、间,第四节 切削力、切削热与切削温度,切削热由切屑、工件、刀具及周围的介质传导出去，热平衡式可写为： Q=Qe+Qt+Qw+Qm (2-33) 式中 Qe单位时间内传给切屑的热量（J/s）； Qt单位时间内传给刀具的热量（J/s）； Qw单位时间内传给工件的热量（J/s）； Qm单位时间内传给周围介质的热量（J/s）,第四节 切削力、切削热与切削温度,三、切削热和切削温度,不同切削速度下的热量传出比例,第四节 切削力、切削热与切削温度,三、切削热和切削温度,第四节 切削力、切削热与切削温度,三、切削热和切削温度,3.影响切削温度的主要因素 (1)工件材料 工件材料的强度、硬度越高，总切削力越大，单位时间内产生的热量越多，切削温度也就越高。 工件材料的导热性好，从切屑和工件传出的切削热相应增多，切削区的平均温度降低。 例如，合金结构钢的强度普遍高于45钢，而导热系数又一般均低于45钢，所以切削合金结构钢的切削温度高于切削45钢的切削温度。,第四节 切削力、切削热与切削温度,(2)切削用量 在切削用量中，切削速度对切削温度的影响最大。 随着切削速度的提高，材料切除率随之成正比例的增加。但随着切削速度的提高，切屑变形相应减小，所以，切削功和切削热虽然有所增高，但不可能成正比例
