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1、第二节 金属切削过程基本规律,一、金属切削过程,1. 切屑的形成,图3-10 金属切削过程中的滑移线和流线,1. 切屑的形成,图3-12 切屑类型,1. 切屑的形成,图3-10 金属切削过程中的滑移线和流线,1. 切屑的形成,衡量切屑变形程度的方法 ：切屑厚度压缩比h,图3-13 切屑厚度压缩比h的计算,2. 积屑瘤,图3-15 积屑瘤与切削刃的金相显微照片,2. 积屑瘤,图3-16 积屑瘤高度及其实际工作前角,2. 积屑瘤,（1）积屑瘤对切削过程的影响： 1)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。 2)积屑瘤使刀具的实际工作前角增大，而且，
2、积屑瘤越高，实际工作前角越大，刀具越锋利。 3)积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。 4)积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。,2. 积屑瘤,（2）积屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性；,2. 积屑瘤,（2）积屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性； 2）切削速度；,图3-17 切削速度对积屑瘤的影响,2. 积屑瘤,（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；,2. 积屑瘤,（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。,二、切削力,1.总切削力的分解和切削功率 （1）总切削力的分解 1）切削力Fc
3、2）背向力Fp 3）进给力Ff,1.总切削力的分解和切削功率,（1）总切削力的分解,1.总切削力的分解和切削功率,（2）切削功率,单位：kw,Fc切削力，单位：N； vc切削速度，单位：m/min。,1.总切削力的分解和切削功率,（2）切削功率,单位：kw,c机床传动效率，一般，取c=0.750.85。,二、切削力,2. 切削力的经验公式 切削力,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,2. 切削力的经验公式,计算举例： 用YT5硬质合金车刀外圆纵车b=630MPa的热轧45钢，车刀几何参数为go =10、kr =75、ls =5，切削用量为asp=2mm、f=0.3
4、mm/r、vc=100m/min。 试计算切削力Fc、Fp、Ff 及切削功率Pc 。,2. 切削力的经验公式,解： 查表3-2得： CFC=2795 xFC =1.0 yFC =0.75 zFC =-0.15,2. 切削力的经验公式,解：,2. 切削力的经验公式,解：,当b =630MPa时,2. 切削力的经验公式,续：,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. 切削力的经验公式,续：,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
5、刀具后面的摩擦阻力。,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。,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;,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，asp增大一倍，FC也增大一倍；而f 增大一倍，FC只能增大68%80。,二、切削力,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
6、 更为有利。,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,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;,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,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,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;,3. 影响切
7、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,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;,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;,三、切削热和切削温度,1.切削热的来源与传出,图3-29 切削热的来源与传出,三、切削热和切削温度,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。,三、切削热和切削温度,1.切削热的来源与传出,图3-30 不同切削
8、速度下的热量传出比例,三、切削热和切削温度,1.切削热的来源与传出,三、切削热和切削温度,2. 切削温度的分布,a） 法平面内的切削温度分布 b）刀具前面上的切削温度分布 图3-33 切削温度的分布,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。,3.影响切削温度的主要因素,(2)切削用量 在
9、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，但不可能成正比例的增高，因此，切削温度也不会成正比例的增高。,3.影响切削温度的主要因素,(2)切削用量 切削速度,3.影响切削温度的主要因素,(2)切削用量 进给量,材料切除率 Q=1000vcaspf,3.影响切削温度的主要因素,(2)切削用量 背吃刀量,材料切除率 Q=1000vcaspf,3.影响切削温度的主要因素,综上所述，切削用量对切削温度的影响程度以切削速度为最大，进给量次之，背吃刀量最小。 因此，若要切除给定的余
10、量，又要求切削温度较低，则在选择切削用量时，应优先考虑采用大的背吃刀量，然后选择一个适当的进给量，最后再选择合理的切削速度。 上述切削用量选择原则是从最低切削温度出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规程时，确定切削用量的原则。,3.影响切削温度的主要因素,(3)刀具几何参数 1） 前角 2）主偏角,3.影响切削温度的主要因素,(4)切削液,4.切削温度的试验公式,切削温度的实验公式是由标准切削实验得来的。 实验条件如下： C620-1改装无级调速车床，工件与刀片材料切削对为YT1545钢，切削速度 vc=60 m/min200m/min，进给量f=0.4 mm/r0.6mm/r，背吃刀量asp=
11、0.5 mm3.0mm。,四、刀具磨损与刀具寿命,刀具失效 刀具磨损 刀具破损,四、刀具磨损与刀具寿命,1. 刀具磨损的形式,图3-36 车刀典型磨损形式示意图,四、刀具磨损与刀具寿命,2.刀具磨损的原因 (1) 擦伤磨损 （任何切削温度） (2) 粘结磨损 (3) 扩散磨损 （高速切削） (4) 氧化磨损 （高速切削）,四、刀具磨损与刀具寿命,2.刀具磨损的原因 (1) 擦伤磨损 (2) 粘结磨损 (3) 扩散磨损 (4) 氧化磨损,图3-37 切削温度对磨损影响的示意图 擦伤磨损 粘结磨损 扩散磨损 氧化磨损,四、刀具磨损与刀具寿命,3.刀具磨损过程及磨钝标准 (1)刀具的磨损过程,图3-
12、38 硬质合金车刀的典型磨损曲线 YD05-30CrMnSiA；go=4，ao=8，kr=45，ls=-4；vc=150m/min，f=0.2mm.r，asp=0.5mm,四、刀具磨损与刀具寿命,3.刀具磨损过程及磨钝标准 (2)刀具的磨钝标准 刀具允许达到的最大的磨损量，称为“磨钝标准”。 对于一般刀具，常以后面磨损带高度VB的允许极限值作为磨钝标准，定尺寸刀具和自动化生产中的精加工刀具，常以径向磨损量NB的允许值作为磨钝标准。,四、刀具磨损与刀具寿命,3.刀具磨损过程及磨钝标准 (2)刀具的磨钝标准,图3-39 车刀的径向磨损,（2）刀具的磨钝标准,1） 精加工 VB0.1 mm0.3mm
13、； 粗加工 VB0.6 mm0.8mm。 2）工艺系统刚性较差时，应规定较小的磨钝标准； 3） 粗车钢件，特别是粗车合金钢和高温合金时，磨钝标准要比粗车铸铁时取得小些。 4） 加工同一种工件材料时，硬质合金刀具的磨钝标准要比高速钢刀具取得小些。,四、刀具磨损与刀具寿命,4.刀具寿命 (1) 定义 刃磨或换刃后的刀具，自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间，称为刀具寿命，符号用T，单位用min或s。,四、刀具磨损与刀具寿命,4.刀具寿命 (2) 刀具寿命与切削用量的关系,式中，Cv、CT是与切削条件有关的常数；m、n、p为指数其值为：,四、刀具磨损与刀具寿命,4.刀具寿命 (2) 刀具寿
14、命与切削用量的关系,例如，当用硬质合金车刀车削sb=0.65GPa的中碳钢时，切削用量与刀具寿命的关系为：,四、刀具磨损与刀具寿命,4.刀具寿命 (2) 刀具寿命与切削用量的关系 切削用量对刀具寿命T的影响程度与切削用量对切削温度的影响程度是一致的，切削速度对刀具寿命的影响最大，其次是进给量，背吃刀量的影响很小。,四、刀具磨损与刀具寿命,4.刀具寿命 (2) 刀具寿命与切削用量的关系 制订工艺规程时，如果既要保证较长的刀具寿命，又要追求较高的切削效益，那么，确定切削用量就应该遵循下列原则：采用尽可能大的背吃刀量，采用能满足已加工表面粗糙度要求的尽可能大的进给量，再根据所确定的刀具寿命值，按切削用量与刀具寿命的关系公式计算切削速度。,
