《第三章-金属切削过程及其控制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章-金属切削过程及其控制（120页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机械电子学院 主讲：尹明富,第三章 金属切削过程及其控制 Metal Cutting Process and Control,本章提要,概述 金属切削加工的基本概念 金属切削加工用的刀具 金属切削过程中的变形 金属切削过程中切屑的类型及控制 金属切削过程中的切削力和切削效率 金属切削过程中的切削热和切削温度 刀具磨损和刀具寿命 工件材料的切削加工性 切削条件的合理选择 磨削过程与磨削机理,3.1 概述,切削刀具,工件,切削力 切削热 切削变形 切屑 切削瘤,刀具结构 刀具材料 刀具磨损,工件 切削加工性,3.2 金属切削加工的基本概念 Base Concept for Metal Cuttin
2、g,3.2 金属切削加工的基本概念,切削加工： 切削加工是利用刀具切去工件毛坯上多余的加工余量，获得具有一定的尺寸、形状、位置精度和表面质量的机械加工方法。 切削运动： 刀具与工件之间的相对运动，即表面成形运动，分为主运动和进给运动。,主运动： 使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动。主运动速度最高，消耗功率最大，且只有一个 。 进给运动： 不断把被切削层材料投入到切削过程中，以便形成全部已加工表面的运动。,3.2 金属切削加工的基本概念,加工表面：,3.2 金属切削加工的基本概念,切削用量： 切削速度vc 、进给量f 、背吃刀量ap（切削深度）,3.2 金属切削加工的基本概念,切削层
3、参数： 切削层公称厚度、切削层公称宽度、切削层公称横截面积,3.3 金属切削加工用的刀具 Cutter for Metal Cutting,3.3 金属切削用的刀具 刀具结构,刀具切削部分组成： 三面 两刃 一尖,刀体,前刀面,刀头,刀尖,主后刀面,副后刀面,副切削刃,主切削刃,3.3 金属切削用的刀具 确定刀具角度的参考平面,正交平面参考系： 基面 切削平面 正交平面,基面,切削平面,正交平面,3.3 金属切削用的刀具 刀具标注角度,刀具标注角度： 前角 后角 主偏角 副偏角 刃倾角,前角,后角,正交平面,基平面,主偏角,副偏角,切削平面,刃倾角,3.3 金属切削用的刀具 刀具工作角度,产生
4、原因 在实际的切削加工中，切削平面、基面和正交平面位置会发生变化。 定义 以切削过程中实际的切削平面、基面和正交平面为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度，又称实际角度。 影响 刀具安装位置对工作角度的影响、进给运动对工作角度的影响。,3.3 金属切削用的刀具 刀具工作角度,进给运动对工作角度影响,横向运动,纵向运动,前角增大 后角减小,3.3 金属切削用的刀具 刀具工作角度,安装位置对工作角度影响,前角增大 后角减小,前角减小 后角增大,3.3 金属切削用的刀具 刀具工作角度,安装位置对工作角度影响,刀杆中心线与进给方向不垂直,主偏角增大 副偏角减小,主偏角减小 副偏角增大,3.3 金
5、属切削用的刀具 常用刀具,刀具分类 按功能： 车、铣、刨、钻、拉、铰等 按切削刃多少： 单刃、多刃 按标准化程度： 标准、非标准 按尺寸规格： 定尺寸、非定尺寸 按刀具组成形式： 整体式、装配式,3.3 金属切削用的刀具 车刀,1切断刀；2左偏刀；3右偏刀；4弯头车刀；5直头车刀；6成形车刀；7宽刃精车刀；8外螺纹车刀；9端面车刀；10内螺纹车刀；11内槽车刀；12通孔车刀；13盲孔车刀,按功能分：,3.3 金属切削用的刀具 车刀,按结构分：,成形车刀,3.3 金属切削用的刀具 孔加工工具,常用的钻孔刀具： 麻花钻、中心钻、扁钻和深孔钻，其中最常用的是麻花钻。 根据制造麻花钻的材料不同，可分为
6、碳素钢麻花钻、高速钢麻花钻和硬质合金麻花钻等，由于碳素钢麻花钻的切削性能较差，现在基本上不再使用。,3.3 金属切削用的刀具 高速钢麻花钻,3.3 金属切削用的刀具 高速钢麻花钻,前角变化大； 排屑不畅； 横刃的切削条件差； 散热条件差 主、副切削刃磨损剧 顶角、后角和横刃不能够或很难分别控制 孔表面粗糙度大,存在问题,3.3 金属切削用的刀具 高速钢麻花钻,解决方法群钻,三尖七刃锐当先, 月牙弧槽分两边, 一侧外刃开屑槽, 横刃磨得低窄尖.,3.3 金属切削用的刀具 中心钻,3.3 金属切削用的刀具 深孔钻,3.3 金属切削用的刀具 扩孔钻,3.3 金属切削用的刀具 铰刀,3.3 金属切削用
7、的刀具 镗刀,3.3 金属切削用的刀具 铣刀,3.3 金属切削用的刀具 拉刀,3.3 金属切削用的刀具 螺纹刀具,螺纹加工,螺纹车刀 螺纹梳刀 板牙 丝锥 螺纹铣刀 螺纹滚压工具,3.3 金属切削用的刀具 齿轮刀具,齿轮加工,成形齿轮铣刀 齿轮滚刀 插齿刀 剃齿刀,3.3 金属切削用的刀具 常用刀具材料,刀具材料应具备的性能,高硬度: 比工件高, HRC60,高耐磨性: 决定其耐用度,足够的强度和韧性: 不崩刃, 不断,高的耐热性(热稳定性): 高温时可以加工,良好的热物理性能和耐热冲击性能：保护刀具,良好的工艺性能: 刀具制造成本低,3.3 金属切削用的刀具 磨料与磨具,磨料 磨料是砂轮的主
8、要成分，直接担负切削工作。磨料应该具有高硬度、高耐热性和一定的韧性，在磨削过程中受力破碎后还要能形成锋利的几何形状。常用的磨料有氧化物系、碳化物系和超硬磨料系三类 .,3.3 金属切削用的刀具 磨料与磨具,3.3 金属切削用的刀具 磨料与磨具,粒度 表示磨料颗粒的尺寸大小，分为磨粒（直径大于40m）和微粉（直径小于40m）。,3.3 金属切削用的刀具 磨料与磨具,结合剂 将磨粒黏结在一起，形成具有一定形状和强度的砂轮。,3.3 金属切削用的刀具 磨料与磨具,硬度 磨粒在磨削力作用下，从砂轮表面上脱落的难易程度。,软,软,软,中,软,中,软,中,中,中,硬,中,硬,中,硬,硬,硬,3.3 金属切
9、削用的刀具 磨料与磨具,组织 砂轮的组织是指磨料、结合剂、气孔三者之间的比例关系。磨料在砂轮体积中所占的比例越大，组织越紧密；反之，则组织越疏松。砂轮的组织分为紧密（组织号03）、中等（组织号47）和疏松（组织号812）三个类别。,3.3 金属切削用的刀具 磨料与磨具,砂轮形状,3.3 金属切削用的刀具 磨料与磨具,砂轮形状,3.4 金属切削加工过程中的变形 Distortion of metal Cutting Process,3.4 金属切削过程中的变形,金属切削过程中，刀具从工件上切下多余金属，形成切屑和已加工表面，产生切削力、切削热、刀具磨损、积屑瘤等现象，这些现象的成因、作用及变化规
10、律都是以切削过程为基础的。研究金属切削过程对于保证加工质量、提高生产效率、降低生产成本具有十分重要的意义。,3.4 金属切削过程中的变形,切削过程中的三个变形区,3.4 金属切削过程中的变形,第一变形区的金属滑移,3.4 金属切削过程中的变形,切屑形成过程,3.4 金属切削过程中的变形 切屑的受力分析,Fc=F cos(o)= Fp=F sin(o)=,3.4 金属切削过程中的变形 切屑的变形程度,三种表示方法：变形系数、相对滑移和剪切角,厚度变形系数和长度变形系数,=,3.4 金属切削过程中的变形 切屑的变形程度,三种表示方法：变形系数、相对滑移和剪切角,相对滑移,=cot+tan(o),3
11、.4 金属切削过程中的变形 切屑的变形程度,三种表示方法：变形系数、相对滑移和剪切角,剪切角, + o =,与前角关系？,3.4 金属切削过程中的变形 影响切屑变形因素,工件材料 刀具前角 切削速度 切削层公称厚度,3.4 金属切削过程中的变形 积屑瘤的形成,积屑瘤定义： 在切速不高，而且又能连续切削的情况下，加工一般的钢料或其它塑性材料时，在刀具的前刀面常常粘结一块硬度很高的呈三角形的硬块，这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤或刀瘤。 产生原因： 切屑与刀具前刀面在一定的压力和温度下，由于内外摩擦的作用，使切屑聚积在刀具的前刀面，发生加工硬化，形成了比工件材料硬度高的一个硬块，粘在刀具前刀面。
12、,3.4 金属切削过程中的变形 积屑瘤的形成,积屑瘤形成的相关因素： 工件材料的性质 切削区的温度和压力 切削速度,3.4 金属切削过程中的变形 积屑瘤的形成,积屑瘤对切削过程的影响： 实际切削前角增大：切削力小了，变得轻快； 切厚增大：； 表面粗糙度加大； 影响刀具使用寿命。 防止积屑瘤产生的办法： 避开中速切削加工； 采用润滑性能好的切削液； 增大刀具前角，减小接触面积和接触力； 适当增加工件硬度，减小加工硬化现象的产生。,3.5 金属切削过程中切屑的类型及控制 Chip Type and Control of Metal Cutting Process,3.5 金属切削过程中切屑的类型及
13、控制,切屑类型：带状、节状（挤裂）、粒状（单元）、崩碎,3.5 金属切削过程中切屑的类型及控制,切屑的控制：控制流向和断屑,刃倾角对切屑流向的控制,3.5 金属切削过程中切屑的类型及控制,断屑： 切屑经第、第变形区的剧烈变形后，硬度增加，塑性下降，性能变脆。在切屑排出过程中，当碰到刀具后刀面、工件上过渡表面或待加工表面等障碍时，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。研究表明，工件材料脆性越大（断裂应变值小）、切屑厚度越大、切屑卷曲半径越小，切屑就越容易折断。可采取以下措施对切屑实施控制。 断屑槽、调整切削用量、其它方法等。,3.5 金属切削过程中切屑的类型及控制,断屑槽,断
14、屑槽截面形状,3.5 金属切削过程中切屑的类型及控制,调整切削用量 提高进给量 f 使切削厚度增大，在切屑受卷曲或碰撞时易折断，对断屑有利，但增大f会增大加工表面粗糙度。背吃刀量增大对断屑作用不大，只有当同时增大进给量时，才能有效断屑。降低切削速度，能使切屑变形较充分，对断屑有利。 其他断屑方法 在刀具前刀面上安装可调距离和角度的断屑挡块，能达到稳定断屑的目的。不足之处是减小了排屑空间。采用断续切削、摆动切削或振动切削能使切屑厚度变化，在切屑厚度较小处产生应力集中，从而达到断屑目的。在参与切削的较长切削刃（如钻头、圆柱铣刀、拉刀等）上开分屑槽，使切屑分段流出，便于排屑和容屑.,3.6 金属切削过程中切削力和切削功率 Cutting Force and Cutting Power of Metal Cutting Process,3.6 金属切削过程中的切削力和切削功率 切削力,切削力： 刀具与工件的相互作用会产生切削
