切削基本规律的应用

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1、第四章切削基本规律的应用,机械工程系 秦春霞,第四章切削基本规律的应用,应用性课题： 断屑 切削液 材料加工性 表面粗糙度 刀具几何参数及切削用量,第四章 切削基本规律的应用,本章主要介绍切削基本规律在生产中的应用。深入了解与掌握本章内容为分析解决切削加工中一些实际问题，打下初步基础。 本章内容例举的实际问题有：断屑、切削冷却、材料切削加工性、表面粗糙度等。 本章重点是，在掌握切削规律的成因，作用及切削因素对它们影响基础上，根据切削中产生的实际问题，在达到切削加工技术要求的条件下进行切削用量参数、刀具几何参数的合理选择。 此外，对于目前切削加工中的一些新技术作了简单介绍。,第四章切削基本规律的

2、应用,第一节 断屑 第二节 工件材料切削加工性 第三节 切削液 第四节 已加工表面粗糙度 第五节 刀具几何参数选择 第六节 切削用量选择 第七节 切削新技术简介,第一节 断屑,切削塑性材料 带状切屑 断屑 一、断屑原因与屑形 断屑原因： 1）切屑在流出过程中受阻碍物相碰，使切屑弯曲后产生的弯曲应力超过材料强度极限而折断。 2）切屑流出过程中靠自身重量而甩断。 理想屑形： “ C ”、“ 6 ”、 50mm左右长的“螺旋状”切屑,图 4-1 呈带状流出的切屑,第一节 断屑,图 4-2 切屑受撞击折断的几种形式 a）切屑与工件待加工表面撞击 b）切屑与工件切削表面撞击 c）切屑与车刀后面撞击 d）

3、切屑卷曲流出后甩断,第一节 断屑,二、断屑措施 1、磨制断屑槽 前面上磨制断屑台,图 4-3 断屑槽断屑及其参数,结论:切屑厚度hch大， 小，切屑较易折断 即： 增大， 减小,第一节 断屑,断屑槽形式 折线型 直线圆弧型 全圆弧型,适用于加工碳钢、合金钢、工具钢和不锈钢,槽底前角大，适用于加工塑性高的金属材料和重型刀具，例：龙门刨床刨刀,图 4-4 断屑槽形式 a）折线型 b）直线圆弧型 c）全圆弧型,第一节 断屑,影响断屑效果的主要参数是： 槽宽 、 槽深 槽宽大小要保证一定厚度的切屑在流出时碰到断屑台， 如若进给量f大，切削厚度hch大，切屑不易卷曲，则应使槽宽相应增大。 所以根据进给量

4、f、背吃刀量ap来确定槽宽。见表4-1P47,第一节 断屑,2、可转位刀片的断屑范围P47 图4-5、4-6 3、改变刀具角度,图4-5 国产刀片断屑槽的断屑切削用量范围,图 4-6 Sandvik 刀片断屑槽的断屑切削用量范围,第一节 断屑,3、改变刀具角度 主偏角Kr增大，切削厚度增大，受外力作用后变形剧烈易折断，选取较大的主偏角，Kr=6090。 刃倾角 正、负及其大小改变切屑的流向及屑形,- ，切屑碰撞待加工表面形成“C”形、“6”形屑；,+ ，切屑碰撞后面形成“C”形屑或甩断形成段螺旋切屑。,图 4-7 刃倾角s对断屑影响 a）s0,第二节 工件材料切削加工性,概念： 工件材料切削加

5、工性是指工件材料被切削的难易程度。 其难易程度，一般与材料的化学成份，热处理状态金相组织物理力学性能以及切削条件有关。,第二节 工件材料切削加工性,一、难加工材料切削加工性特点 化学成份: 碳化物、氧化物、氮化物 热处理状态： 淬火 金相组织： 奥氏体、马氏体及铁素体 物理力学性能：高硬度、强度、塑性、热导率低 切削条件： 存在硬质点、断屑困难 以上均可能使切削困难，材料加工性差，例如出现切削力大、切削温度高、刀具磨损及破损严重、刀具寿命低，并不易获得低的表面粗糙度和搞得加工精度等。,第二节 工件材料切削加工性,二、切削加工性指标 1、加工材料性能指标：物理、化学、力学性能 硬度、抗拉强度、伸

6、长率、冲击韧度、热导率 正火45钢： 43224 较易切削 奥氏体不锈钢：52698 高锰钢： 45998,第二节 工件材料切削加工性,2、相对加工性指标 以45钢T=60min为例： 当Kr1时，说明该材料比45钢难切削；切削加工性好； 当Kr1时，该材料比45钢难切削，切削加工性能差。,第二节 工件材料切削加工性,三、改善材料切削加工性途径 1、进行适当热处理 塑性大的材料如低碳钢，能过正火调质，可降低塑性，提高硬度，容易切削； 脆性材料如高碳钢，白口铸铁，经过退火处理，可以降低硬度，改善切削性能； 低碳钢根据泠作硬化，采用泠拔使塑性降低，提高硬度，改善其切削功工性；,第二节 工件材料切削

7、加工性,三、改善材料切削加工性途径 2、合理选用刀具材料P50 3、合理选择刀具几何参数bz 切削硬度高、硬化严重或带冲击性工件用的刀具： 提高强度： 则选择较小前角、主偏角、刃倾角、较大的刀尖圆弧半径和磨制刃口负倒棱,第二节 工件材料切削加工性,改善材料的化学成份。 1*在黄铜中加入1的铅，在钢中加入的铅。铅可以球状粒子存在于材料的金相组织中，切削时能起很好润滑作用，减少摩擦，使刀具耐用度和表面质量得提高。 2*在碳钢中加入Mn,Mn分布于珠光体中,起润滑作用,使刀具耐用度和切切削后的表面质量提高，增大脆性，切屑易断。,第三节 切削液,在金属切削中，正确选用切削液，对降低切削温度和切削力，减

8、小刀具磨损，提高刀具耐用度，改善表面质量，提高生产率，都有非常重要的作用。 一、切削液的作用 1冷却作用 2、润滑作用 定义-润滑作用是指切削液具有减少前刀面，后刀面与已加工表面间摩擦的能力。,第三节 切削液,机理利用渗透作用 摩擦分类：干摩擦、流体润滑摩擦、边界摩擦 若加入切削液条件理想，则运动着的金属表面间，有时被连续的润滑油膜完全隔开，即流体润滑摩擦， 又由于载荷增大，油膜局部被破坏，两金表面间发生局部接触，即边界润滑摩擦，切削过程中的润滑大都属于边界润滑。 泵吸原理，速度越高润滑越差,第三节 切削液,3清洗与排屑作用 清洗作用是切削液粘结附在机床，夹具，刀具上的细碎切屑和糜料细粉洁除，

9、以减小刀具磨损，防止划伤已民加工表面和机床导轨，清洗性能的好坏，取决于切削液的油性，流动性和使用压力。,第三节 切削液,4、防绣作用 是为保护工件，机床刀具不周围介质（空气等）的影响腐蚀。防绣作用的强弱，取决于切削液本身和添加剂的作用。,第三节 切削液,二、切削液的和类与选用 金属切削时使用的切削液分为水基、油基切削液： 水基： 水溶液，乳化液，合成切削液。 1）水溶液 水溶液主要成分是软水，加入防锈，电介水溶液，主要用于磨削、粗车；表面活性水溶液，用于精车、精铰。 2）乳化液 乳化液具有良好的泠却作用，若再加入一定比例的油性剂和防锈剂，则可成为即能润滑又可防锈的乳化剂。,第三节 切削液,油基

10、切削液：切削油、极压切削油 1、切削油 切削油的主要成分有矿物油、动物油、复合油，矿物油性差。不能形成牢固的吸附膜，润滑能力差，在低速时，可加入油性剂。在高速或重切削时可再加入极压添砖加剂。 2、极压切削油,复 习,理想屑形 断屑措施 磨制断屑槽（参数） 改变刀具角度 工件材料切削加工性 切削液的作用,第四节 已加工表面粗糙度,已加工表面质量包括零件表面的: 微观几何形状、 表面层材质的变化两个方面， 一般以表面粗糙度、表面层加工硬化及表面层残余应力来衡量。 表面质量对零件的使用性能有着很大的影响,第四节 已加工表面粗糙度,1表面粗糙度对耐磨性的影响 由于两相互摩擦零件配合时，不是全部表面接触

11、，只是一些凸峰相接触，其实际接触面小，导致单位面积上压力增大，磨损加快，这些凸峰很快压扁磨平，使零件从而失去了原有的精度。 表面粗糙度并不是越小越好，若表面粗糙度太小，不利于润滑油储存，致使接面形成干摩擦。在一定条件下，摩擦表面有一个最佳表面粗糙度值，一般为0.40.8m。,第四节 已加工表面粗糙度,2表面粗糙度对零件疲劳强度的影响 零件表面越粗糙，在交变载荷的作用下容易引起应力集中。其应力超过疲劳极限，就会产生疲劳裂纹。 3表面粗糙度对耐腐蚀性的影响 表面粗糙度值大，腐蚀物质易积于坑凹中腐蚀金属表面，降低工件的表面质量。,第四节 已加工表面粗糙度,4表面粗糙度对配合性质的影响 表面粗糙度太粗

12、，对于间隙配合的表面，会因峰尖在工作过程中很快磨掉而使问隙增大，降低配合精度； 对于过盈配合，则因装配时表面的峰顶被挤平，使有效实际过盈量减小，同样降低配合的连接强度。,第四节 已加工表面粗糙度,5加工硬化的影响 加工硬化在某些情况下可提高工件的耐磨性和疲劳强度，但常伴随大量细微裂纹出现，降低抗冲击能力。 另外，加工硬化也能使后道工序切削加工困难，使刀具磨损严重。,第四节 已加工表面粗糙度,6残余应力的影响 残余应力的存在使工件逐渐变形，影响工件形状、尺寸精度。另外，残余应力易使零件产生裂纹而降低耐磨性、疲劳强度和耐腐蚀性。 实践证明： 许多零件的报废往往起源于零件的表面缺陷。,第四节 已加工

13、表面粗糙度,已加工表面粗糙度 概念：表面粗糙度是一种微观几何形状误差，又称微观不平度。表面粗糙度是以已加工表面微观不平度来衡量。,第四节 已加工表面粗糙度,一、影响表面粗糙度的因素 1残留面积 由于刀具上有主偏角Kr和副偏角kr，使工件的被切削层材料不能完全被切除，而在工件已加工表面上形成间距等于进给量f的螺旋状条纹。残留面积高度愈大，表面光洁度愈差。,图 4-8 已加工表面上理论粗糙度 a）r=0 b）r0,第四节 已加工表面粗糙度,残留面积是形成表面粗糙度的主要组成部分，残留面积亦称为理论粗糙度，常用它的高度Rmax表示。 图4-8a中由 形成残留面积高度Rmax,第四节 已加工表面粗糙度

14、,图4-8b中由 0形成残留面积高度Rmax,残留面积高度，随着进给量f的减小及主、副偏角的减小或刀尖圆弧半径的增大而减小。,第四节 已加工表面粗糙度,2、积屑瘤的影响 bz 不利方面： A、其增大背吃刀量，造成过切现象，而影响加工的尺寸精度； B、高低不平，会在工件表面造成犁沟现象，影响表面粗糙度； C、脱落的碎片会粘附或嵌入工作表面上，而影响表面加工质量。（精加工必须抑制积屑瘤）,图4-9 积削瘤对表面粗糙度影响（32x） a)积削瘤掉落时的照片 b）积削瘤影响表面粗糙度,第四节 已加工表面粗糙度,3鳞刺的影响 鳞刺是在已加工表面的速度方向上残留着突出的鳞片状毛刺，它是经常产生在对塑性材料

15、的车、拉、攻丝和滚齿等加工中。 鳞刺是在使用中、低速及较大进给量，并在严重摩擦和挤压条件下切削使切削层导裂而形成的，由于鳞刺的影响促使已加工表面更为粗糙不平。,图 4-10 在已加工表面上突出的鳞刺,第四节 已加工表面粗糙度,4刀具磨损的影响 刀具的后角过小或后面出现严重磨损，使刀具后面与加工表面间产生挤压和摩擦，形成了理论粗糙度高度被挤平和划伤。,图 4-11 刀具后面磨损对已加工表面粗糙度的影响,第四节 已加工表面粗糙度,5、刀具刃磨质量的影响 刀具刃磨或使用不当，使刀尖和刀刃上产生微小崩刃和缺口等，切削时这些细微缺陷会复映在已加工表面上形成明显的划痕。 6振动的影响 切削过程中发生振动表面变得粗糙，降低了表面质量，严重时会影响机床精度和损坏刀具。,图 4-12 在已加工表面上复映的划痕及振纹 a）复映刻痕 b）振纹,第四节 已加工表面粗糙度,二、减小已加工表面粗糙度值的措施 1工件材料 工件材料的塑性愈大，愈易生成积屑瘤、鳞刺，已加工表面粗糙度也愈大。生产中可通过对工件材料进行热处理改善切削加工性能。 如：对低碳钢、低碳合金钢加工前进行调质处理以降低塑性，从而减小已加工表面粗糙度。,第四节 已加工表面粗糙度,2切削用量 (1)切削速度（重要因素） 切削塑性材料时，在中、低速情