《工业生产技术基础 教学课件 ppt 作者 刘群山 等主编 第九章 金属切削加工基本知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业生产技术基础 教学课件 ppt 作者 刘群山 等主编 第九章 金属切削加工基本知识（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、工业生产技术基础,第九章 金属切削加工基本知识,第一节 金属切削加工的运动要素 第二节 刀具材料和角度 第三节 金属的切削过程 第四节 技术经济分析,第一节 金属切削加工的运动要素,一、切削运动 二、运动要素,一、切削运动,1.主运动 2.进给运动,1.主运动,在切削过程中，运动速度最高、消耗动力最大，并且为切除切屑的最基本的运动，就是主运动。例如，车削时工件的旋转运动；刨削时刀具(牛头刨)或工件(龙门刨)的直线往复运动；钻削、铣削和磨削时，钻头、铣刀和砂轮的旋转运动等都是切削运动中的主运动。,2.进给运动,在切削过程中，为了使新的金属层连续投入切削，从而切出工件全部加工表面所需要的运动，称为
2、进给运动。例如，车削时车刀沿纵向、横向的直线走刀运动；钻削时钻头的轴向移动；铣削时工件随工作台的直线运动等。 在切削过程中，只能有一个主运动，但进给运动可以不止一个。主运动可以是旋转运动，也可以是直线运动。主运动和进给运动可以同时进行，也可以交替进行。,二、运动要素,1.切削用量三要素 2.切削层参数,1.切削用量三要素,(1)切削速度v 在单位时间内，工件和刀具沿主运动方向相对移动的距离，称为切削速度。 (2)进给量f 在主运动的一个循环(或单位时间)内，工件与刀具间沿进刀方向相对运动的距离。 (3)背吃刀量(切削深度)ap 切削深度是待加工表面和已加工表面间的垂直距离，单位是mm。,1.切
3、削用量三要素,图9-1 车外圆的切削要素,2.切削层参数,(1)切削厚度ac 垂直于加工表面度量的切削层尺寸，称为切削厚度。 (2)切削宽度aw 即沿着加工表面度量的切削层尺寸，称为切削宽度。 (3)切削面积Ac 是切削截面面积称为切削面积。,第二节 刀具材料和角度,一、刀具 二、刀具材料 三、刀具角度,一、刀具,在切削加工中，影响加工效率的三个主要因素，是机床、刀具、工件。切削时，刀具的切削部分直接担负着切削工作。由于工件材料都具有一定的强度、硬度和塑性，且工件本身的几何形状、尺寸大小和表面粗糙度都有一定的要求，因此，要求刀具切削部分材料，必须具有一定的力学性能和工艺性能，才能胜任工作。,二
4、、刀具材料,1.刀具材料的性能 2.常用的刀具材料,1.刀具材料的性能,(1)较高的硬度 刀头材料(即切削部分的材料)的硬度，必须大于工件材料的硬度，否则就不能从工件表面切去切屑。 (2)足够的强度和韧性 为了使刀具在切削力、冲击载荷的振动作用下不致破坏，刀头材料必须具有足够的抗弯强度和冲击韧度。 (3)良好的耐磨性 (4)较高的耐热性 就是材料在高温条件下继续保持其硬度、耐磨性、强度和韧性的能力，也称热硬性。 (5)良好的导热性 要求刀具材料具有良好的传导热量的能力，以利于降低切削温度和提高刀具耐用度。,2.常用的刀具材料,表9-1 常用刀具材料的性能特征及适用范围,三、刀具角度,1.车刀的
5、切削部分 2.车刀切削部分的主要角度,1.车刀的切削部分,(1)前刀面 是切屑流出所经过的表面。 (2)主后刀面 是刀具与工件的加工表面相对着的表面。 (3)副后刀面 是刀具上与工件已加工表面相对着的表面。 (4)主刀刃 是前刀面与主后刀面的交线。 (5)副刀刃 是前刀面与副后刀面的交线。 (6)刀尖 是主刀刃与副刀刃的交点。,图9-2 车刀切削部分的组成,1.车刀的切削部分,2.车刀切削部分的主要角度,(1)辅助平面 为了确定切削部分的几何角度，需要引入几个辅助平面。 (2)车刀的主要角度 包括前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角等，如图9-4所示。,(1)辅助平面,图9-3 辅助平面,(2)
6、车刀的主要角度,图9-4 车刀的主要角度,(2)车刀的主要角度,图9-5 刃倾角对排屑的影响 a) 0 b) =0 c) 0,(2)车刀的主要角度,图9-6 切断刀安装高 度对前后角影响 a)主刀刃高于轴心h b)主刀刃低于轴心h,第三节 金属的切削过程,一、切屑的形成过程及切屑的种类 二、积屑瘤 三、切削力和切削功率 四、切削热和切削温度 五、刀具磨损,一、切屑的形成过程及切屑的种类,1.切削形成过程 2.切屑的种类,1.切削形成过程,图9-7 切屑的形成 a)弹性变形 b)塑性变形 c)挤裂,2.切屑的种类,(1)带状切屑 当用大前角的刀具、较高的切削速度和较小的进给量切削塑性材料时，则容
7、易得到带状切屑如图9-8a所示。 (2)节状切屑 当采用较低的切削速度和较大的进给量进行粗加工中等硬度的钢材时，容易得到节状切屑，如图9-8b所示。 (3)崩碎切屑 在切削铸铁、铸造黄铜等脆性材料时，切削层金属发生弹性变形以后，一般不经过塑性变形就突然崩碎，形成不规则的碎块切屑片，即为崩碎切屑如图9-8c所示。,2.切屑的种类,图9-8 切屑的种类 a)带状切屑 b)节状切屑 c)崩碎切屑,二、积屑瘤,1.积屑瘤的形成 2.切屑瘤对切削过程的影响 3.积屑瘤的控制,二、积屑瘤,图9-9 积屑瘤,1.积屑瘤的形成,一般认为，积屑瘤是由于切屑和前刀面在切削过程中剧烈的摩擦而形成的。切屑沿前刀面流出
8、时，在一定的温度和压力作用下，靠近刀刃附近的切屑底层金属与前刀面发生强烈的摩擦，与前刀面接触的切屑底层受到很大的摩擦阻力，促使切屑底层的金属流动速度减慢，甚至接近于零。这层流速减慢的金属称滞流层。当摩擦阻力超过切屑本身的分子结合力时，滞留层金属与切屑分离，粘结在前刀面刃上而形成积屑瘤。,2.切屑瘤对切削过程的影响,切屑瘤在形成过程中，由于金属剧烈变形而引起强化，因而使其硬度远大于被切金属。所以很高硬度的积屑瘤可以代替刀刃进行切削，起到保护刀刃的作用，减少刀具磨损。 此外，积屑瘤对工件已加工表面的质量有很大影响。因为有积屑瘤时，切屑形成的条件会发生变化，积屑瘤的存在增大了刀具的实际前角(图9-9
9、)，使切屑变形和切削力都减小。因此在粗加工时，切削力很大，这时产生切屑瘤对切削有一定好处，使切削轻快。但在精加工时，则应尽量避免积屑瘤的产生。因为它不仅使已加工表面的粗糙度数值增加，而且会改变切削刀具的角度，引起机床部件和刀具的振动等。,3.积屑瘤的控制,图9-10 切削速度对积屑瘤的影响,三、切削力和切削功率,1.切削力 2.影响切削力的主要因素 3.切削功率,1.切削力,(1)切削力的产生 一是被切金属层和工件过渡表面金属层因弹性变形和塑性变形所产生的变形抗力；二是刀具与切屑工件之间的摩擦力。 (2)总切削力的分解 切削力是一个空间力，为了便于测量、计算、研究它，以车削外圆为例，可将其分解
10、为三个相互垂直的分力，如图9-11所示。,(1)切削力的产生,图9-11 车削时的合力与分力 a)分力与刀具角度 b)切削力的分解,1)主切削力Fz。它垂直于基面，与切削速度v的方向一致，又叫切向力。它比其他两个分力要大的多，消耗的功率也最多(95%以上)，故称其为主切削力。它是计算刀具强度、设计机床零件、确定机床功率的主要依据。 在实际操作中，如果主切削力过大，则会出现刀具崩刃或使机床“闷车”现象。 在实际应用中，Fz多是用测力仪实际测得。 2)进给力Fx。它作用在机床的进刀机构上，其方向与进给方向平行，也称进给抗力。车削外圆时，Fx在工件的轴线方向上，又称轴向力。Fx一般只消耗总功率的1%
11、5%，是设计或验算进给机构强度的主要依据。 3)背向力Fy。其方向与吃刀(切深)方向相反，也称吃刀力。,(2)总切削力的分解,(2)总切削力的分解,图9-12 背向力对工件的影响 a)工件在双顶尖装夹时 b)工件在卡盘装夹时,2.影响切削力的主要因素,(1)工件材料的影响 当工件材料的强度和硬度较高时，则切削力就较大；反之，切削力就小。 (2)刀具角度的影响 当前角o增大时，切屑流出容易，变形减少，切削力就降低；当主偏角r增加，刀尖圆弧半径r减小，切削力降低，同时Fy下降，Fx增加；反之，当主偏角r减少时，Fy就增大，Fx就降低，若工件刚性不好，就会使工件的尺寸和形状发生变化，这是主偏角对Fx
12、与Fy力的分配比例的影响。 (3)切削用量的影响 其中背吃刀量(切削深度)ap影响最大。,3.切削功率,切削功率Pm应是三个切削分力消耗功率的总和。但在车削外圆时，Fy所消耗的功率等于零。Fx力所消耗的功率很小，可忽略不计。因此，切削功率Pm可按下列公式计算： Pm=Fzv10-3 式中 Pm功率(kW)； Fz主切削力(N)； v切削速度(m/s)。,四、切削热和切削温度,1.切削热的产生和传出 2.切削温度及其影响因素 3.切削液,1.切削热的产生和传出,切削热的产生主要来自三个方面：是被加工工件材料的弹性变形和塑性变形所产生的热；是切屑与前刀面的摩擦所产生的热；是后刀面与已加工表面之间的
13、摩擦所产生的热。这些变形和摩擦所产生的热如图9-13所示，即称之为切削热。,1.切削热的产生和传出,图9-13 切削热的产生与传散,2.切削温度及其影响因素,(1)工件材料的影响 工件材料的强度、硬度越高，切削中消耗的功越大，所产生的切削热越多，切削温度也就越高。 (2)切削用量的影响 切削速度v增加，消耗的功率增加，热量也明显增加。 (3)刀具角度的影响 前角o增大，切削层金属的塑性变形和硬化程度显著减小，同样也相应地减小了切屑与前面刀的摩擦，因而所产生的热量减小。,3.切削液,(1)切削油 主要是矿物油，少数采用动植物油或复合油。 (2)乳化液 它是将乳化油稀释而成，成为乳白色的或半透明状
14、的乳化液。 (3)水溶液 主要成分是水，水的热导率和比热容都比油大得多，流动性又好，可以吸收大量的热。,五、刀具磨损,1.刀具的磨损形式 2.刀具的磨损过程,1.刀具的磨损形式,(1)后刀面磨损 指磨损的部位主要发生在后刀面。 (2)前刀面磨损 指磨损的部位主要发生在前刀面。 (3)前后刀面同时磨损 指前刀面和后刀面的同时发生磨损如图9-14c所示。,1.刀具的磨损形式,图9-14 刀具磨损形式 a)后刀面磨损 b)前刀面磨损 c)前后刀面同时磨损,图9-15 刀具磨损过程示意图,2.刀具的磨损过程,第四节 技术经济分析,一、工件材料的切削加工性 二、生产率 三、提高生产率的途径,一、工件材料
15、的切削加工性,表9-2 材料的相对切削加工性分级,二、生产率,在切削加工中，单位时间内所生产的零件数目，即生产率Q为： Q=1/td 式中 Q切削加工生产率(件/s)； td生产一个零件所需要的总时间(s)。 在机床上加工一个零件，所用的总时间包括以下三个部分： td=tj+tf+tQ,二、生产率,式中 tj基本工艺时间，即加工一个零件所需的总切削时间(s)； tf辅助时间，为了维持切削加工所消耗到各种辅助操作上的时间(s)； tQ其他时间，如清扫切屑等(s)。 所以Q=1td=1tj+tf+tQ 从上式可知，若提高生产率，必须设法减少tj、tf和tQ，以减少辅助时间和其他时间。,三、提高生产率的途径,(1)粗加工时要尽可能达到较高的生产率 影响刀具寿命最显著的是切削速度，其次是进给量，而背吃刀量影响最小。 (2)精车时主要目的是应获得所需要的加工精度和表面粗糙度 为了抑制积屑瘤的产生，进而保证工件的表面质量，硬质合金刀具一般多采用较高的切削速度，而高速钢刀具则大多采用较低的切削速度。,
