切削原理-第二章23

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1、2.2 切削力,切削力来源, 3个变形区产生的弹、塑性变形抗力 切屑、工件与刀具间摩擦力,切削力经验公式,（3-6）,式中 CFc , CFp , CFf 与工件、刀具材料有关系数； xFc , xFp , xFf 切削深度ap 对切削力影响指数； yFc , yFp , yFf 进给量 f 对切削力影响指数； KFc , KFp , KFf 考虑切削速度、刀具几何参数、刀具磨损等因素影响的修正系数。,（3-7）,式中 Fc 主切削力（N）； v 主运动速度（m/s）。,（3-8）,机床电机功率,式中 机床传动效率，通常= 0.750.85,（3-10）,（3-9）,指单位时间切除单位体积 V

2、0 材料所消耗的功率,2.2.4 影响切削力因素,工件材料,切削深度与切削力近似成正比； 进给量增加，切削力增加，但不成正比； 切削速度对切削力影响复杂（图3-16）,切削用量对切削力的影响,1.hD=fsinKr, fbD不变，hD 平均变形F有所增加 bD=ap/sinkr，ap hD不变， bD 切削刃上的切削负荷切削变形抗力摩擦力成正比的 应用此规律，相同的切削层横截面积上切削效率相同，若想提高生产率， f F PC如果消耗相同的机床功率，选更大的进给量可以切除更多的金属层材料。 2.VC的影响 45钢： 520m/min,Hb F 2035m/min, Hb F 35m/min,F

3、90m/min,F无明显变化 脆性材料，无明显影响。 实际生产中若材料和机床性能许可，采用高速切削生产率F,2.2.4 影响切削力因素, 前角0 ，若后角不变刀具易切削，切削变形小，F； 此外，前角0 ，剪切角 ，切削变形小，F；, 主偏角r hD 切削变形小，F，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（ r Fp，Ff）,当r 6090时，刀尖圆弧半径r在切削刃占切削宽度的比例，切屑流出时挤压F，r =75广泛应用,刀具几何角度影响,2.2.4 影响切削力因素,刀具几何角度影响, 与主偏角相似，刃倾角s对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（ s Fp，Ff） 刀尖圆弧半径 r，r 弧部长度

4、增大变形增大F.对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（ r Fp，Ff） ；因为r 切削刃上各点r 平均值 Fp，Ff, 刀具材料：与工件材料之间的亲和性和摩擦系数影响其间的摩擦，而影响切削力 ； 切削液：有润滑作用，使切削力降低 ； 后刀面磨损：使切削力增大，对吃刀抗力Fp的影响最为显著 ；,2.3切削热,切削热和切削温度是切削加工中发生的又一重要的物理现象。切削力所作的功大都转化为切削热，无切削液的情况下，大部分热量传给工件刀具切屑，整个工艺系统受热升温，发生变形，刀具磨损，研究切削热产生和传导规律，揭示影响切削温度的各种因素，对加工精度和刀具寿命具有实用意义。,2.3切削热,

5、切削热来源, 切削功和摩擦功：切削过程切削层金属弹塑形变形和切屑与前刀面摩擦及工件与后刀面摩擦所消耗功，绝大部分转变为切削热,切削热由切屑、工件、刀具和周围介质（切削液、空气)等传散出去, 主要来源 QA=QD+QFF+QFR （3-12）,式中，QD , QFF , QFR分别为切削层变形、前刀面摩擦、后刀面摩擦产生的热量,切削热传出,车削：50%80%切屑、10%40%车刀，3%9%工件，1%空气 钻削：28%切屑、14.5%刀具、52.5%工件、5%周围介质 磨削：4%磨屑、12%砂轮、84%工件,2.3.2 切削温度及分布,TJ University,切削温度分布, 切削温度一般是指切

6、屑与前刀面接触区域的平均温度。是切削热在刀具和工件上作用的结果。切削温度的高低决定于切削热产生的多少和传散的快慢。 切削塑性材料 前刀面靠近刀尖处温度最高。 切削脆性材料 后刀面靠近刀尖处温度最高。 由于剪切变形热和切屑连续摩擦热的作用，以及刀楔处热量集中不易散发所致。,2.3.3 影响切削温度的因素,切削用量的影响,式中 用自然热电偶法测出的前刀面接触区的平均温度(C)； C 与工件、刀具材料和其它切削参数有关的切削温度系数； Z、Y、X vc、f、ap 的指数。,经验公式,（3-12）,2.3.3 影响切削温度的因素,切削用量的影响,切削速度：vc一方面切削热来不及向切屑内部热传导，积聚在

7、切屑底层切削温度 另一方面，消耗功率切削温度 进给量：f单位时间金属切除量切削温度。 但没速度增加影响的明显，因为单位切削力和单位切削功率随f增加减小，所以切除单位金属产生的热量减少了；同时由于f增大导致切削变厚，切屑的热容量增大，由切屑带带走的热量增加，所以上升不明显。 背吃刀量：ap的影响最小，ap增加后虽然切削区产生的热量增加，但切削刃工作长度增加，散热条件改善，所以温升不明显。,切削用量对温度影响的顺序是：Vcfap 可见：为控制切削温度提高刀具耐用度，应优先选用大的ap、f,2.3.3 影响切削温度的因素,刀具几何参数的影响,前角o切削温度 o=1820后对温度影响小，楔角小散热体积

8、小 主偏角r r切削刃工作长度 散热好切削温度 负倒棱及刀尖圆弧半径 对切削温度影响很小,工件材料的影响,工件材料机械性能F 消耗功 产生的切削热 切削温度 工件材料导热性 切削温度,刀具磨损的影响 ：切削刃变钝变形增加，后刀面摩擦加剧，切削温度,冷却液的影响,2.3.3 切削温度的测量,自然热电偶法,工件和刀具材料不同，组成热电偶两极，切削时刀具与工件接触处的高温产生温差电势，通过电位差计测得切削区的平均温度。,利用红外辐射原理，借助热敏感元件，测量切削区温度。可测量切削区侧面温度场。, 用不同材料、相互绝缘金属丝作热电偶两极（图3-22）。, 可测量刀具或工件指定点温度，可测最高温度及温度

9、分布场。,2.4.3 切削液,1切削液的作用 （1）润滑作用 切削液能在刀具的前、后刀面与工件之间形成一层润滑薄膜，可减少或避免刀具与工件或切屑间的直接接触，减轻摩擦和黏结程度，因而可以减轻刀具的磨损，提高工件表面的加工质量。 切屑工件与刀具界面承受载荷压力很高，油膜大部分被破坏，造成部分金属直接接触，由于润滑液的渗透和吸附作用，部分接触面存在润滑液的吸附膜，起到降低摩擦系数的作用，这种状态即为边界润滑，金属切削时大都属于边界润滑。 切削速度对切削液的润滑效果影响最大，一般速度越高，切削液的润滑效果越低。 切削厚度越大，材料强度越高，润滑效果越差。,（2）冷却作用,流出切削区的切削液带走大量的

10、热量，从而降低工件与刀具的温度，提高刀具耐用度，减少热变形，提高加工精度。不过切削液对刀具与切屑界面的影响不大，试验表明，切削液只能缩小刀具与切屑界面的高温区域，并不能降低最高温度，一般的浇注方法主要冷却切屑。切削液如喷注到刀具副后面处，将对刀具和工件的冷却效果更好。 切削液的冷却性能取决于它的导热系数、比热容、汽化热、气化速度及流量、流速等。 切削液自身温度对冷却效果影响很大。,（3）清洗作用,在车、铣、磨削、钻等加工时，常浇注和喷射切削液来清洗机床上的切屑和杂物，并将切屑和杂物带走。,（4）防锈作用,一些切削液中加入了防锈添加剂，它能与金属表面起化学反应而生成一层保护膜，从而起到防锈的作用

11、。 除了以上作用，切削液还应当价廉配制方便，稳定性好，不污染环境，不影响人体健康。,切削液的种类,切削液可分为水溶性和非水溶性两大类，其中水溶性切削液有水溶液、乳化液；非水溶性切削液有切削油。 、切削油 、乳化液 、水溶液,、切削油,切削油分为两类： A、以矿物油（机油、轻柴油、煤油）、动植物油（豆油、菜油、蓖麻油、棉子油、猪油、鲸油）为基体加入油性添加剂的混和油，一般用于滚插齿螺纹加工及一般材料精加工：机油用于普通车削攻螺纹；煤油或与矿物油的混合油精加工有色金属和铸铁；煤油或与机油的混合油用于普通孔深孔精加工；蓖麻油豆油用于螺纹加工，轻柴油用于自动机上。 B、极压切削油，是在矿物油中添加极压

12、添加剂制成，适用于重切削和难加工材料的切削。,、乳化液,乳化液：用乳化油加7098的水稀释而成的乳白色或半透明状液体，它由切削油加乳化剂制成。用于车削钻削攻螺纹。 乳化液具有良好的冷却和润滑性能。乳化液的稀释程度根据用途定。 浓度高润滑效果好，但冷却效果差； 浓度低，冷却效果好，润滑效果差。,、水溶液,水溶液的主要成分是水，为具有良好的防锈性能和一定的润滑性能，常加入一定的添加剂（如亚硝酸钠、硅酸钠等）。主要用于磨削和粗加工。冷却清洗作用较好，润滑差。 分类： 常用的水溶液有电介质水溶液和表面活性水溶液。 A、电介质水溶液是在水中加入电介质作为防锈剂； B、表面活性水溶液是加入皂类等表面活性物

13、质，增强水溶液的润滑作用。,(4)、极压切削油,在切削油中加入硫、氯、磷极压添加剂，可形成非常结实的润滑膜，可显著提高润滑效果和冷却效果，常用于高温合金、高强度钢等难加工材料的精加工。,2切削液添加剂及切削液分类 （1）切削液添加剂 、油性添加剂 油性添加剂 单纯矿物油与金属的吸附力差，润滑效果不好，如在矿物油中添加油性添加剂，将改善润滑作用。 动植物油、皂类、胺类等与金属吸附力强，形成的物理吸附油膜较牢固，是理想的油性添加剂。不过物理吸附油膜在温度较高时将失去吸附能力。 因此一般油性添加剂切削液在200以下使用。,、极压添加剂,主要利用添加剂中的化合物，在高温下与加工金属快速反应形成化学吸附

14、膜，从而起固体润滑剂作用。 目前常用的添加剂中一般含氯、硫和磷等化合物。由于化学吸附膜与金属结合牢固，一般在400800高温仍起作用。硫与氯的极压切削油分别对有色金属和钢铁有腐蚀作用，应注意合理使用。,、表面活性剂,表面活性剂是一种有机化合物，它使矿物油微小颗粒稳定分散在水中，形成稳定的水包油乳化液。表面活性剂除起乳化作用外，还能吸附在金属表面，形成润滑膜，起润滑作用。,3切削液的选用原则 （1）粗加工 粗加工时，切削用量大，产生的切削热量多，容易使刀具迅速磨损。此类加工一般采用冷却作用为主的切削液，如离子型切削液或35乳化液。 切削速度较低时，刀具以机械磨损为主，宜选用润滑性能为主的切削液；

15、 速度较高时，刀具主要是热磨损，应选用冷却为主的切削液。 硬质合金刀具耐热性好，热裂敏感，可以不用切削液。如采用切削液，必须连续、充分浇注，以免冷热不均产生热裂纹而损伤刀具。,（2）精加工,精加工时，切削液的主要作用：提高工件表面加工质量和加工精度。 加工一般钢件，在较低的速度（6.0m/min30m/min）情况下，宜选用极压切削油或1012极压乳化液，以减小刀具与工件之间的摩擦和粘结，抑制积屑瘤。 精加工铜及其合金、铝及合金或铸铁时：宜选用粒子型切削液或1012乳化液，以1012极压乳化液，以降低加工表面粗糙度。,注意：,A、加工铜材料时，不宜采用含硫切削液，因为硫对铜有腐蚀作用。 B、加工铝时，也不适于采用含硫与氯的切削液，因为这两种元素宜与铝形成强度高于铝的化合物，反而增大刀具与切屑间的摩擦。也不宜采用水溶液，因高温时水会使铝产生针孔。,（3）难加工材料的切削,一般处于高温高压的边界润滑摩擦状态，应选用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液。 当用硬质合金刀具高速切削时，可选用冷却作用为主的低浓度乳化液。,机械制造技术基础,2.4 刀具磨损与刀具耐用度,刀具磨损形态, 正常磨损是指正常切削过程中刀具与工件或切屑的接触面上刀具材料的微粒被切屑或工件带