《金属切削加工原理及设备 教学课件 ppt 作者 孙庆群第4章 切削理论的应用第4章 切削理论的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属切削加工原理及设备 教学课件 ppt 作者 孙庆群第4章 切削理论的应用第4章 切削理论的应用（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、【学习目标】 本章主要介绍切屑的控制、工件材料的切削加工性及改善措施、切削液的作用、种类及选用、工件加工表面质量的影响因素和保证措施、刀具几何参数的作用和选择原则等，通过对本章的学习，让学生学会用金属切削加工的理论指导生产实实践，达到能够解决金属切削加工生产当中的实际问题之目的。,第4章 金属切削加工理论的应用,4.1 切屑的控制,4.1.2切屑的流向,根据ISO规定、并由我国生产工程学会切削专业委员会推荐的国标GB/T164611996的规定，切屑的形状与名称分为八类，如下页表4.1所列。,切屑的最终流向是垂直于主、副切削刃的终点连线方向。 通常我们把切屑的流出方向与正交平面之间的夹角称为流
2、屑角。 刀具几何参数中影响流屑方向的主要是刃倾角。负刃倾角使切屑流向已加工表面，如图4.2a所示； 正刃倾角使切屑流向待加工表面，如图4.2b。,切 削 形 状 的 分 类,刃倾角对切屑流向的影响,负刃倾角，切屑流向已加工表面,正刃倾角，切屑流向待加工表面,4.1.3切屑的折断,切屑经第、第变形区的严重变形后，硬度增加，塑性降低，性能变脆。在流出时，受到断屑台推力作用使切屑产生强制卷曲，并产生卷曲拉应变。卷曲拉应变超过被切削材料的极限应变值时，切屑就会折断。 若切屑未被折断，则继续卷曲，当切屑端部会碰到刀具后面又受到后面的顶力作用，进而使切屑产生反向弯曲应变，当两者合成弯曲应变达到被切削材料的
3、极限应变值时，切屑也会被折断。,4.1.4断屑措施,对于焊接式硬质合金车刀，在刀具前面上可磨制成如图4.4所示的折线型、直线圆弧型和全圆孤型三种断屑槽。,在切削用量中，进给量 f 对断屑影响最大，其次是背吃刀量，影响最小的是切削速度。若进给量 f 增大，切屑厚度就会增大，当受碰撞后切屑易折断。背吃刀量增大对断屑影响不明显，只有当同时增加进给量时，才能有效地断屑。,主偏角是影响断屑的主要因素。主偏角增大，切屑厚度增大，容易断屑。 刃倾角能够控制切屑流向，使切屑碰到加工表面上或刀具后面上造成断屑。,2.改变切削用量,（1）附加断屑装置在前面上加附加断屑挡块，使切屑流出时碰撞挡块而折断。缺点是占较大
4、空间，且易产生阻屑。 （2）间断进给断屑加工高塑性材料或在自动生产线上加工时，采用振动切削装置，实现间断切削，用变化切削厚度的方法来获得不等截面切屑，造成切屑的狭小截面处应力集中、强度减小，达到断屑目的。采取振动装置断屑可靠，但结构复杂。,4.2 工件材料的切削加工性,工件材料的切削加工性是指工件材料可被切削的难易程度。,考虑生产率和刀具耐用度的标志方法 生产率一定时，刀具耐用度越高，切削加工性越好。刀具耐用度一定时，所允许的切削速度越高，切削加工性越好。切削速度一定时，以达到刀具磨钝标准时所切除的金属材料体积越大，则材料的切削加工性就越好。,考虑已加工表面质量的标志方法 在一定的切削条件下，
5、以加工某种材料是否容易达到所要求的加工表面质量的各项指标来衡量。 考虑安全生产和工作稳定性的标志方法 在相同的切削条件下，单位切削力较小的材料，其切削加工性较好。在重型机床或刚性不足的机床上加工，考虑到人身和设备的安全和切削力的大小。在自动化生产和深孔加工中，往往用材料断屑的难易程度来衡量其切削加工性的好坏。,也可用加工材料的物理、化学和力学性能的高低来衡量切削该材料的难易程度。见表4.2,工件材料切削加工性的好坏，主要决定于工件材料的物理、力学性能、化学成分、热处理状态和表层质量等。,工件材料在常温和高温下的硬度和强度越高，则在加工中的切削力越大，切削温度越高，刀具耐用度越低，故切削加工性就
6、越差。有些材料在常温下其硬度和强度并不高，但随着切削温度的升高，其硬度和强度也提高，切削加工性变差。例如不锈钢。,工件材料的塑性越大，其切削变形就越大；韧性越强，则切削消耗的能量就越多，这都会使温度升高。材料的塑性和韧性越高，刀具表面冷焊现象严重，刀具容易磨损，且不易断屑，则切削加工性变差。若材料的塑性和韧性过低时，则使切屑与刀具前面接触面过小，切削力和切削热就会集中在刀刃附近，将导致刀具切削刃破损加剧和工件已加工表面质量下降。即材料的塑性和韧性过高或过低，都会使其切削加工性能下降。例如高锰钢的硬度和强度较低，但伸长率和冲击韧度很高。切削时塑性变形大，加工硬化严重，断屑困难，硬化层较厚，切削时
7、硬度提高较多，产生的切削力较切削正火 45钢提高一倍以上。高锰钢的热导率小，切削温度高，刀具易磨损，因此，切削加工性差。,工件材料的导热性越差，则切削热在切削区域内难以传散，刀具表面的温度越高，使刀具磨损严重，刀具耐用度降低，故切削加工性差。,工件材料中所含合金元素会影响材料的切削加工性。例如材料含碳、锰、硅、铬、钼的分量多，则会提高材料的硬度，使切削加工性变差。含镍量增多，会提高韧性，降低导热性，故切削加工性变差。若材料中含铅、磷、硫，会使材料的塑性降低，切屑易于折断，有利于改善材料的切削加工性。若材料中含氧和氮，易形成氧化物、氮化物的硬质点，会加速刀具磨损，因而使切削加工性变差。,此外，金
8、属材料的金相组织不同及采用不同的热处理方法，都会影响材料的性能，从而影响材料的切削加工性, 合理选择刀具材料强度、硬度、耐热性、耐磨性、与工件的亲和力等。 适当调剂化学元素例如在钢中加入少量的硫、铅、钙、磷等元素，可降低组织的结合强度和韧性，使材料变得易切削。加入硅、铝、铜等元素，可促进碳元素的石墨化，使硬度降低，改善了切削加工性。 适当选择热处理方法例如对于低碳钢进行正火处理，可适当提高硬度、降低塑性和韧性，使切削加工性得到改善。对高碳钢或工具钢进行球化退火处理，使金相组织中的片状和网状渗碳体转变为球状渗碳体，从而降低其硬度，改善了切削加工性。对于高强度合金钢，通过退火、回火或正火处理可改善
9、切削加工性。 采用新的切削加工技术例如加热切削、低温切削、振动切削、真空中切削和绝缘切削等，可有效的解决难加工材料的切削难题。当然，新的切削方法需要专门的设备，增加了加工成本。 此外，还可通过选择加工性能较好的材料状态，以及选择合理的刀具几何参数，制定合理的切削用量，选用合适的切削液等措施来改善难加工材料的切削加工性。,在切削时合理使用切削液，可以有效地减小切削力和降低切削温度，改善刀具与工件、刀具与切屑之间的摩擦状态，从而防止工件热变形和改善了工件已加工表面质量，延长刀具寿命，降低了动力消耗。,1冷却作用 2润滑作用 3排屑和洗涤作用 4防锈作用,1冷却作用切削液浇注在切削区域内，利用切削液
10、的热传导、对流和汽化等方式，把切屑、工件和刀具上的热量带走，降低了切削温度和减小工艺系统热变形，减少了刀具磨损。 2润滑作用切削液渗透到刀具、切屑与加工表面之间，其中带油脂的极性分子吸附在刀具新鲜的前、后面上，形成了物理性吸附膜。若与添加在切削液中化学物质产生化学反应，形成了化学性吸附膜，从而在高温时减小切屑、工件与刀面间的摩擦，减少粘结和减少刀具磨损，提高已加工表面质量。,3排屑和洗涤作用在金属切削中，为了防止碎屑、铁锈及磨料细粉粘附在工件、刀具和机床上，影响工件已加工表面质量和机床的加工精度，要求切削液具有良好的冲刷和清洗作用。如磨削、钻削、深孔加工和自动化生产中，可利用浇注或高压喷射切削
11、液来排除切屑或引导切屑流向，并冲洗散落在机床及工具上的细屑与磨粒。 4防锈作用为了防止工件、机床受周围介质腐蚀，要求切削液具有一定的防锈作用。在切削液中加入防锈添加剂，使其与金属表面起化学反应生成保护膜，防止与腐蚀介质接触而起到防锈和防蚀作用。 切削液除具有上述作用之外，还应具有抗泡性、抗霉菌变质能力，应达到排放时不污染环境、对人体无害和使用经济性等要求。,1水溶性切削液 （1）水溶液以水为主要成分，在软水中加入防锈剂、防霉剂，有的油性添加剂、表面活性剂和添加极压抗磨剂等，以改善其润滑和防锈性能以及增加润滑膜的强度。水溶液常用于粗加工和普通磨削加工中。 （2）乳化液是水和乳化油经搅拌后形成的乳
12、白色液体。乳化油是一种由矿物油、表面活性乳化剂（石油磺酸钠、磷化蓖麻油等）配制而成的油膏。表面活性乳化剂的分子是由极性集团和非极性集团两部分组成，带极性的一头亲水，不带极性的一头亲油，它能使水和油均匀混合，使油、水不分离。 （3）合成切削液是国内外推广使用的一种高性能切削液。它是由水、各种表面活性剂和化学添加剂组成。具有良好的冷却、润滑、清洗和防锈性能，还有热稳定性好和使用周期长等特点。合成切削液中不含油，可节省能源，利于环保，国内、外使用都很多。,（1）切削油切削油中有矿物油、动植物油和复合油（矿物油与动植物油的混合油），其中常用的是矿物油（机械油、轻柴油和煤油等）。 轻柴油的特点是，热稳定
13、性好，资源丰富，价格便宜，但润滑性较差，它主要用于切削速度较低的精加工、有色金属加工和易切钢的加工； 机械油的润滑作用较好，故在普通精车、螺纹精加工中使用甚广； 煤油的渗透作用和冲洗作用均较突出，故在精加工铝合金、精刨铸铁和用高速钢铰刀铰孔中，均能减小加工表面粗糙度和提高刀具寿命。,（2）极压切削油是在矿物油中添加一定量的油性添加剂、极压添加剂（氯、硫、磷等）和放锈添加剂等配制而成。它在高温下不破坏润滑膜，其润滑和放锈效果较好，被广泛适用于精加工和加工形状复杂的工件（如成形面、齿轮、螺纹等）。可获得很小的加工表面粗糙度，并提高刀具寿命。,使用最多的是二硫化钼。它形成的润滑膜具有极低的摩擦系数（
14、0.050.09），高的熔点（1185），高温下润滑性能好，有很高的抗压性能（3.1GPa）和牢固的附着能力。能防止粘结和抑制积屑瘤的形成，减小切削力，能显著延长刀具寿命和减小加工表面粗糙度,乳化液中含乳化油的比例,4.3.3切削液的使用方法,1浇注法使用时将充足大流量的低压切削液浇注在切削区；这种方法在生产中较常用，但难使切削液直接渗入最高温度区，影响切削液效果。 2喷雾法用压缩空气以0.30.6MPa的压力通过喷雾装置使切削液雾化，高速喷至切削区。高速气流带着雾化成微小液滴的切削液渗透到切削区，在高温下迅速汽化，吸收大量切削热，取得良好效果。 3内冷却法切削液通过刀体内部以较高的压力和较大
15、流量喷向切削区，将切削冲刷出来，同时带走大量的热量，可大大提高刀具耐用度、生产效率和加工质量。深孔钻、套料钻等加工就是采用这种冷却方法。,4.4 加工表面质量,切削后的工件表面质量主要包括：表面粗糙度、表面残余应力、表面微观裂纹和表面层硬化程度等。,1理论粗糙度 如图4.8所示，若用无圆弧刀尖（r=0）和修圆刀尖（r0）的车刀纵车外圆，当完成一个进给量 f 后，在已加工表面上形成了未被切除的残留面积。,2积屑瘤 如图4.9a所示，不产生积屑瘤时，加工表面上只有较均匀的残留面积痕迹。 如果产生积屑瘤，由于积屑瘤会伸出切削刃及刀尖，就在己加工表面留下深浅、宽窄不一的犁沟，如图4.9b所示。 另一方
16、面，积屑瘤的变化会使切削力波动而引起振动，使己加工表面粗糙度明显增大。此外，积屑瘤不均匀的脱落也会残留在已加工表面上，影响工件表面质量。,3鳞刺 在较低及中等的切削速度下切削塑性材料时，在已加工表面的垂直于切削速度方向上往往会出现突出的鳞片状毛刺，称为鳞刺。增大了表面粗糙度高度，恶化已加工表面质量。,4.刀具磨损和刃磨质量 如图4.12a所示，当刀具后面产生严重磨损时，后面会对加工表面产生挤压和摩擦，使加工表面上产生划痕；如图4.12b所示，如果刀具在刃磨或使用时刀尖处产生微小崩刃，切削时该微崩会复映在已加工表面上形成均匀的沟痕而影响表面质量。,5振动 当工艺系统刚性不足或背向切削力过大时，就会产生振动，振动不仅明显加剧表面粗糙度，严重时还会影响机床精度和损坏刀具，当振动频率接近工艺系统固有频率时，形成共振，造成的破坏性更大。 切削时应设法减轻或避免振动。,4.4.2 影响表面粗糙度的因
