农机-机械制造技术基础

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1、教学目的:23教学重点: 教学难点: 授课时间: 教学方法: 教学过程:提问、讲解1、了解金属切削层和切削层参数；、了解金属切削变形过程；、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响。积屑瘤的形成及其对切削过程的影响 金属切削变形过程 课时安排：2节课讲授教学、多媒体教学一、复习旧课:1、什么是完全定位和不完全定位？2、什么是过定位和欠定位？3、机床夹具的分类和组成？二、引入新课: 3-1金属切削过程金属切削过程是机械制造过程的一个重要组成部分。金属切削 过程是指将工件上多余的金属层，通过切削加工被刀具切除而形成 切屑并获得几何形状、尺寸精度和表面粗糙度都符合要求的零件的 过程。在这一过程中，始终存在着

2、刀具切削工件和工件材料抵抗切 削的矛盾，从而产生一系列现象，如切削变形、切削力、切削热与 切削温度以及有关刀具的磨损与刀具寿命、卷屑与断屑等。对这些 现象进行研究，揭示其内在的机理，探索和掌握金属切削过程的基 本规律，从而主动地加以有效的控制，对保证加工精度和表面质量, 提高切削效率，降低生产成本和劳动强度具有十分重大的意义。总 之，金属切削过程的优劣，直接影响机械加工的质量、生产率与生 产成本。因此，必须进行深入的研究。一、切削层和切削层参数切削用啟与切削屈参數在切削过程中，刀具的切削刃在一次走刀中从工件待加工表面切下的金属层，称为切削层。1、切削层公称厚度hD：在过渡表面法线方向测量的切削

3、层尺寸， 即相邻两过渡表面之间的距离。hD反映了切削刃单位长度上的切削负 荷。由图得：hD=fsink r其中：hD切削层公称厚度，（mm）； f 进给量，（mm/r）；k r车刀主偏角，（。）。2、 切削层公称宽度bD：沿过渡表面测量的切削层尺寸。bD反映 了切削刃参加切削的工作长度。由图得：bD=ap/sink r其中：bD切削层公称宽度，（mm）,3、切削层公称横截面积 Ad：切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积。由图得：AD=hD*bD=fsink r*ap/sink r =f*a p其中：A D切削层公称横截面积，（mnn）。二、金属切削本节难点1、 切削变形金属的切削过程与金属的挤

4、压过程很相似。 金 属材料受到刀具的作用以后，开始产生弹性变形；虽着刀具继续切入，金属内部的应力、应变继续加大，当达到材料的屈服点时，开 始产生塑性变形，并使金属晶格产生滑移；刀具再继续前进，应力 进而达到材料的断裂强度，便会产生挤裂。2、 变形区的划分大量的实验和理论分析证明，塑性金属切 削过程中切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程。切削层的金属变形大致划分为三个变形区：第一变形区（剪切滑移）、第二变形 区（纤维化）、第三变形区（纤维化与加工硬化）。3、切屑的形成及变形特点1）第一变形区（近切削刃处切削层内产生的塑性变形区） 金属 的剪切滑移变形切削层受刀具的作用，经过第一变形区的塑性变形

5、后形成切 屑。切削层受刀具前刀面与切削刃的挤压作用，使近切削刃处的 金属先产生弹性变形，继而塑性变形，并同时使金属晶格产生滑 移。1、相对滑移&相对滑移&是用来量度第1变形区滑移变形的程度。2、变形系数人h变形系数人h是表示切屑的外形尺寸变化大小的一个参数。如右图所示，切屑经过剪切变形、又受到前刀面摩擦后，与切削层 比较，它的长度缩短、厚度增加，这种切屑外形尺寸变化的变形 现象称为切屑的收缩。剪切角与前角丫 0是影响切削变形的两个主要因素。如果增大前角丫 0和剪切角，使相对滑移、变形系数人h减小，则切削变形减小。注意：由于切削过程是一个非常复杂的物理过程，切削变形除了产生滑移变形外，还有挤压、

6、摩擦等作用，而 &值主要从 剪切变形考虑；而人h主要从塑性压缩方面分析。所以，&与人h 都只能近似地表示切削变形程度。第一变形区就是形成切屑的变形区，其变形特点是切削层产生剪切滑移变形。2）第二变形区（与前刀面接触的切屑层产生的变形区）内金属的挤压磨擦变形经过第一变形区后，形成的切屑要沿前刀面方向排出，还必须克服刀具前刀面对切屑挤压而产生的摩擦力。此时将产生挤压摩擦变形。应该指出，第一变形区与第二变形区是相互关联的。前刀面 上的摩擦力大时，切屑排出不顺，挤压变形加剧，以致第一变形 区的剪切滑移变形增大。3）第三变形区（近切削刃处已加工表面内产生的变形区）金属的挤压磨擦变形已加工表面受到切削刃钝

7、圆部分和后刀面的挤压摩擦，造成纤维 化和加工硬化。三、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响在切削速度不高而又能形 成连续切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面有时呈三角状的硬 块。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤（或刀瘤）。它的硬度很高，通常是工件材料的23倍，在处于比较稳定的状态时，能 够代替刀刃进行切削。1、积屑瘤是如何形成的？1）切屑对前刀面接触处的摩擦，使前刀面十分洁净。重点分析启发2）当两者的接触面达到一定温度同时压力又较高时， 会产生粘结现象，即一般所谓的“冷焊”。切屑从粘在刀面的底层上 流过，形成“内摩擦”。3）如果温度与压力适当，底层上面的金属因内

8、摩擦而变形，也会发生加工硬化，而被阻滞在底层，粘成一体。4）这样粘结层就逐步长大，直到该处的温度与压力不足以造 成粘附为止。2、形成积屑瘤的条件：主要决定于切削温度。此外，接触面间的压力、粗糙程度、粘结强度等因素都与形成积屑瘤的条件有关。1）一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤；2）温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度太高，产生 弱化作用，也不会产生积屑瘤。3）走刀量保持一定时，积屑瘤高度与切削速度有密切关系。3、积屑瘤对切削过程的影响1）实际前角增大它加大了刀具的实际前角，可使切削力减 小,对切削过程起积极的作用。积屑瘤愈高，实际前角 愈大。2）使加工表面粗糙度增大积屑

9、瘤的底部则相对稳定一些， 其顶部很不稳定，容易破裂，一部分连附于切屑底部而 排出，一部分残留在加工表面上，积屑瘤凸出刀刃部分 使加工表面切得非常粗糙，因此在精加工时必须设法避 免或减小积屑瘤。3）对刀具寿命的影响积屑瘤粘附在前刀面上，在相对稳定 时，可代替刀刃切削，有减少刀具磨损、提高寿命的作用。但在积屑瘤比较不稳定的情况下使用硬质合金刀具 时，积屑瘤的破裂有可能使硬质合金刀具颗粒剥落，反 而使磨损加剧。4、防止积屑瘤的主要方法1）降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易发生；2）采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度；3）采用润滑性能好的切削液，减小摩擦；4）增加刀具前角，以减小切屑

10、与前刀面接触区的压力；5）适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。四、影响切削变形的因素从相对滑移&、变形系数人h计算式中可知，剪切角与前角丫 是影响切削变形的两个主要因素。如果增大前角 丫 和剪切角，使相对滑移&、变形系数人h减小，则切削变形减小。1、前角：增大前角y ，使剪切角增大，变形系数人h减小，因此，切削变形减小。生产实践表明：采用大前角刀具切削，刀刃锋利、切入金属容易， 切屑与前刀面接触长度减短、流屑阻力小，因此，切削变形小、切削 省力2、切削速度：切削速度Vc是通过积屑瘤使剪切角改变和通过切削温度使摩擦系数卩变化而影响切削变形的3、进给量：进给量f增大，使变形系数人h减小。4、工

11、件材料：工件材料硬度、强度提高，切削变形减少。结:1、第一变形区就是形成切屑的变形区，其变形特点是切削层产生剪 切滑移变形。2、形成积屑瘤的条件主要决定于切削温度。 此外，接触面间的压力、 粗糙程度、粘结强度等因素都与形成积屑瘤的条件有关。但是积 屑瘤对切削过程可使实际前角增大，使加工表面粗糙度增大，对 刀具寿命的影响。因此，综观上述积屑瘤对加工的影响既有利的 一面也有弊的一面。作业布置：1、试述积屑瘤的成因、影响及避免的方法。教学课题 ：第 3 章 金属切削过程（续）教学目的 ：1、了解切削力的来源，切削合力及其分解；23、了解切削功率和单位切削功率；、掌握影响切削力的因素。45 教学重点

12、：、了解切削热和切削温度的产生及影响因素、了解刀具的磨损和耐用度影响切削力的因素教学难点 ：影响切削力的因素、切削热和切削温度的产生及影响因素授课时间 ：课时安排 ：4 节课教学方法 ：教学过程 ：讲授教学、多媒体教学一、复习旧课 ：提问、讲解1、金属切削层参数2、金属切削的三个变形区3、积屑瘤是如何形成的4、积屑瘤对切削过程的影响5、防止积屑瘤的主要方法 二、引入新课 ： 3-2 切削过程的基本规律一、切削力的来源，切削合力及其分解，切削功率 （一）切削力的来源 研究切削力，对进一步弄清切削机理，对计算功率消耗，对刀 具、机床、夹具的设计，对制定合理的切削用量，优化刀具几何参数 等，都具有非

13、常重要的意义。金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。切削力来源于三个 方面：1 克服被加工材料对弹性变形的抗力；2 克服被加工材料对塑性变形的抗力；3. 克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表 面之间的摩擦力。（二）切削合力及其分解上述各力的总和形成作用在刀具上的合力 Fr （国标为F）。 为了实际应用，Fr可分解为相互垂直的Fx （国标为Ff ）、Fy （国标 为Fp）和Fz （国标为Fc）三个分力。在车削时：Fz主切削力或切向力。它切于过渡表面并与基面垂直。Fz是计算车刀强度，设计机床零件，确定机床功率所必需的。切胡汴力和分AiFx

14、进给抗力、轴向力或走刀力。它是处于基面内并与工件轴线平行与走刀方 向相反的力。Fx是设计进给（走刀）机构, 计算车刀进给功率所必需的。Fy切深抗力、或背向力、径向力 、吃刀力。它是处于基面内 并与工件轴线垂直的力。Fy用来确定与工件加工精度有关 的工件挠度，计算机床零件和车刀强度。它与工件在切削 过程中产生的振动有关。F厂凤弋二存：+町+代其中F严仏两絡,F厂爲泗毎（三）切削功率1、单位切削力单位切削力p是指切除单位切削层面积所产生的主切削 力，可用下式表示：F Cy辱严； G单位切削力p可查手册，利用单位切削力P来计算主切削力 Fz较为简易直观。2、切削功率Pm消耗在切削过程中的功率称为切削功率 Pm国标为Po）。切削功 率为力Fz和Fx所消耗的功率之和，因Fy方向没有位移，所以不消 耗功率。于是Pm=（Fz*Vc+Fx*nw*f/1000） x 10-3其中：Pn切削功率（KW；Fz 切削力（N）;Vc 切削速度（m/s）;Fx 进给力（N ; nw工件转速（r/s ）; f 进给量（mm/S。式中等号右侧的第二项是消耗在进给运动中的功率， 它相对于 F所消耗的功率来说，一般很小（ Pm/ n m式中：n m-机床的传动效率，一般取为0.750.85，大值适 机床，小值适用于旧机床。3、单位切