金属切削原理与刀具.ppt

1,第3章金属切削原理与刀具,本章要点金属切削刀具金属切削的基本规律刀具磨损与寿命切削用量的选择,2019/11/24,2,第二节金属切削的基本规律,2.1切削过程及切屑种类变形规律一、切屑的形成过程二、三个变形区三、切屑的类型及控制四、积屑瘤现象2.2切削力与切削功率力的规律一、切削力概念二、切削力来源三、力的合成与分解四、切削力的经验公式和切削力估算五、切削功率六、影响切削力的因素,3,2.3切削热与切削温度热的规律一、切削热的产生和传出二、切削温度的测量三、切削温度的分布四、切削温度的计算五、影响切削温度的主要因素六、切削液七、切削温度对工件、刀具和切削过程的影响,4,2.1切削过程及切屑种类变形规律,一、切屑的形成过程,5,图3.1切屑根部金相照片,紫铜切削变形过程,6,第变形区,图3.2切削部位三个变形区,第变形区,2.1切削过程及切屑种类变形规律,OA与OM之间是切削层的塑性变形区，称为第一变形区，或称基本变形区。基本变形区的变形量最大，常用它来说明切削过程的变形情况。,切屑与前面摩擦的区域称为摩擦变形区。,工件已加工表面与后面接触的区域称为加工表面变形区。,7,三、切屑的类型及控制1.切屑的类型图3.3切屑类型,2.1切削过程及切屑种类变形规律,8,9,2.切屑的控制,（1）原因？可能拉伤工件的已加工表面，使表面粗糙度恶化；划伤机床，卡在机床运动副之间；造成刀具的早期破损；有时甚至影响操作者的安全；数控机床如不能进行有效的切屑控制，轻则限制了机床能力的发挥，重则使生产无法正常进行。,10,（2）如何控制？在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，使形成“可接受”的良好屑形。（3）可控性标准不妨碍正常的加工(即不缠绕在工件、刀具上，不飞溅到机床运动部件中)；不影响操作者的安全；易于清理、存放和搬运。,11,（4）切屑的控制卷曲和折断,为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量，应使切屑卷曲和折断。切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加变形的结果。断屑是对已变形的切屑再附加一次变形（常需有断屑装置）,12,断屑槽形式,直线圆弧型直线型全圆弧型,13,断屑槽形式,14,压块式断屑器形式,15,可转位刀具,16,四、积屑瘤现象,2.1切削过程及切屑种类变形规律,17,积屑瘤成因,一定温度、压力作用下，切屑底层与前刀面发生粘接粘接金属严重塑性变形，产生加工硬化,滞留粘接长大,18,增大前角，保护刀刃；增大切入厚度,ac的变化有可能引起振动；影响加工精度和表面粗糙度；影响刀具耐用度。,19,控制切削速度，采用很低或很高的速度，避开中速区；使用润滑性能好的切削液，减小摩擦；增大刀具前角，减小切屑与前面接触区的压力；提高工件材料硬度，减少加工硬化倾向。,20,一、切削力概念二、切削力来源3个变形区产生的弹性变形抗力3个变形区产生的塑性变形抗力切屑、工件与刀具间摩擦阻力,2.2切削力与切削功率力的规律,21,三、切削力的合成与分解,22,在车削时：Fc主切削力。方向与加工表面相切并与基面垂直。计算切削功率、是设计机床零件的主要依据。Ff进给力。基面内并与工件轴线平行与进给方向相反。设计机床进给机构，确定进给功率。Fp背向力。处于基面内并与工件轴线垂直的力。计算与加工精度有关的工件挠度、机床零件和车刀强度。,23,四、切削力的经验公式和切削力估算,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；nFc,nFp,nFf切削速度v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。,(1)指数形式的切削力经验公式,24,kc切除单位切削层面积的主切削力。,(2)用单位切削力kc计算切削力,例：硬质合金刀具车削45钢，单位切削力kc=2000N/mm2，取ap=5mm，f=0.4mm/r。解：Fc=200050.4=4000N。,25,式中Fc主切削力（N）；v主运动速度（m/s）。,五、切削功率,工作功率Pe:消耗在切削加工过程中的功率。切削功率Pc:主运动消耗的功率。进给功率Pf:进给运动消耗的功率。由于进给功率Pf相对于Pc一般都很小(1%2%)，可以忽略不计。所以，工作功率Pe可用切削功率Pc近似代替。,26,机床电机功率,式中机床传动效率，通常=0.750.85,27,六、影响切削力的因素,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。,28,前角0增大，切削力减小（图3-7）；,主偏角r对主切削力影响不大，对背向力和进给力影响显著（rFp，Ff，图3-8）。,刀具几何角度影响,六、影响切削力因素,29,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，对背向力和进给力影响显著（sFp，Ff）刀尖圆弧半径r对主切削力影响不大，对背向力和进给力影响显著（rFp，Ff）；,刀具材料：与工件材料之间的亲和性影响其间的摩擦，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，对背向力Fp的影响最为显著。,六、影响切削力因素,30,2.3切削热与切削温度热的规律,一、切削热的产生和传出,31,切削热来源,切削热的来源：一个是切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩擦所消耗的摩擦功，这是切削热的主要来源。另一个是切削层金属在刀具的作用下发生弹性变形和塑性变形所消耗的变形功。与此相对应，切削热产生在三个区域，即剪切面、切屑与前刀面接触区、工件与后刀面接触区。,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。,32,二、切削温度的测量切削温度：一般是指前刀面与切屑接触区域的平均温度。切削温度的测量方法很多，大致可分为热电偶法、辐射温度计法以及其他测量方法。目前应用较广的是自然热电偶法和人工热电偶法。,33,三、切削温度的分布,2.3切削热与切削温度热的规律,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。,34,2.3切削热与切削温度热的规律,切削温度的经验公式：,四、切削温度的计算,式中实验测出的前面接触区平均温度（）C切削温度系数Vc切削速度（mmin）f进给量（mmr）ap背吃刀量（mm）z、y、x相应的指数,35,2.3切削热与切削温度热的规律,五、影响切削温度的主要因素1.切削用量2.刀具几何参数3.工件材料4.刀具磨损5.切削液,36,1.切削用量,通过对比表中数据可知xyz，说明切削用量三要素对切削温度的影响vfap，这与它们对切削力的影响程度正好相反。,37,1)切削速度v,38,2)进给量f,39,3)背吃刀量ap,40,2.刀具几何参数,1)前角o对切削温度的影响,41,2)主偏角r对切削温度的影响,42,3.工件材料,工件材料的强度、硬度越高，切削力越大，切削时消耗的功也越多，产生的切削热也越多，切削温度也就越高。,43,4.刀具磨损,刀具磨损后，切削刃变钝，刃区前方的挤压作用增大，使切削区的金属的塑性变形增加。同时，磨损后的刀具后角变成零度，使工件与刀具的摩擦加大，两者均使切削热的产生增加。所以，刀具磨损是影响切削温度的重要因素。,44,5.切削液,切削液对降低切削温度、减少刀具磨损和提高已加工表面质量有明显的效果，在切削加工中应用很广。切削液对切削温度的影响，与切削液的导热性能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度有很大关系。从导热性能来看，水基切削液乳化液油类切削液。,45,为了降低刀具和工件的温度，不仅要减少切削热的产生，而且要改善散热条件。喷注足量的切削液可以有效地降低切削温度。使用切削液，除起冷却作用外，还可以起润滑、清洗和防锈的作用。生产中常用的切削液可分为以下三类：（1）水溶液它的主要成分是水，并在水中加入一定量的防锈剂，其冷却性能好，润滑性能差，呈透明状，常在磨削中使用。,六、切削液,46,（2）乳化液它是将乳化油用水稀释而成，呈乳白色。为使油和水混合均匀，常加入一定量的乳化剂（如油酸钠皂等）。乳化液具有良好的冷却和清洗性能，并具有一定的润滑性能，适用于粗加工及磨削。（3）切削油它主要是矿物油，特殊情况下也采用动、植物油或复合油，其润滑性能好，但冷却性能差，常用于精加工工序。切削液的品种很多，性能各异，通常应根据加工性质、工件材料和刀具材料等来选择合适的切削油，才能收到良好的效果。,47,48,粗加工时，主要要求冷却，也希望降低一些切削力及切削功率，一般应选用冷却作用较好的切削液，如低浓度的乳化液等。精加工时，主要希望提高工件的表面质量和减少刀具磨损，一般应选用润滑作用较好的切削液，如高浓度的乳化液或切削油等。加工一般钢材，通常选用乳化液或硫化切削油。加工铜合金和有色金属，一般不宜采用含硫化油的切削液，以免腐蚀工件。加工铸铁、青铜、黄铜等脆性材料时，为避免崩碎切屑进入机床运动部件之间，一般不使用切削液。,49,在低速精加工（如宽刀精刨、精铰、攻螺纹）时，为了提高工件的表面质量，可用煤油作为切削液。高速钢刀具的耐热性较差，为了提高刀具的寿命，一般要根据加工性质和工件材料选用合适的切削液。硬质合金刀具由于耐热性和耐磨性都较好，一般不用切削液。,50,七、切削温度对工件、刀具和切削过程的影响切削温度高是刀具磨损的主要原因，它将限制生产率的提高；切削温度还会使加工精度降低，使已加工表面产生残余应力以及其他缺陷。1.切削温度对工件材料强度和切削力的影响切削时的温度虽然很高，但是切削温度对工件材料硬度及强度的影响并不很大；切削温度对剪切区域的应力影