金属切削的基础知识B.ppt

1 1 1切削运动及切削要素1 2刀具材料及刀具构造1 3金属切削过程1 4切削加工技术经济简析 第一章金属切削的基础知识 金属切削加工虽有多种不同的形式 但在切削运动 切削工具以及切削过程的物理实质等都有着共同的现象和规律 它是学习各种切削加工方法的共同基础 2 金属切削过程 是用刀具从工件表面上切去多余的金属 形成已加工表面的过程 也是工件的切削层在刀具前面挤压下产生塑性变形 形成切屑被切下来的过程 研究切削过程意义 切削过程中的许多物理现象 如切削力 切削热 刀具磨损等 都与金属的变形及其变化规律有密切的关系 研究切削过程对保证加工质量 提高生产率 降低成本和促进切削加工技术的发展 有着十分重要的意义 第三节金属切削过程 3 1 切屑的形成过程 一 切屑形成过程及切屑种类 三个阶段 弹性变形 塑性变形 切断 经过塑性变形后 切屑的厚度hch大于切削层公称厚度hD 长度lch小于切削层公称长度lD 这种现象称为切屑收缩 hch lch定义为切屑厚度压缩比 hch lch 一般大于1 反映了切削过程中切屑变形程度的大小 一般的 越大 切削力越大 切削温度越高 表面越粗糙 4 2 切屑的种类 带状切屑 连续不断呈带状 内表面是光滑的 外表面是毛茸的 节状切屑 底面有裂纹 顶面呈锯齿状 崩碎切屑 不规则的碎块状屑片 5 1 积屑瘤的形成 二 积屑瘤 高温高压下 由于摩擦力而滞留在前刀面上部分切屑转化而成 在一定范围的切削速度下切削塑性材料时 常发现在刀具前刀面上靠近刀刃的部位粘附着一小块很硬的金属称为积屑瘤 保护刀刃 减小刀具摩擦 粗加工有利 精加工使尺寸精度 粗糙度下降 2 积屑瘤对切削加工的影响 6 3 积屑瘤的控制 工件材料的力学性能 主要是塑性 塑性越大 越容易形成积屑瘤 切削速度 是影响积屑瘤的主要因素 切削速度是通过切削温度和摩擦来影响的 切削速度很小和很大的时候不易形成积屑瘤 冷却润滑条件 选用适当的切削液 可有效地降低切削温度 减少摩擦 也是减少或避免积屑瘤的重要措施之一 7 1 切削力的来源 三 切削力和切削功率 金属切削时 刀具使加工材料变形成为切屑所需的力称为切削力F 切削层金属 切屑和工件表面层金属的弹性 塑性变形所产生的抗力 刀具与切屑 工件表面间的摩擦阻力 8 三 切削力和切削功率 2 切削力的分解 主切削力Fc 是切削力F在切削速度方向分力 是设计机床的依据 Fc过大易发生 闷车 现象 背向抗力Fp 切削力在垂直工作平面上分力 易使工件变形 进给力Ff 与进给方向平行 设计进给机构的依据 占1 5 F Fc2 Fp2 Ff2 1 2 9 3 切削力的估算 切削力的大小是由很多因素决定的 其中影响大的是工件材料和切削用量 切削力的大小可用经验公式来计算 如车削外圆的时候Fc CFc apxFc fyFc KFcCFc 系数 与工件材料 刀具材料以及切削条件有关xFc yFc 指数KFc 修正系数 实际生产中 用切削层单位面积切削力kc来估算Fc的大小 Fc kc AD kc bD hD kc ap fkc 切削层单位面积切削力 MPa 查表获取 10 4 切削功率 应是三个切削分力消耗功率的总和 但背向力消耗的功率为零 进给力消耗的功率很小 一般可忽略不计 其中 Fc 切削力 Nvc 切削速度 m s 机床电动机的功率PE可用下式计算 PE Pm 机床的传动效率 一般取0 75 0 85 11 工件材料 工件材料强度 硬度越大 单位切削力越大 但切削力增大的幅度与材料强度的增大幅度不成比例 切削层参数 切削层公称厚度与切削层公称宽度增加时 切削力增大 但切削层公称宽度的影响一般大于切削层公称厚度的影响 切削用量 当背吃刀量或进给量加大时 切削力明显加大 前角的影响 前角增加 切削力下降 5 影响切削力的因素 12 1 切削热的产生 传出及对工件的影响 四 切削热和切削温度 切削热和由它产生的切削温度 是刀具磨损和影响加工精度的重要原因 高的切削温度使刀具磨损加剧 耐用度下降 工件和刀具受热膨胀会导致工件精度达不到要求 切屑变形 切屑与刀具前刀面的摩擦 工件与刀具后刀面的摩擦 切削热的产生 13 刀具温度升高 加速磨损 工件受热膨胀 影响加工精度 切削热的传出 由切屑 工件 刀具 周围的介质 空气 等介质传出 切削热对加工的影响 影响因素 工件材料和刀具材料的导热性能 周围介质 切屑与刀具的接触时间等 14 2 切削温度及其影响因素 切削温度是指切削区的平均温度 切削用量 切削速度增加时 单位时间产生的切削热随之增加 对温度的影响最大 进给量和背吃刀量增加时 切削力增大 摩擦也大 所以切削热会增加 工件材料 强度及硬度愈高 切削中消耗的功愈大 产生的切削热愈多 切钢时发热多 切铸铁时发热少 因为钢在切削时产生塑性变形所需的功大 刀具材料及几何形状 导热性好的刀具材料 可以降低切削温度 主偏角减小时 切削刃参加切削的长度增加 传热条件好 可降低切削温度 前角的大小直接影响切削过程中的变形和摩擦 前角大时 产生的切削热少 切削温度低 但当前角过大时 会使刀具的传热条件变差 反而不利于切削温度的降低 影响切削温度的主要因素 15 1 刀具磨损的形式与过程 五 刀具磨损和刀具耐用度 刀具寿命 刀具从开始切削到完全报废 实际切削时间的总和 刀具磨损形式 刀具的磨损过程 经验表明 在刀具正常磨损阶段的后期 急剧磨损阶段之前 换刀重磨为最好 这样既可保证加工质量又能充分利用刀具材料 16 2 影响刀具磨损的因素 增大切削用量时切削温度随之增高 将加速刀具磨损 在切削用量中 切削速度对刀具磨损的影响最大 刀具材料 刀具几何形状 工件材料以及是否使用切削液等 也都会影响刀具的磨损 3 刀具耐用度 磨钝标准 最大允许磨损值 刀具耐用度 刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准所经历的实际切削时间 用T表示 粗加工时 多以切削时间 min 来指标 如 硬质合金车刀60min 高速钢钻头80 120min等 精加工时以走到次数或加工零件数目指标 返回 17 第四节切削加工技术经济简析 一 切削加工主要技术经济指标 劳动耗费是指生产过程中消耗与占用的劳动量 材料 动力 工具和设备等 称为费用消耗 使用价值是指生产活动创造出来的劳动成果 包括质量和数量两个方面 技术经济效果描述 18 尺寸精度 表面本身的尺寸精度 如圆柱面的直径 和表面间的尺寸精度 如孔间距离等 形状精度 零件表面与理想表面之间在形状上接近的程度 如圆柱面的圆柱度 圆度 平面的平面度等 位置精度 表面 轴线或对称平面之间的实际位置与理想位置接近的程度 如两圆柱面间的同轴度 二平面间的平行度或垂直度等 1 产品质量 精度 零件在加工之后 其尺寸 形状等参数的实际数值同它们绝对准确的各个理论参数相符合的程度 19 表面粗糙度 已加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度 在一般情况下 零件表面的尺寸精度要求愈高 其形状和位置精度要求愈高 表面粗糙度的值愈小 已加工表面的加工硬化和剩余应力 在切削过程中 由于前刀面的推挤以及后刀面的挤压与摩擦 工件已加工表面层的晶粒发生很大的变形 致使其硬度比原来工件材料的硬度有显著提高 这种现象称为加工硬化 切削加工所造成的加工硬化 常常伴随着表面裂纹 因而降低了零件的疲劳强度和耐磨性 另一方面 硬化层的存在加速了后续加工中刀具的磨损 表面质量 包括表面粗糙度 表层加工硬化的程度和深度 表层剩余应力的性质和大小 20 在可能的条件下 采用先进的毛坯制造工艺和方法 减小加工余量 合理地选择切削用量 粗加工时可采用强力切削 f和ap较大 精加工时可采用高速切削 在可能的条件下 采用先进的和自动化程度较高的工 夹 量具 在可能的条件下 采用先进的机床设备及自动化控制系统 2 生产率 切削加工中单位时间内生产的零件数量 提高生产率的途径 21 产品的制造成本 费用消耗的总和 它包括毛坯或原材料费用 生产工人工资 机床设备的扩旧和调整费用 工夹量具的折旧和修理费用 车间经费和企业管理费用等 3 经济性 零件切削加工的成本 包括工时成本和刀具成本两部分 并且受基本工艺时间 辅助时间 其他时间及刀具耐用度的影响 切削加工最优的技术经济效果 是指在可能的条件下 以最低的成本高效率地加工出质量合格的零件 每个零件切削加工的费用 切削加工自动化生产 22 二 切削用量的合理选择 对加工质量的影响 切削用量三要素中 背吃刀量和进给量增大 都会使切削力和工件变形增大 并可能引起振动 降低加工精度和增大表面粗糙度 进给量增大还会使残留面积的高度显著增大 表面更加粗糙 切削速度增大时 切削力减小 并可减小或避免积屑瘤 有利于加工质量的提高 1 选择切削用量的一般原则 对生产率的影响 在切削用量中 切削速度对刀具耐用度的影响最大 进给量次之 背吃刀量的影响最小 由于刀具耐用度降低 势必增加换刀或磨刀的次数 增加辅助时间 从而降低生产率 粗加工首先选尽可能大的背吃刀量 其次选尽可能大的进给量 最后选尽可能大的切削速度 精加工一般反之 2 切削用量的选择 23 三 切削液的选用 作用 冷却 润滑 清洗 防锈 1 切削液的作用和种类 种类 水基切削液 比热容大 流动性好 主要起冷却作用 也有一定的润滑作用 油基切削液 切削油 主要成分是矿物油 少数采用动植物油或复合油 比热容小 流动性差 主要起润滑作用 也有一定的冷却作用 24 根据加工性质 工件材料和刀具材料等来选择合适的切削液 2 切削液的选择和使用 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 精加工时 主要希望提高表面质量和减少刀具磨损 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 加工一般钢材时 通常选用乳化液或硫化切削油 加工铜合金和有色金属时 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 为了避免崩碎的切屑进入机床运动部件 一般不用切削液 高速钢刀具的耐热性较低 为了提高刀具耐用度 应根据加工的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较好 一般不用切削液 如果要用 必须连续地 充分地供给 切不可断断续续 以免硬质合金刀片因骤冷骤热而开裂 25 四 材料切削加工性的改善 切削加工性 材料被切削加工的难易程度 1 材料切削加工性的概念和衡量指标 衡量指标 一定刀具耐用度下的切削速度VT 即刀具耐用度为T min 时切削某种材料所允许的切削速度 VT越高 材料的切削加工性越好 若取T 60min 则VT可写作V60 相对加工性Kr 即各种材料的V60与45钢 正火 的V60之比值 已加工表面质量 凡较容易获得好的表面质量的材料 其切削加工性较好 反之则较差 精加工时 常以此为衡量指标 切屑控制或断屑的难易 凡切屑较容易控制或易于断屑的材料 其切削加工性较好 反之较差 切削力 在相同的切削条件下 凡切削力较小的材料 其切削加工性较好 反