第一章_金属切削原理与刀具(二-切削运动规律)

一 切屑种类及形成机理 1 2金属切削基本规律 切削单元OMma OMm a 一个个切削单元叠加起来 从前刀面流出 形成切屑 1 切屑的形成 切削过程是刀具从工件表面上切去多余金属 形成已加工表面的过程 也是工件的切削层金属在刀具前刀面挤压下产生塑性变形 形成切屑被切下来的过程 2 切屑的种类 带状切屑 切削速度较高 刀具的前角较大而切削厚度不大时 加工塑性较好的材料容易获得 这是正常情况下最常见的切屑形态 与刀具接触的底层光滑 背面呈微小锯齿形 延续成带状 挤裂切屑 切削厚度较大 刀具前角较小 容易获得 背面呈较大锯齿形 内表面有时也形成裂纹 单元切屑 切削厚度很大而切削速度极低 刀具前角小 容易获得 切削单元基本不连续 崩碎切屑 加工脆性材料时容易出现 二 金属切削过程中的变形规律1 变形区的划分 变形区 刀刃前方的变形区 主要是沿剪切面的滑移变形 变形区 近刀刃处已加工表面的变形区 该处受刀刃钝圆部分和刀具后刀面的挤压和摩擦 造成工件表面的加工硬化 变形区 与刀具前刀面接触的切屑底层变形区 切屑底层受到前刀面的挤压和摩擦 其金属纤维基本上与前刀面平行 2 切削过程变形的表示方法 变形系数在切削过程中 切削层变形 从工件上分离而形成切屑 但切削前后金属的体积不变 当工件材料相同而切削条件不同时 越大 说明变形越大 当切削条件相同而工件材料不同时 越大 说明材料的塑性越大 ac L aw a0 Lc awc切削前切削后aw awcac L a0 Lc L Lc a0 ac 变形系数 形成切削塑性很好的金属 在高温 200 600 高压和强烈摩擦作用下 由切屑底层微粒逐渐粘结到刀具前刀面上的不稳定的楔块 三 积屑瘤 特点硬度高 脆性大 可代替刀刃进行加工 精加工时避免 采用高速或低速切削 粗加工时利用 采用中速切削 v 5 100m min 对切削过程的影响 采取措施 控制切削速度 避开积屑瘤的生长速度范围 使用切削液 降低切削温度 减小摩擦 对塑性好的材料 可进行热处理 适当提高硬度 降低塑性 使刀具的实际前角增大 使切入深度增加 使加工表面的粗糙度增大 影响刀具耐用度 1 切削力的来源与分解来源 切削层金属的弹性和塑性变形所产生的抗力 刀具与切屑 刀具与工件表面之间的摩擦力 切削力产生于刀具的前刀面 作用于前刀面上的变形抗力与摩擦力 和后刀面 作用于后刀面上的变形抗力与摩擦力 上述力的合力即为总切削力F 四 切削力和切削功率 金属切削加工时 刀具使工件的切削层金属变形成为切屑所需的力 称为切削力 表现为 刀具作用在工件上的力或工件作用于刀具上的反作用力 分解通常 将总切削力F分解成垂直于水平面的主切削力Fz 切向力 作用于水平面的力Fx 轴向力或进给抗力 和Fy 径向力或吃刀抗力 主切削力Fz 切向力 总切削力 F在主运动方向的分力 约占总切削力的80 90 是计算机床动力和主传动系统强度和刚度的主要依据 进给抗力Fx 轴向力 总切削力在进给运动方向上的分力 约为主切削力的0 1 0 6倍 是设计和验算进给机构的主要依据 吃刀抗力Fy 径向力 总切削力在切削深度方向上的分力 约为主切削力的0 15 0 7倍 它使机床 夹具 工件等变形并引起振动 使工件产生形状误差 也影响工件的表面粗糙度 2 切削力的计算 指数形式的切削力经验公式 FZ CFZapxFZfyFZKFZFX CFXapxFXfyFXKFXFY CFYapxFYfyFYKFY 主切削力的估算 Fz p Ac p ap f N 式中 p 单位切削力 N 进刀深和走刀量 ap和f 增加f 减少ap 有利于减低切削力 工件材料 工件强度越高 所需切削力越大 刀具角度 前角 后角 主偏角等都会影响 切削速度 3 影响切削力的因素 切削力的理论公式 FZ sacaw 1 4 C 式中 s 工件材料的剪切屈服极限 ac 切削厚度 aw 切削宽度 变形系数 C 常数 其数值可查切削手册 4 切削功率 消耗在切削过程中的功率 在车削外圆时 Fy方向上的运动速度为零 功率也为零 Fx方向上的运动速度很小 消耗功率也很小 可忽略不计 因此切削功率可用下式近似计算 PZ KW Fz v 1000 式中 v 切削速度 m s Fz 主切削力 N 或 PZ KW Fz v 1000 60 式中 v 切削速度 m min Fz 主切削力 N 五 切削热 切削温度和切削液1 切削热 在零件的切削加工过程中 材料的弹 塑性变形 切屑 工件与刀具间的摩擦所消耗的功 绝大部分都转化为热能 称为切削热 热源 三个变形区及切屑与前刀面 工件与后刀面的摩擦热 散热 从切屑 刀具 工件和周围介质中传散 其中切屑带走的热量最多 约占50 80 影响 加剧刀具磨损 降低工件表面质量 使工件和刀杆变形 影响工件加工精度 2 切削温度 1 切削温度的概念 切削区 主要包括刀具 切屑和工件 的平均温度 随切削温度温度升高 切屑颜色由银白变成黄白 金黄 紫 深蓝和浅蓝色 2 影响切削温度的主要因素 切削用量 提高切削用量 切削温度提高 其中切削速度的影响最为明显 工件材料 工件材料的强度和硬度越高 切削功率越大 切削温度越高 刀具角度与磨损 减小主偏角 增大前角和刀尖园角半径 降低切削温度 磨损大 切削温度升高 3 切削液 1 切削液的作用冷却 带走热量 降低切削温度润滑 渗入切削区 在金属表面形成