影响刀具切削力的因素

影响切屑变形的主要因素 1 工件材料的力学性能 材料强度越高 塑性越小 则变形系数越小 切削变形减小 下面图 2 切削用量 1 切削速度 切削速度是通过积屑瘤的生长消失过程影响切削变形大小的 在积屑瘤增长的速度范围内 因积屑瘤导致实际工作前角增加 剪切角 增大 变形系数减小 在积屑瘤消失的速度范围内 实际工作前角不断减小 变形系数 不断上升至最大值 此时积屑瘤完全消失 图 在无积屑瘤的切削速度范围 切削速度愈高 变形系数愈小 切削铸铁等脆性金属时 一般不产生积屑瘤 随着切削速度增大 变形系数逐渐地减小 图工件材料强度对变形系数的影响 图切削速度对变形系数的影响 当进给量f增大时 切削层厚度hD增大 切屑的平均变形减小 变形系数 减小 图 3 刀具几何参数 前角增大 剪切角 增大 而剪切角越大 则变形系数 减小 变形系数与前角之间的关系如图所示 刀尖圆弧半径越大 变形系数 越大 切削变形越大 图 图切削厚度与变形系数的关系 图前角对变形系数的影响 图刀尖圆弧半径对变形系数的影响 第四节影响切削力的因素 重点 1工件材料的影响2切削用量的影响3刀具几何参数的影响4刀具材料的影响5切削液的影响6刀具后刀面磨损的影响 一 工件材料对切削力的影响 a 被加工工件材料的强度 硬度越高 则 s越大 虽然变形系数 有所减小 但总起来切削力还是增大的 c 在同样热处理状态下 切削合金钢的切削力比碳素钢大 化学成分 d 同一种材料热处理状态不同 切削力也不相同 e 有色金属的强度低 虽塑性较大 但加工硬化倾向小 所以切削力较小 f 铸铁等脆性材料 塑性小 加工硬化小 形成的是崩碎切屑 接触小 摩擦力小 所以切削力较小 b 如材料的强度 硬度相同 则塑性 延伸率 韧性 冲击值 k 越大 切削力越大 加工硬化 ap的指数xFc 1 而f的指数yFc 0 75 0 9 即当ap加大一倍时 Fc约增大一倍 而f加大一倍时 Fc只增大68 86 a 切削深度和进给量 二 切削用量的影响 重点 进给量 背吃刀量增大 二者都会使切削力增大 而实际上背吃刀量对切削力的影响要比进给量大 其主要原因在于 p增大一倍时 切削厚度hD不变 而切削宽度bD则增大一倍 切削刃上的切削负荷也随之增大一倍 即变形力和摩擦成倍增加 最终导致了切削力以成倍增加 f增大一倍时 切削宽度bD不变 只是切削厚度hD增大一倍 平均变形减小 故切削力增加不到一倍 切削速度对切削力的影响 切削塑性金属时 在vc50m min 切削温度升高 使平均摩擦系数下降 切削力也随之下降 b 切削速度 加工塑性材料时 如下图所示加工脆性材料时 因塑性变形小 摩擦小 所以影响小 三 刀具几何参数对切削力的影响 具体分析见后面的各页PPT 5 刀尖圆弧半径 r 对Fy Fx影响较大 对Fz影响较小 1 前角 Fz 2 负倒棱 负倒棱 进给量 b f F 3 主偏角 Fy Fz Fx Fz 4 刃倾角 s变化 合力F的方向 s Fy Fx Fz基本不变 1 前角对切削力的影响所有刀具角度中 影响最大 1 加工塑性材料时 前角 0增大 变形系数减小 因此切削力降低 2 加工脆性材料 加铸铁 青铜 时 由于切屑变形很小 所以前角对切削力的影响不显著 1 主偏角kr对切削力Fc的影响较小 影响程度不超过10 主偏角kr在60 75 之间时 切削力Fc最小 因为还要考虑刀尖圆弧的影响2 主偏角kr对背向力Fp和进给力Ff的影响较大 式中 FD 切削合力F在基面内的分力 可见Fp随kr的增大而减小 Ff则随kr的增大而增大 2 主偏角对切削力的影响 3 刀尖圆弧半径对切削力的影响 刀尖圆弧半径re增大 使切削刃曲线部分的长度和切削宽度增大 但切削厚度减薄 各点的kr减小 所以re增大相当于kr减小时对切削力的影响 4 刃倾角对切削力影响 1 刃倾角 s在很大范围 40 40 内变化时对切削力Fc没有什么影响 2 刃倾角 s对Fp和Ff影响较大 随着 s的增大 Fp减小 而Ff增大 5 负倒棱对切削力的影响 在前刀面上磨出的负倒棱br的宽度与进给量f之比增大 切削力随之增大 但当切削钢 或切削灰铸铁时 切削力趋于稳定 接近于负前角刀具的切削状态 四 刀具材料的影响 主要是刀具材料与工件材料的摩擦系数的影响通常按CBN 陶瓷 涂层硬质合金 高速钢的顺序切削力依次增大 硬质合金中 按Co增加和TiC减小 摩擦增加 五 切削液的影响 切削液具有润滑作用 使得切削力降低 水容液 冷却为主 影响很小 切削油 润滑为主 影响较大 六 刀具后刀面磨损的影响 刀具后刀面磨损带宽愈大 切削力愈大 VB对背向力Fp影响最显著 前刀面磨损前后刀面同时磨损 二切削温度 概念 指前刀面与切屑接触区内的平均温度 它由切削热的产生和传出的平衡条件所决定 产生的热越多 传出的热越慢 切削温度越高 反之 切削温度越低 结论 凡是增大切削力和切削功率的因素都会使切削温度上升 有利于切削热传出的因素都会使切削温度降低 因此为了有效地控制切削温度以提高刀具寿命 在机床允许地条件下 选用较大的吃刀深度和进给量 比选用大的切削速度更为有利 1 切削速度切削速度对切削温度有显著的影响 V C 2 进给量进给量对切削温度有影响 f C 3 切削深度切削深度对切削温度影响很小 2 刀具几何参数对切削温度的影响 1 前角对切削温度的影响初期 C 锋利后期 C 散热 2 主偏角对切削温度的影响 r C 主偏角 r减小时 使切削宽度aw增大 切削厚度ac减小 故切削温度下降 要分析切削温度与切削厚度的关系公式见课本87面 公式 5 20 3 负倒棱对切削温度的影响负倒棱b 1在 0 2 f范围内变化 刀尖圆弧半径re在0 1 5mm范围内变化 基本上不影响切削温度 产热增加 因为负倒棱宽度及刀尖圆弧半径的增大 会使塑性变形区的塑性变形增大 散热增加 但另一方面这两者都能使刀具的散热条件有所改善 传出的热量也有所增加 两者趋于平衡 所以对切削温度影响很小 4 脆性金属的抗拉强度和延伸率都较小 切削过程中切削区的塑性变形很小 切屑呈崩碎状或脆性带状 与前刀面的摩擦也较小 所以产生的切削热较少 切削温度一般比切削钢料时低 同切削45钢相比较 切削灰铸铁HT20 40时的切削温度大约低20 30 4 工件材料对切削温度的影响 1 工件材料的硬度和强度越高 切削时所消耗的功就越多产生的切削热也多 2 合金结构钢的强度普遍高于45钢 而导热系数有一般均低于45钢 所以切削合金结构时的切削温度一般均高于切削45钢时的切削温度 3 不锈钢1cr18Ni9Ti和高温合金GH131不但导热系数低 而且在高温下仍能保持较高的强度和硬度 所以切削这种类型的材料时 切削温度比切削其他材料要高得多 5 刀具磨损的影响 刀具磨损越大 切削温度越高切削速度越大 磨损加剧 温度越大 6 切削液的影响 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的关系 从导热性能来看 油类切削液不如乳化液 乳化液不如水基切削液 1 剪切面上各点温度几乎相同 2 前刀面和后刀面上的最高温度都不在刀刃上 而是在离刀刃有一定距离的地方 原因是摩擦热传递3 在剪切区域中 垂直剪切面方向上的温度梯度很大 4 在切屑靠近前刀面的一层 简称底层 上温度梯度很大 离前刀面0 1 0 2mm 温度就可能下降一半 5 后刀面的接触长度较小 因此温度的升降是在极短时间内完成的 因此产生热冲击 6 工件材料塑性越大 则前刀面上的接触长度愈大 切削温度的分布也就较均匀些 反之 工件材料的脆性愈大 则最高温度所在的点离刀刃愈近 7 工件材料的导热系数愈低 则刀具的前 后刀面的温度愈高 比如切削钛合金 四 切削温度对工件 刀具和切削过程的影响1 切削温度对工件材料强度和切削力的影响 不大 原因 1 高速切削 变形速度很高 材料强度增加 同时 切削温度增加 将使材料强度降低 两者综合 影响不大 2 切削温度是在切削变形过程中产生的 因此对剪切面上的应力应变状态来不及产生很大的影响 只对切屑底层的剪切强度产生影响 2 对刀具材料的影响 提高切削温度 可提高硬质合金韧性 不易崩刃 降低磨损 各类刀具材料在切削各种工件材料时 都有一个最佳切削温度范围