《机械制造基础》——车削运动和切削用量切削变形、切削力与切削温度PPT课件

1 如果刀具的材料强度和韧性大 则刀具选择大的还是小的前角 而脆性大的刀具又如何选择 强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角 而脆性大的刀具甚至取负的前角 2 加工塑性材料时 一般选择大的还是小的前角 加工钢件等塑性材料时 一般采用选择大的前角 3 加工脆性材料时 刀具前角相对塑性材料如何选择 加工脆性材料时 刀具前角相对塑性材料取得小些或取负值 以提高刀刃的强度 4 粗加工和精加工时刀具的前角有何区别 粗加工时 一般取较小的前角 精加工时 宜取较大的前角 以减小工件变形与表面粗糙度 复习提问 5 工件材料强度或硬度较高时 一般采用较小还是较大的后角 工件材料强度或硬度较高时 为加强切削刃 一般采用较小后角 6 对于塑性较大材料 一般取较小还是较大的后角 对于塑性较大材料 已加工表面易产生加工硬化时 后刀面摩擦对刀具磨损和加工表面质量影响较大时 一般取较大后角 7 切削时 刃倾角 s是如何影响切屑流向的 s为正值时 切屑向床头方向流出 影响工人操作 s为负值时 切屑向尾座方向流出 影响已加工面 s为零时 切屑沿垂直切削刃的方向流出 1 1切削运动和切削用量 金属切削加工 用金属切削刀具从工件上切除多余的金属 从而获得形状精度 尺寸精度 位置精度及表面质量都符合技术要求的零件 这种加工方法就叫金属切削加工 一 切削运动 在切削加工中刀具与工件的相对运动 称为切削运动 观察外圆车削视频 指出有哪些切削运动 工件的旋转运动车刀沿工件轴线方向的直线移动车刀垂直于工件轴线方的直线移动 切削运动按其功用不同可分为主运动和进给运动 观察钻孔视频 指出有哪些切削运动 麻花钻的转动麻花钻沿轴线方向的直线移动 金属切削加工要切除工件上多余的金属 形成已加工表面 必须具备两个基本条件 切削运动和刀具 切削运动的复杂程度将影响机床的结构 刀具的复杂程度将影响刀具刃磨制造的难易程度 同时也会促进刀具材料 刀具制造工艺的发展 1 主运动由机床或人力提供的刀具与工件之间主要的相对运动 它使刀具切削刃及前刀面切入工件材料 使被切削层转变为切屑 从而形成工件的新表面 在切削运动中 主运动速度最高 耗功最大 是切下切屑所必须的基本运动 在切削中必须有一个主运动 而且只能有一个主运动 车削时主运动是工件的旋转运动 铣削时主运动是铣刀的旋转运动 刨削时主运动是工件或刀具的往复运动 2 进给运动进给运动是刀具与工件之间附加的相对运动 它配合主运动依次地或连续不断地切除工件上多余金属 从而形成具有所需几何特性的已加工表面 进给运动可由刀具完成 如车削 也可由工件完成 如铣削 可以是间歇的 如刨削 也可以是连续的 如车削 车削时进给运动是车刀的直线移动 铣削时进给运动是工件的直线移动 刨削时进给运动是工件或刀具的横向移动 1 2 2 1 1 1 2 2 车削运动 车削工件时 必须使工件和刀具作相对运动 根据运动的性质和作用 车削运动可分为工件的旋转运动 和车刀的直线 或曲线 移动 车成型面 车削运动 主运动 直接切除工件上的切削层 并使之变成切屑形成工件新表面的运动 进给运动 使工件上多余材料不断被切除的运动 进给运动又可分横向进给运动和纵向进给运动 车端面 车外圆 二 工件上的加工表面 1 待加工表面 工件上有待切除的表面 它可能是毛坯表面或加工过的表面 2 已加工表面 工件上经刀具切削后产生的表面 3 过渡表面 工件上由刀具正在切削的那一部分表面 它将在下一转被切除 n f 主运动 进给运动 考考你 你记住了吗 车削时工件上形成的表面 切削用量三要素 三 切削用量 车削工件上已加工表面和待加工表面之间的垂直距离 工件每转一圈 车刀沿进给方向移动的距离 它是衡量进给运动大小的参数 单位为mm r 是切削刃上选定点相对工件的主运动的瞬间速度 它是衡量主运动大小的参数 单位m s 切削用量是衡量切削运动大小的参数 合理选择切削用量是保证加工零件的质量 提高生产效率 降低生产成本的有效方法之一 1 切削速度vc d 工件待加工表面最大直径 mm n 工件转速 r s 车削时 是切削刃上选定点相对工件的主运动的瞬时速度 衡量主运动大小的参数 vc 切削速度 m s 在计算时应以最大的切削速度为准 如车削时以待加工表面直径的数值进行计算 因为此处速度最大 刀具磨损最快 方向 切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方向 例题 车削直径为40mm的工件外圆 选定的切削速度为1 4m s 试求车床主轴的转速n 考考你 解 1 2 f 2 进给量 工件每转一圈 车刀沿进给方向移动的距离 单位为mm r 进给速度vf是指切削刃上选定点相对于工件进给运动的瞬时速度 单位 mm s vf fn vf 进给速度 mm s n 主轴转速 r s f 进给量 mm r 方向 切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给方向 3 背吃刀量 p 车削工件上已加工表面和待加工表面之间的垂直距离 单位为mm 计算公式 1 车削时 是主运动 A 工件的旋转B 车刀的移动C 钻头钻孔D 吃刀 2 切削用量三要素包括 A 切削厚度 背吃刀量及进给量B 切削速度 背吃刀量及进给量C 切削速度 切削宽度及进给量D 切削速度 切削厚度及进给量 3 将直径为 60mm工件一次车成为 52mm 则背吃刀量 A 8mmB 4mmC 2mmD 5mm 4 是衡量主运动大小的参数 A 进给速度B 切削速度C 背吃刀量D 切削厚度 A B B B 考考你 切削用量三要素 d 工件待加工表面最大直径 n 主运动每分钟转数 r min 单位为mm r 加工直径为 60mm的工件外圆 一次加工车外圆至 54mm 长度至225mm 进给量 采用0 1mm r 主轴转速为450r min 1 背吃刀量 p是多少 2 加工一次所需的时间 解 1 2 1 2切削变形 切削力与切削温度 一 切削变形及其主要影响因素1 切屑的形成 切削时 工件上的切削层受刀具的挤压 产生弹性变形而至塑性变形 由于受下部金属的阻碍 切削层只能沿OM线 约与外力作用线成45 产生剪切滑移 OM线称为剪切线或滑移线 将金属材料的被切层看作一叠卡片 如1 2 3 4 5 当刀具切入时 卡片被推到了1 2 3 4 5 位置 卡片之间产生了相对滑移 滑移方向就是最大切应力的剪切面 2 切屑的形态 切削金属时 由于工件材料不同 切削条件不同 切削过程中变形的程度也不一样 所形成的切屑形态多种多样 主要有以下几种 1 带状切屑外形连绵不断 与前刀面接触的面很光滑 背面呈毛茸状 用较大前角 较高的切削速度和较小的进给量切削塑性材料时 容易得到带状切屑 2 节状切屑切屑的背面呈锯齿形 底面有时出现裂纹 采用较低的切削速度和较大的进给量切削中等硬度的钢件时 容易得到节状切屑 b 节状切屑 3 粒状切屑 这类切屑基本上是分离的梯形单元切屑 进一步减小切削速度和前角 增加切削厚度 使整个剪切面上的切应力超过材料的破裂强度时便可得到这种切屑 4 崩碎切屑切削铸铁等脆性材料时 切削层产生弹性变形后 一般不经过塑性变形就突然崩碎 形成不规则的碎块状屑片 称为崩碎切屑 3 积屑瘤 1 积屑瘤现象及产生的原因 切削塑性材料时 由于切屑底面与前刀面的挤压和剧烈摩擦 使切屑底层的流动速度低于上层的流动速度 形成滞流层 当滞流层金属与前刀面之间的摩擦力超过切屑本身分子间结合力时 滞流层的部分新鲜金属就会粘附在刀刃附近 形成楔形的积屑瘤 2 积屑瘤影响有利的一面 包覆在切削刃上代替切削刃工作 起到保护切削刃的作用 提高刀具的寿命 不利的一面 加工表面质量下降 粗加工时允许有积屑瘤存在 但在精加工时 一定要设法避免 3 控制积屑瘤措施a 提高工件材料的硬度 减少塑性和加工硬化倾向 b 控制切削速度 从而控制切削温度 低速时低温 高速时高温都不产生积屑瘤 因此 可选择低速或高速切削 c 采用润滑性能良好的切削液 减小摩擦 d 增大前角 减小进给量 背吃刀量 4 影响切削变形的主要因素 1 工件材料在切削条件相同的情况下 被切材料的强度越大 切削变形越小 被切材料的塑性越大 越容易产生塑性变形 所以切削低碳钢等塑性材料时 塑性变形较严重 2 切削用量切削速度对切削变形的影响呈波浪形变化 在低速和高速切削时都不易形成积屑瘤 增大进给量 切屑厚度增加 切削变形减小 3 刀具几何角度前角越大 切削变形越小 二 切削力及其主要影响因素1 切削力的来源 切削过程中 刀具施加于工件使工件材料产生变形 并使多余材料变为切屑所需的力 称为切削力 切削力来自于金属切削过程中克服被加工材料的弹 塑性变形抗力和摩擦阻力 切屑 工件与刀具间的摩擦力 F 总切削力Fc 主切削力Fp 背向力Ff 进给力 各切削分力对切削过程的影响 Fc Fp Ff 作用于机床进给系统 是设计机床所需重要参数消耗总功率的1 5 对刀具 压弯刀杆 影响刀具强度对工件 阻止工件旋转 消耗机床动力 顶弯工件 当工艺系统刚度不足时 易使工件产生形状误差 并易引起振动 可增大Kr解决加工中Fp不作功 不消耗功率 2 影响切削力的主要因素 1 工件材料的影响 材料的强度 硬度越高 则屈服强度越高 切削力越大 在强度 硬度相近的情况下 材料的塑性 韧性越大 则刀具前面上的平均摩擦系数越大 切削力也就越大 2 切削用量的影响进给量f和背吃刀量ap增加 使切削力Fc增加 切削速度 c 切削速度在5 20m min区域内增加时 积屑瘤高度逐渐增加 切削力减小 切削速度继续在20 35m min范围内增加 积屑瘤逐渐消失 切削力增加 在切削速度大于35m min时 由于切削温度上升 摩擦系数减小 切削力下降 一般切削速度超过90m min时 切削力无明显变化 在切削脆性金属工件材料时 因塑性变形很小 刀屑界面上的摩擦也很小 所以切削速度 c对切削力Fc无明显的影响 在实际生产中 如果刀具材料和机床性能许可 采用高速切削 既能提高生产效率 又能减小切削力 3 刀具几何参数的影响 a 前角大 切屑易于从前刀面流出 切削变形小 切削力下降 塑性材料比脆性材料影响明显 b 主偏角增大 进给力Ff增加 而背向力Fp减小 对主切削力Fc影响不大 刚性较差的细长轴选用较大的主偏角 c 刃倾角由正值变为负值时 Fp将增加 Ff减小 所以车刚性较差的工件时 一般不取负的刃倾角 d 刀尖圆弧半径增大 背向力Fp明显增加 三 切削温度及其主要影响因素1 切削热和切削温度 1 切削热的产生和传出 在切削过程中所消耗的功 绝大部分转变为热 即切削热 切削热的主要来源是被切削层金属的变形 切屑与前刀面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦 切削热的产生和传散 影响切削区域的温度 切削区域的平均温度称为切削温度 2 切削温度及其分布 前刀面上的最高温度不在切削刃上 而是距离切削刃有段距离 温度分布不均匀 温度梯度大 工件材料脆性越大 分布越不均匀 3 切削温度的主要影响因素 1 工件材料的影响材料的强度 硬度越高 则切削抗力越大 消耗的功越多 产生的热就越多 导热系数越小 散热越慢 切削区的切削温度就越高 切削脆性材料 因变形小 摩擦小 切削温度较低 2 切削用量的影响背吃刀量对切削温度的影响很小 进给量增加 产生的热量增加 切削温度有所升高 切削速度增加 变形功与摩擦转变的热量急剧增多 切削温度显著提高 3 刀具几何参数的影响1 前角 o 塑性变形和摩擦 切削温度 但前角不能太大 否则刀具切削部分的锲角过小 容热 散热体积减小 切削温度反而上升 2 主偏角 r 切削刃工作接触长度 切削宽度bD 散热条件变差 故切削温度 1 常见的切屑类型有 和 2 进给量增加 产生的热量 切削温度有所 切削速度增加 变形功与摩擦转变的热量急剧 切削温度显著 3 总切削力F可分解为三个互相垂直的分力 他们分别是 和 4 车外圆时 在三个切削分力中 能压弯刀杆 阻止工件旋转的分力是 顶弯工件 加工中不做功的分力是 作用于机床进给系统的分力是 5 前角增大 塑性变形和摩擦 切削温度 但前角不能太大 如果前角过大 会造成刀具切削部分的容热 散热体积