金属切削过程的基本规律

金属切削及机床基本知识,2.2金属切削过程的基本规律,重庆大学,2.2.1金属切削过程,1.切屑的形成(变形区的划分）,1.切屑的形成（形成过程）,切屑的形成过程，就其本质来讲，就是切削层金属在刀具的推挤作用下，产生剪切滑移变形的过程。,1.切屑的形成（切屑种类）,1.切屑的形成,切屑类型,切屑厚度压缩比h,切屑厚度压缩比h的计算,1.切屑的形成（衡量切屑变形程度的方法）,剪切角,1.切屑的形成（衡量切屑变形程度的方法）,图2-28剪切变形示意图,2.积屑瘤,积屑瘤与切削刃的金相显微照片,2.积屑瘤,(1)积屑瘤的形成：,2.积屑瘤,(2)积屑瘤对切削过程的影响：1)保护刀具,2.积屑瘤,(2)积屑瘤对切削过程的影响：2)使刀具的工作前角增大,刀具变锋利；,2.积屑瘤,(2)积屑瘤对切削过程的影响：3)积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。,2.积屑瘤,(2)积屑瘤对切削过程的影响：4)积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。,2.积屑瘤,0,Ra,Vc,(3)积屑瘤的影响因素：1)工件材料的塑性；,讨论:切削塑性材料时,怎么办?,2.积屑瘤,(3)积屑瘤的影响因素：2)切削速度；,切削速度对积屑瘤的影响,2.积屑瘤,(3)积屑瘤的影响因素：2)切削速度；,切削速度对积屑瘤的影响,V拉=1.024.8m/min,V铰=1.985.04m/min,V金刚镗=150300m/min,2.积屑瘤,(3)积屑瘤的影响因素：3)刀具前角；,为什么精加工时,要采用大前角?,2.积屑瘤,(3)积屑瘤的影响因素：1)工件材料的塑性；2)切削速度；3)刀具前角；4)冷却润滑条件。,2.积屑瘤,3.影响切屑变形的主要因素,(1)工件材料,工件材料强度对切屑变形的影响软钢，如15钢中硬钢，如30钢硬钢，如T12钢,3.影响切屑变形的主要因素,(2)刀具前角,3.影响切屑变形的主要因素,(3)切削速度,3.影响切屑变形的主要因素,(4)进给量,(f),2.2.2切削力,总切削力F,1.总切削力的分解和切削功率(1)总切削力的分解,Vc,Vf,2.2.2切削力,1)主切削力Fc,2)背向力Fp(径向力),3)进给力Ff(轴向力),1.总切削力的分解和切削功率(1)总切削力的分解,2.2.2切削力,1.总切削力的分解和切削功率(1)总切削力的分解,2.2.2切削力,1.总切削力的分解和切削功率(2)切削功率,Vc,Vf,2.2.2切削力,1)主切削力Fc,2)背向力Fp(径向力),3)进给力Ff(轴向力),1.总切削力的分解和切削功率,(2)切削功率,单位：kw(1w=1Nm/s),Fc切削力，单位：N；vc切削速度，单位：m/min。,1.总切削力的分解和切削功率,(2)切削功率,单位：kw,c机床传动效率，一般，取c=0.750.85。,2.2.2切削力,2.切削力的经验公式主切削力背向力进给力,2.切削力的经验公式,主切削力,切削时消耗的功率,2.切削力的经验公式,计算举例：用YT5硬质合金车刀外圆纵车b=630MPa的热轧45钢，车刀几何参数为ro=10、kr=75、s=5，切削用量为asp=2mm、f=0.3mm/r、Vc=100m/min。试计算切削力Fc、Fp、Ff及切削功率Pc。,2.切削力的经验公式,解：P34查表2-5得：CFC=2795xFC=1.0yFC=0.75nFC=-0.15,2.切削力的经验公式,解：,2.切削力的经验公式,解：,当b=630MPa时,2.切削力的经验公式,续：,按kr=75查表2-6，得,按go=10查表2-6，得,按ls=-5查表2-6，得,2.切削力的经验公式,续：,2.切削力的经验公式,标准切削实验：用YT15硬质合金车刀外圆纵车b=650MPa的45钢，车刀几何参数为ro=10、kr=45、s=0。,总切削力的来源有两个方面：一是克服被加工材料对弹性变形和塑性变形的抗力；二是克服切屑对刀具前面的摩擦阻力和工件表面对刀具后面的摩擦阻力。,3.影响切削力的因素,总切削力F,3.影响切削力的因素,3.影响切削力的因素,(1)工件材料的性能对切削力有显著的影响。,工件：b、HB,FC,工件：塑性、韧性,FC,例：高碳钢与中碳钢,例：不锈钢与中碳钢,3.影响切削力的因素,(2)切削用量对切削力的影响。1)背吃刀量asp和进给量f对切削力的影响;,刀具材料YT15，工件材料45钢b=650Mpa，车刀几何参数为go=10、kr=45、ls=0。,asp增大一倍，FC也增大一倍；而f增大一倍，FC只能增大68%80。,标准切削试验：,由此可见，从减小切削力和节省动力消耗的观点出发，在切除相同余量的条件下，增大f比增大asp更为有利。,3.影响切削力的因素,3.影响切削力的因素,(2)切削用量对切削力的影响。2)切削速度Vc对切削力的影响;,切削塑性材料时,3.影响切削力的因素,(2)切削用量对切削力的影响。2)切削速度Vc对切削力的影响;,3.影响切削力的因素,(3)刀具几何参数对切削力的影响。1)前角ro对切削力的影响;,刀刃锋利,前角o,变形抗力,切削力,3.影响切削力的因素,(3)刀具几何参数对切削力的影响。1)前角ro对切削力的影响;,前角对切削力的影响asp=4mmf=0.25mm/r,3.影响切削力的因素,(3)刀具几何参数对切削力的影响。2)主偏角kr对切削力的影响;,3.影响切削力的因素,(3)刀具几何参数对切削力的影响。3)刃倾角s对切削力的影响;,ls,背前角rp,侧前角,rf,Fp,Ff,3.影响切削力的因素,(3)刀具几何参数对切削力的影响。4)刀尖圆弧半径r对切削力的影响;,kr,g,3.影响切削力的因素,(3)刀具几何参数对切削力的影响。5)使用切削液对切削力的影响;,使用切削液，可降低刀具前后刀面的摩擦,FC,2.2.3切削热和切削温度,2.2.3切削热和切削温度,1.切削热的产生和传出,图2-43切削热的来源与传出,2.2.3切削热和切削温度,1.切削热的产生和传出,式中Q单位时间产生的热量，单位：J/s；Fc切削力，单位：N；vc切削速度单位：m/s。,2.2.3切削热和切削温度,1.切削热的产生和传出,2.2.3切削热和切削温度,2.切削温度的分布,a）法平面内的切削温度分布b）刀具前面上的切削温度分布,805,850,700,800,2.2.3切削热和切削温度,2.切削温度的分布,2.2.3切削热和切削温度,3.影响切削温度的主要因素(1)工件材料,例：合金结构钢与45钢,3.影响切削温度的主要因素,(2)切削用量切削速度,Vc,3.影响切削温度的主要因素,(2)切削用量在切削用量中，切削速度对切削温度的影响最大。,3.影响切削温度的主要因素,(2)切削用量进给量,材料切除率Q=1000vcaspf,f,（但不成正比）,3.影响切削温度的主要因素,(2)切削用量背吃刀量,asp,（但不成正比）,材料切除率Q=1000vcaspfAD(散热面积)=aspf,综上所述，切削用量对切削温度的影响程度以切削速度为最大，进给量次之，背吃刀量最小。,3.影响切削温度的主要因素,因此，切削过程中,如果余量给定，又要求切削温度较低，则在选择切削用量时应:1)首先优先考虑采用大的背吃刀量;2)然后选择一个适当的进给量;3)最后再选择合理的切削速度。,3.影响切削温度的主要因素,上述切削用量选择原则是从最低切削温度出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规程时，确定切削用量的原则。,3.影响切削温度的主要因素,(3)刀具几何参数1)前角,刀刃锋利,前角ro,变形抗力,切削力,3.影响切削温度的主要因素,(3)刀具几何参数2)主偏角,r,kr,散热面积,3.影响切削温度的主要因素,(4)切削液,使用切削液,FC,可降低刀具前后刀面的摩擦,同时,Q散失,2.2.4刀具磨损与刀具寿命,刀具失效刀具磨损刀具破损,1.刀具磨损的形式,2.2.4刀具磨损与刀具寿命,2.刀具磨损的原因(1)擦伤磨损（任何切削温度）(2)粘结磨损（中等偏低切削速度）(3)扩散磨损（高速切削）(4)氧化磨损（高速切削）,2.2.4刀具磨损与刀具寿命,2.刀具磨损的原因(1)擦伤磨损(2)粘结磨损(3)扩散磨损(4)氧化磨损,切削温度对磨损影响的示意图擦伤磨损粘结磨损扩散磨损氧化磨损,2.2.4刀具磨损与刀具寿命,3.刀具磨损过程及磨钝标准(1)刀具的磨损过程,2.2.4刀具磨损与刀具寿命,3.刀具磨损过程及磨钝标准(2)刀具的磨钝标准,2.2.4刀具磨损与刀具寿命,3.刀具磨损过程及磨钝标准(2)刀具的磨钝标准对于一般刀具，常以后面磨损带高度VB的允许极限值作为磨钝标准。,2.2.4刀具磨损与刀具寿命,2.2.4刀具磨损与刀具寿命,3.刀具磨损过程及磨钝标准(2)刀具的磨钝标准定尺寸刀具和自动化生产中的精加工刀具，常以径向磨损量NB的允许值作为磨钝标准。,2.2.4刀具磨损与刀具寿命,3.刀具磨损过程及磨钝标准(2)刀具的磨钝标准,车刀的径向磨损,2.2.4刀具磨损与刀具寿命,(2)刀具的磨钝标准,1)精加工VB0.1mm0.3mm；粗加工VB0.6mm0.8mm。2)工艺系统刚性较差时，应规定较小的磨钝标准；3)粗车钢件，特别是粗车合金钢和高温合金时，磨钝标准要比粗车铸铁时取得小些。4)加工同一种工件材料时，硬质合金刀具的磨钝标准要比高速钢刀具取得小些。,4.刀具寿命,(1)定义刃磨或换刃后的刀具，自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间，称为刀具寿命，符号用T，单位用min或s。,(2)刀具寿命与切削用量的关系,式中，Cv、CT是与切削条件有关的常数；m、n、p为指数其值为：,4.刀具寿命,(2)刀具寿命与切削用量的关系,例如，当用硬质合金车刀车削b=650MPa的中碳钢时，切削用量与刀具寿命的关系为：,4.刀具寿命,(2)刀具寿命与切削用量的关系切削用量对刀具寿命T的影响程度与切削用量对切削温度的影响程度是一致的，切削速度对刀具寿命的影响最大，其次是进给量，背吃刀量的影响很小。,4.刀具寿命,(2)刀具寿命与切削用