M3 2金属切削过程及切削用量选择

1、模块三 金属切削原理与刀具内容一 切削运动及切削要素内容二内容二 切削刀具与刀具材料切削刀具与刀具材料 内容三内容三 切削过程分析切削过程分析 内容四内容四 切削用量选择切削用量选择 一、切削过程、切屑种类及切削瘤一、切削过程、切屑种类及切削瘤1.金属切削过程内容三内容三 切削过程分析切削过程分析金属材料在刀具的作用下金属材料在刀具的作用下变形、分离的过程变形、分离的过程切削层切削层金属金属弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形挤裂挤裂切离切离切切屑屑受到刀具前刀面受到刀具前刀面的推挤后产生弹的推挤后产生弹性变形性变形随着切应力、切应变逐渐随着切应力、切应变逐渐增大，达到其屈服强度时，增大，达到其屈

2、服强度时，产生塑性变形而滑移产生塑性变形而滑移刀具继续切入时，材料内刀具继续切入时，材料内部的应力、应变继续增大，部的应力、应变继续增大，当切应力达到其断裂强度当切应力达到其断裂强度时，金属材料被挤裂时，金属材料被挤裂沿刀沿刀具前具前刀面刀面流出流出2.切屑的种类带状切屑粒状切屑崩碎切屑(4)崩碎切屑(1)带状切屑(2)节状切屑(3)粒状切屑2021-12-132. 2. 切屑的种类切屑的种类1) 1) 带状切屑带状切屑用较大的用较大的 0 0 、 较高的较高的v、较小的较小的f f加工塑性材料时易见加工塑性材料时易见2) 2) 节状切屑节状切屑用较小的用较小的 0 0 、较低的、较低的v 、

3、较大的、较大的f f、粗加工中等硬度的塑性材料时易见粗加工中等硬度的塑性材料时易见3) 3) 崩碎状切屑崩碎状切屑切削黄铜或铸铁等脆性材料时易见切削黄铜或铸铁等脆性材料时易见切屑的种类特点比较粗糙较粗糙较光洁表面质量表面质量Ra波动大、振动波动更大有波动平稳波动小切削力切削力弹变塑变（短时）崩碎弹变塑变（长时）挤裂脆性材料脆性材料铸铁、黄铜中等硬度中等硬度(中碳钢)塑性好塑性好工件材料工件材料再大较大小f、ap再减小小大o再降低较低高Vc崩碎切屑崩碎切屑粒状切屑粒状切屑节状切屑节状切屑带状切屑带状切屑过程特点过程特点中等硬度中等硬度(中碳钢)2021-12-13控制切削条件，使切屑形态向有利于

4、生控制切削条件，使切屑形态向有利于生产的方面转化，可保证切削加工的顺利进行产的方面转化，可保证切削加工的顺利进行前角前角切削速度切削速度进给量进给量有利于有利于使粒状切屑、节状使粒状切屑、节状切屑切屑带状切屑转带状切屑转化化使切削过程平稳使切削过程平稳降低加工表面粗降低加工表面粗造度数值造度数值3、积屑瘤、积屑瘤1）积屑瘤的形成2）对加工的影响挤裂切削高温高压摩擦阻力熔态金属滞留层粘附于刀尖积屑瘤积屑瘤硬度比原材料高；增大刀具前角代替刀具切削，且更锋利了 积屑瘤增大挤裂阻力积屑瘤脱落再形成积屑瘤优点缺点部分积屑瘤粘附在已加工表面；刀尖位置浮动；积屑 瘤时有时无表面质量、加工尺寸精度差 粗加工利

5、用精加工避免3、积屑瘤3）影响积屑瘤的因素及控制方法）影响积屑瘤的因素及控制方法主要的影响因素主要的影响因素切削速度（切中碳钢）100 m/min不形成冷却润滑条件300500oC最易产生500oC趋于消失降低塑性低速或高速选用切削液控制措施工件材料塑性越大越易产生 二、切削力及切削功率二、切削力及切削功率1.切削力的产生及切削分力1）切削力的构成 材料的变形抗力材料的变形抗力 切屑、工件表面与刀具切屑、工件表面与刀具的摩擦力的摩擦力2）切削力的分解 三个分力： 切削力 Fc 进给力Ff 背向力Fp 总切削力：F222pfcFFFF1.切削力的产生及切削分力2 2）切削力的不利影响）切削力的不

6、利影响主切削力主切削力F Fc c 使刀具向下弯曲或折断；使刀具向下弯曲或折断；进给力进给力F Ff f使刀具向右偏斜；使刀具向右偏斜；背向力背向力F Fp p使工件弯曲折断或加工后严重变使工件弯曲折断或加工后严重变形形 二、切削力及切削功率二、切削力及切削功率二、切削力及切削功率1.切削力的产生及切削分力 解决背向力不利影响办法解决背向力不利影响办法 增大主偏角Kr安装跟刀架二、切削力及切削功率二、切削力及切削功率1.切削力的产生及切削分力 解决背向力不利影响办法解决背向力不利影响办法 2.影响切削力的主要因素：影响切削力的主要因素：二、切削力及切削功率二、切削力及切削功率 工件材料：、HB

7、、k，则F 切削用量：ap、f，则F，背吃刀量影响大背吃刀量影响大于进给量影响于进给量影响 刀具角度： 0，F；kr，则Fp、Fc 冷却条件：加切削液，F二、切削力及切削功率3.切削力的估算切削力的估算ccFcFcFyxpFcKfaCF （1）经验公式计算例：用例：用o=15o、Kr=75o的硬质合金刀切削热轧结构钢外圆，计算公式为的硬质合金刀切削热轧结构钢外圆，计算公式为cFpcKfaF84. 01609NN;关的系数与工件材料刀具材料有cFC;指数、ccFFyx关的修正系数。、刀具磨损及切削液有与切削用量、刀具角度cFK二、切削力及切削功率3.切削力的估算切削力的估算（2）主切削力估算kc

8、切削层单位面积切削力，N/mm2，表3-4bD 切削层公称宽度，mm,hD切削层公称厚度单位，mm NhbkFDDcC4.切削功率切削功率310ccmvFPKWFc单位为N, vc单位m/s三、切削热与切削温度三、切削热与切削温度1.切削热的产生、传散及其对加工方法的影响切削热的产生、传散及其对加工方法的影响（1）产生及传散（2）对加工的影响高温工件硬度降低切削力减小切削力减小利于切削利于切削 摩擦加剧摩擦加剧刀具不耐用刀具不耐用高温工件变形工件变形加工精度降低加工精度降低产生：产生：晶格变形滑移75%切屑 与刀具摩擦20%工件与刀具后刀面摩擦5%传散：传散：切屑：65%；工件：9%刀具：25

9、%；空气：1%弊弊大大于于利利三、切削热与切削温度三、切削热与切削温度2.影响切削温度的因素影响切削温度的因素 （1）切削温度）切削温度:刀具表面上与切屑和工件刀具表面上与切屑和工件接触处的平均温度接触处的平均温度经验判定：经验判定：切屑颜色切屑颜色银白色银白色100，切削力小；，切削力小；淡黄色淡黄色200，切削力中等；，切削力中等；紫黑色紫黑色320，切削很大。，切削很大。 三、切削热与切削温度三、切削热与切削温度（2）影响因素例：车削钢材时08. 014. 03 . 0pcafvC切削用量：切削用量：v影响最大；f影响次之；ap影响较小工件材料硬度工件材料硬度刀具几何角度刀具几何角度增大

10、前角，刀具锋利增大前角，刀具锋利刀具磨损程度；刀具磨损程度；切削液性能切削液性能四、切削液四、切削液（1）种类（2）作用（3）选用冷却润滑清洗防锈水基油基加工性质：粗加工，降低切削温度加工性质：粗加工，降低切削温度选择水选择水基切削液、低浓度乳化液；精加工，表面精度与基切削液、低浓度乳化液；精加工，表面精度与质量质量切削油、高浓度乳化液切削油、高浓度乳化液工件材料：钢材工件材料：钢材乳化液；难加工合金钢乳化液；难加工合金钢极压切削油；有色金属高浓度乳化液、煤油；极压切削油；有色金属高浓度乳化液、煤油；铸铁铸铁不用切削液不用切削液刀具材料：高速钢刀具材料：高速钢切削液；硬质合金刀具切削液；硬质合

11、金刀具-不用切削液不用切削液b.b.乳化液：乳化油乳化液：乳化油+ +水水+ +防防锈剂锈剂切削油：矿物油切削油：矿物油a.a.水溶液：肥皂水或苏打水溶液：肥皂水或苏打水水+ +防锈剂防锈剂五、刀具的磨损及刀具的耐用度五、刀具的磨损及刀具的耐用度1.磨损形式（1）前刀面磨损（2）后刀面磨损（3）前后刀面同时磨损(通常以后刀面磨损值VB表示刀具磨损程度)四、刀具的磨损及刀具的耐用度四、刀具的磨损及刀具的耐用度2.刀具磨损过程（1）初期磨损阶段（2）正常磨损阶段（3）急剧磨损阶段四、刀具的磨损及刀具的耐用度四、刀具的磨损及刀具的耐用度3.刀具耐用度粗车：VB=0.41.2mm精车：VB=0.10.

12、3mm四、刀具的磨损及刀具的耐用度四、刀具的磨损及刀具的耐用度3.刀具耐用度（1）刀具耐用度T、刀具寿命75. 025. 25pcTafvCT （2）影响刀具耐用度的因素例：硬质合金车削b=735MPa碳素结构钢 刀具耐用度刀具耐用度：刃磨锋利以后，自开始切削到磨钝为止，实 际切削工作时间刀具寿命：新刀从第一次切削开始，经多次刃磨切削到不 能再刃磨使用，实际切削工作时间总和工作时间总和主要：工件、刀具材料；主要：工件、刀具材料；刀具角度；切削用量；刀具角度；切削用量；切削液。切削液。切削用量对刀具耐用度的影响：vc f ap书面作业 1.切屑的三种类型分别出现在何种加工条件下？三种切屑各有何特

13、点？ 2.加工细长轴时，容易造成工件弯曲的分力是哪个？当遇到此问题时，你会采用什么措施？ 内容四、加工质量与切削用量的选用内容四、加工质量与切削用量的选用一、加工质量一、加工质量1.加工精度尺寸精度形状精度位置精度2.表面质量表面粗糙度加工硬化残余应力加工质量一、加工质量一、加工质量1.加工精度概念精度零件加工后，实际尺寸、形状等参数与理论参数的符合程度。1）尺寸精度实际尺寸与理论尺寸的符合程度2）形状精度零件实际形状与理论形状的接近程度3）位置精度实际表面与表面、表面与轴线等要素与理论表面间的接近程度。一、加工质量一、加工质量2.表面质量的概念1）表面粗糙度：表面的粗糙程度。一般用Ra值表示

14、。2）加工硬化）加工硬化切削塑性材料时，由于刀具的挤压和摩擦作用，使得工件切削塑性材料时，由于刀具的挤压和摩擦作用，使得工件已加工表面的硬度比加工前有明显提高，塑性下降的现象已加工表面的硬度比加工前有明显提高，塑性下降的现象3）残余应力）残余应力切削力与切削热作用，表层金属内部存在裂纹与残余作用力。切削力与切削热作用，表层金属内部存在裂纹与残余作用力。二、切削加工用量的合理选择二、切削加工用量的合理选择1）对加工质量的影响2）切削用量对生产率的影响的影响采用大的切削用量提高生产率3）切削用量对刀具耐用度的影响切削速度-积屑瘤进给量-残留面积被吃刀量-系统刚度切削用量愈大，切削用量愈大， 刀具磨

15、损加剧，耐用度愈低刀具磨损加剧，耐用度愈低1.选择切削用量的受限因素：选择切削用量的受限因素：主要是加工质量、生产率、刀具耐用度等。主要是加工质量、生产率、刀具耐用度等。被吃刀量 ap进给量 f切削速度 vc粗加工精加工2.选择顺序尽可能大的背吃刀量尽可能大的背吃刀量ap尽可能大的进给量尽可能大的进给量f切削速度切削速度vcn选择原则 在机床功率、系统刚度允在机床功率、系统刚度允许情况下尽可能大，最好许情况下尽可能大，最好一次走刀切去全部余量，一次走刀切去全部余量，如需多次走刀，第一次也如需多次走刀，第一次也要大些（要大些（80%左右）左右） 机床进给系统功机床进给系统功率和刚度、刀具率和刚度、刀具和工件所能承受和工件所能承受的切削力的限制、的切削力的限制、表面粗糙度表面粗糙度考虑机床功率考虑机床功率 主要