第三章 金属切削过程的基本规律

1、第三章 金属切削过程的基本规律第一节切削变形与切屑形成过程第二节切削力第三节切削热与切削温度第四节刀具磨损与刀具寿命第一节切削变形与切屑形成过程一、 切削变形区的特点二、切屑类型三、变形程度的表示方法四、 前面上摩擦特点五、 积屑瘤六、 已加工表面变形和加工硬化七、 影响切削变形的主要因素一、 切削变形区的特点1.第变形区2.第变形区3.第变形区图3-1三个变形区域1.第变形区图3-2切削变形区a)正交平面中受力变形区域b)切屑变形金相照片2.第变形区3.第变形区二、切屑类型(1)带状切屑(图3-3a)在切削软钢、铜、铝和可锻铸铁等材料时，切削过程是切削层完整的剪切滑移过程，形成的切屑沿刀具前

2、面呈带状流出。(2)节状切屑(图3-3b)形成切屑时，在切屑厚度的背面出现剪切断裂呈节状流出。(3)粒状切屑(图3-3c)在切削层中发生严重塑性变形、切应力大于材料抗拉强度时，切屑被剪切断裂成颗粒状。(4)崩碎切屑(图3-3d)在切削灰铸铁、铸黄铜等脆性材料时，切削层经弹性变形后即产生脆性崩裂形成了不规则的崩碎切屑。图3-3切屑的类型a)带状切屑b)节状切屑c)粒状切屑d)崩碎切屑三、变形程度的表示方法图3-4切削变形程度表示a) 切削层尺寸与切屑尺寸b) 前角、剪切角与切削变形关系图3-5剪切角?确定四、 前面上摩擦特点图3-6刀-屑面间接触与粘结a) 刀-屑面间接触b) 刀-屑面间粘结五、

3、 积屑瘤1) 采用低速或高速切削。2) 减小进给量、增大刀具前角、提高刀具刃磨质量和合理选用切削液，使摩擦和粘结减少，可达到抑制积屑瘤的作用。3) 合理调整各切削参数值，以防止形成中温区域。图3-7积屑瘤a) 积屑瘤b) 积屑瘤外形尺寸加工条件：工件45钢、刀具W18Cr4V、=5、=20m/min、f=0.23mm/r图3-8切削参数对积屑瘤的影响六、 已加工表面变形和加工硬化1) 磨出锋利的切削刃。2) 增大前角或后角。3) 减小背吃刀量ap。4) 合理选用切削液。图3-9已加工表面层内晶粒的变化七、 影响切削变形的主要因素1. 加工材料2. 前角o3. 切削速度vc4. 进给量f1. 加

4、工材料图3-10不同的工件材料对切削变形的影响2. 前角o图3-11前角对剪切角?的影响a) =15b) =-153. 切削速度vc图3-12切削速度对切削变形的影响4. 进给量f图3-13进给量f对切削变形的影响第二节切削力一、 切削力来源、合力及其分力二、 切削力实验公式三、单位切削力四、切削功率五、 影响切削力的因素六、 车削力计算举例一、 切削力来源、合力及其分力图3-14切削力的组成及其分力a)切削力来源b)切削分力在立体图上表示c)切削分力在平面图上表示二、 切削力实验公式(一)切削力的测定原理1.电阻应变片式测力仪2.压电晶体测力仪1.电阻应变片式测力仪图3-15单向电阻式测力仪

5、的工作原理2.压电晶体测力仪图3-16三向压电石英晶体测力仪a) 压电晶体传感器b)压电晶体测力仪c)压电晶体测力实验三、单位切削力表3-1用硬质合金车刀纵车外圆、横车及镗孔时，公式中系数，加工材料切削力=f 切削力= f 切削力= f 结构钢、铸钢=650MPa279510075-015194009006-0328801005-04不锈钢1Cr18Ni9Ti硬度141HBW2000100750表3-1用硬质合金车刀纵车外圆、横车及镗孔时，公式中系数，灰铸铁硬度190HBW90010075053009075045010040可锻铸铁硬度150HBW79010075042009075037510

6、040加工材料单位切削力=/f （单位为N/m）01015020024030036041048056066071结构钢、铸钢=650MPa49914508417139373777263034943367321331063038不锈钢1Cr18Ni9Ti硬度141HBW35713226289828172701259725092410229922222174灰铸铁硬度190HBW1607145113041267121611691125108410341000978可锻铸铁硬度150HBW141912821152112010741032994958914883864四、切削功率五、 影响切削力的因素

7、(一) 切削用量影响(二)工件材料影响(三) 刀具几何参数影响(四) 其他因素影响图3-17改变背吃刀量和进给量对切削层面积形状的影响(一) 切削用量影响1. 背吃刀量ap与进给量f2. 切削速度vc1. 背吃刀量ap与进给量f图3-18切削速度对切削力的影响加工条件：工件45钢、刀具P10(YT15)、=15、=45、=0、=2mm、f=0.2mm/r2. 切削速度vc(二)工件材料影响(三) 刀具几何参数影响1. 前角o2. 主偏角r(三) 刀具几何参数影响图3-19前角对切削力的影响加工条件：工件50钢、刀具P10(YT15)、f=0.25mm/r、=20mm、=100m/min1. 前

8、角o2. 主偏角r图3-20主偏角对切削力的影响a) 对切削力的影响b) 对切削宽度的影响加工条件：正火45钢、P10(YT15)、=15、=68、=1012、=0.2mm、=3mm、f=0.3mm/r、=100m/min(四) 其他因素影响1. 刃倾角s2. 刀尖圆弧半径r3. 刀具磨损4. 切削液5. 刀具材料表3-2加工结构钢和铸铁时工件材料、前角主偏角对切削力影响的修正系数材料类型材料对切削力修正系数前角前角对切削力修正系数主偏角主偏角对切削力修正系数结构钢铸钢-15125202030108130078-1012181845101010灰铸铁0111414600940791111010

9、101075092062113可锻铸铁2009070790089050117六、 车削力计算举例第三节切削热与切削温度一、 切削热的来源与传散二、 切削温度的测定原理和切削温度分布三、 影响切削温度的因素一、 切削热的来源与传散图3-21切削热产生与传散区域二、 切削温度的测定原理和切削温度分布1) 刀屑面间温度最高，是因摩擦严重、热量不易传散所致。2)前面上近切削刃1mm处切削温度最高达900C，由于该处压力高，热量集中。3) 切屑带走热量最多，切屑上平均温度高于刀具和工件上的平均温度，因切屑剪切面上塑性变形严重，其上各点剪切变形功大致相同，各点温度值也较接近。图3-22热电偶法测温简图a)

10、自然热电偶法b)人工热电偶法1顶尖2铜塞3主轴4切屑5绝缘层6工件7刀具图3-23切削温度分布三、 影响切削温度的因素1. 切削用量2. 工件材料3. 刀具几何参数4. 切削液0324.TIF第四节刀具磨损与刀具寿命一、 刀具磨损二、刀具寿命一、 刀具磨损(一) 刀具磨损形式(二) 刀具磨损原因(三)刀具磨损标准(一) 刀具磨损形式1. 正常磨损2. 非正常磨损1. 正常磨损(1) 前面磨损(图3-25a、c)前面上出现月牙洼磨损，磨损深度为KT、宽度为KB，这是由切屑流出时产生摩擦和高温高压作用形成的。(2) 主后面磨损(图3-25b、c)主后面磨损分为三个区域：刀尖磨损C区，磨损量VC是因

11、近刀尖处强度低、温度集中造成；中间磨损B区，除均匀磨损量VB外，在其磨损严重处的最大磨损量为VBmax，这是因为摩擦和散热差所致；边界磨损N区，切削刃与待加工表面交界处磨损量VN，这是由于高温氧化和表面硬化层作用引起的。图3-25正常磨损形式a) 前面磨损b) 主后面磨损c)磨损标准2. 非正常磨损(1)崩碎(图3-26a)在切削刃上出现细小崩碎。(2)崩刃(图3-26b)在刀尖或切削刃处崩裂。(3)热裂(图3-26c)垂直切削刃出现细小裂纹。(4)塌陷(图3-26d)在切削过程中高温高压作用下使切削刃失去切削性能而引起前面或刀尖、切削刃塌陷。图3-26刀具破损的形式a) 崩碎b)崩刃c)热裂

12、d)塌陷(二) 刀具磨损原因1. 磨粒磨损2. 相变磨损3. 粘结磨损4. 扩散磨损5. 氧化磨损图3-27硬质点切削的显微照片a) 硬质点切削的显微照片b) 在切削刃后刀面上磨粒刻痕图3-28氧化磨损照相图图3-29刀具的磨损过程曲线(三)刀具磨损标准二、刀具寿命(一)影响刀具寿命的因素(二) 刀具寿命方程式(三) 刀具寿命允许的切削速度vT计算(一)影响刀具寿命的因素1. 切削速度vc2. 进给量f与背吃刀量ap3. 刀具几何参数4. 工件材料5. 刀具材料图3-30不同刀具材料对刀具寿命影响加工条件：工件材料含镍铬钼合金钢，VB=0.4mm(二) 刀具寿命方程式1) 简单刀具的制造成本低

13、，故它的寿命较复杂刀具的低。2) 可转位刀具的切削刃转位迅速、更换刀片简便，刀具寿命低。3) 自动线、数控刀具能自动换刀，在线重磨，刀具寿命更低些。4) 精加工刀具的寿命较高。表3-3刀具寿命参考值(单位：min)刀 具 类 型寿命刀 具 类 型寿命车、刨、镗刀60仿形车刀具硬质合金可转位车刀3045组合钻床刀具钻头80120多轴铣床刀具硬质合金面铣刀90180组合机床、自动机、自动线刀具切齿刀具200300(三) 刀具寿命允许的切削速度vT计算1) 刀具寿命T=60min的允许切削速度v60值。2)若选用可转位车刀达到刀具寿命T=30min，则允许的切削速度v30值多少？1)v60=Kv2) v30=242/3030.92m/min=138m/min表3-4硬质合金车刀纵车外圆公式中的系数、指数、修正系数值加工材料刀具材料进给量/（mm/min）系数与指数m结构钢=650MPaP10（YT15）f03f07291242015020035020灰铸铁190HBWK30（YG8） f04f041898158015020040020表3-4硬质合金车刀纵车外圆公式中的系数、指数、修正系数值修正系数工件材料结构钢MPa500600600700700800118100