机械制造技术基础课件 第二章-7-01

2.5.1切削力的合成与分解2.5.2切削力的测量2.5.3切削力的经验公式与估算2.5.4切削力的影响因素规律1）切削力的来源2）切削合力及其分解3）切削功率2.5切削力1）计算切削力的指数公式2）单位切削力3）单位切削功率1）工件材料，2）切削用量，3）刀具几何参数4）刀具材料，5）切削液，6）刀具磨损1）测量机床功率计计算切削力2）用测力仪测量切削力2.5.3切削力的经验公式与估算1）计算切削力的指数公式2）单位切削力3）单位切削功率通过大量实验，由测力仪测得切削力后，所得数据用数学方法进行处理，即可得出计算切削力的经验公式。目前，在生产实际中计算切削力的经验公式约可分为两类：一类是指数公式；一类是按单位切削力计算。1）计算切削力的指数公式用指数公式计算切削力，在金属切削中得到广泛应用。常用的指数公式的形式如下：C——决定于被加工金属和切削条件的系数，K——各种因素对切削力的修正系数的积。单位切削力p：单位切削面积上的主切削力。2）单位切削力（N/mm2）如果单位切削力已知，可由上式计算主切削力Fz。单位切削功率Ps：单位时间内切除单位体积金属所消耗的功率。ZW（mm³/s）：单位时间内的金属切除量。Pm切削功率3）单位切削功率KW/(mm3s-1)mm3/sKWN/mm2对于不同材料，单位切削力不同。即使是同一材料，如果切削用量、刀具几何参数不同，单位切削力值也不相同。用硬质合金车刀车削热轧45钢（σb=0.650Gpa），车刀主要几何角度为γo=15°、κr=75°，切削用量为ap=2mm，f=0.3mm/r、Vc=100m/mim。（查表得p=1651N/mm2）（1）计算切削力Fz（2）计算切削功率Pm练习题2.5.4切削力的影响因素1）工件材料2）切削用量3）刀具几何参数4）刀具材料5）切削液6）刀具磨损强度和硬度：一般来说，被加工材料的强度和硬度愈高，切削力就愈大。加工硬化能力（奥氏体不锈钢、铜、铝）化学成分（含碳量，易切钢）热处理状态及金相组织（正火、调质、淬火）1）工件材料背吃刀量和进给量增大，都会使切削面积增大，使得变形力、摩擦力增大，从而切削力增大。但背吃刀量和进给量对切削力的影响不同。2）切削用量（1）背吃刀量与进给量背吃刀量增大一倍，主切削力也增大一倍（表2.6中ap的指数为1）。因为仅增大背吃刀量时，切削宽度变大，而切削宽度变化与一般与摩擦系数和变形系数无关。因此，背吃刀量对主切削力的影响成正比关系。进给量增大，切削功增大，切削力也相应增大；进给量增大，切削厚度正比例增大，变形系数和摩擦系数减小，会使得切削力减小；正反两方面综合作用，使得切削力的增大与进给量不成正比，所以在切削力的经验公式中进给量的指数一般小于1大于0。（切槽和切断除外）切槽和切断是，除主切削刃外，还有两条负切削刃参加工作；较小的进给量、切屑薄、刀刃钝圆半径对切削应力及变形影响大。综上分析可知，从切削刀具上的载荷和能量消耗的观点来看，用大的进给量工作，比用大的背吃刀量工作更为有利。（2）切削速度用YT15硬质合金车刀加工45钢时，切削速度对切削力的影响曲线有极大值和极小值，原因是积屑瘤，这与变形系数和摩擦系数对切削速度变化的关系曲线是一致的。无积屑瘤条件下，切削速度提高，变形系数和摩擦系数减小，切削力减小；切削速度提高切削温度提高，被加工材料强度硬度降低，切削力减小；切削铸铁时形成崩碎切屑，其塑性变形小，切屑对前刀面的摩擦力小，切削速度对切削力的影响不大。在刀具的几何参数中，前角对切削力的影响最大。切削塑性材料时，前角增大，变形系数减小，摩擦系数减小，切削力减小。切削脆性金属时，由于切屑变形和加工硬化很小，所以前角对切削力的影响不显著。前角对切削力的影响程度，随切削速度的增大而减小。因为高速时切削温度较高，使摩擦、加工硬化程度和塑性变形都减小，而切屑的塑性也由于切削温度的提高而增大。3）刀具几何参数（1）前角（2）负倒棱前刀面上的负倒棱对切削力有一定的影响。在正前角相同时，对有负倒棱的车刀，由于切削时的变形比无负倒棱的大，所以切削力有所提高。负倒棱对切削力的影响是通过其宽度对进给量之比来影响切削力的。br/f增大，切削力逐渐增大，但当切钢br/f大于等于5，或切铸铁br/f大于等于3时，切削力基本趋于稳定。这时的切削力接近于负前角车刀。（3）主偏角对主切削力的影响主偏角增大，切削厚度增大，切削层变形减小，主切削力减小；继续增大，60-75度之间，受刀尖圆弧半径影响，主切削力增大。总体变化较小，一般都不超过10%。对背向力和进给力的影响主偏角增大，受几何关系影响，进给力增大，背向力减小。（4）刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径增大相当于主偏角减小对切削力的影响。刀尖圆弧半径增大，进给力减小，背向力增大。所以，为了防止切削振动，应减小刀尖圆弧半径。（5）刃倾角刃倾角增大：主切削力不变；背平面前角增大，背向力减小；假定工作平面前角减小，进给力增大。

4）刀具材料刀具材料与加工材料间的摩擦系数，影响摩擦力的变化，直接影响着切削力的变化。摩擦系数：超硬材料<陶瓷<硬质合金<高速钢硬质合金刀具前刀面的摩擦系数，随钴含量的增大和碳化钛含量的减小而提高。5）切削液切削过程中采用切削液可以降低切削力。切削过程中所消耗的功主要用在克服金属的变形和刀具-被加工材料-切屑间的摩擦上。切削液的正确使用，可以减小摩擦，使摩擦力降低。实践证明，所用切削力的润滑性能愈高，切削力的降低愈显著。矿物油，植物油。切削液中合理地加入使表面张力降低的添加剂可以使得切削液渗透到塑形变形区中的金属微裂纹内部，降低强化系数，减小切削力，使切削过程变得容易。前刀面月牙洼磨损，前角增大，切削力减小。后刀面磨损，形成后角为0的小棱面，与被加工工件接触面积增大，切削力增大。前、后刀面同时磨损时，在切削开始时，切削