南通大机械制造工程学课件03切削过程中的物理现象及影响因素

第三章

切削过程中的物理现象及影响因素

第一节切削力切削力→切削热,刀具摩磨损,使用寿命,加工精度,已加工表面质量.切削力←切削功率,切削用量,监控切削状态,设计和使用机床，刀具，夹具的依据。二是刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。一、切削力的来源、合力及分力刀具→工件材料→弹性变形+塑性变形切削力的来源有两方面:一是切削层金属、切屑和工件表层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力;进给抗力Ff——也在基面内,并与进给方向(即工件轴线方向)相平行。三个分力的作用：进给抗力FX（Ff）——计算和检验进给机构的主要依据二、切削力合成、分解和切削功率三个分力：Fc

FpFf主切削力Fc——它垂直于基面,与切削速度Vc方向一致,又称为切向力;切深抗力Fp——它在基面内,并与进给方向(即工件轴线方向)相垂直;主切削力FZ（Fc）——设计、选择机床、刀具、夹具和切削用量的依据切深抗力FY（Fp）——影响加工精度，引起切削振动的主要因素合力：切削功率：FZ

-------主切削力（N）V-------切削速度（m/s)FX-------进给力（N)nW

-------工件转速(r/s)切削功率简化公式：三、切削力的经验公式电阻应变片式三向车削测力仪压电晶体三向测力仪1.切削力的指数公式:-------切削条件系数-------切削深度指数-------进给量指数-------切削速度指数-------各种因素对切削力的修正系数的总和P40表3-1P40表3-1P40表3-1P40表3-1P40、41表3-23-33-42.单位切削力p单位切削力p是指单位切削面积上的切削力-------切削面积(mm2)-------切削深度(mm)-------进给量(mm/r)-------切削厚度(mm)-------切削宽度(mm)可查表3-5P423.单位切削功率PS（PC）单位切削功率PS是指单位时间内切除单位体积的金属所消耗的功率QZ---------单位时间内的金属切除量mm3/sPm--------切削功率kW四、影响切削力的因素影响切削力的因素很多，主要是工件材料、切削用量、刀具几何参数及刀具磨损等。

ap的指数xFc≈1，而f的指数yFc=0.75～0.9。即当ap加大一倍时，Fc约增大一倍；

而f加大一倍时，Fc只增大68～86%。（一）切削用量对切削力的影响a.切削深度和进给量b.切削速度

加工塑性材料时,低速下,与BUE相同.中高速下,VC↑→FC(Fz)↓

加工脆性材料时,因塑性变形小,摩擦小,所以影响小.（二）工件材料对切削力的影响

a)被加工工件材料的强度、硬度越高，则τs越大，虽然变形系数ξ有所减小，但总起来切削力还是增大的。

c)在同样热处理状态下,切削合金钢的切削力比碳素钢大。

d)同一种材料热处理状态不同,切削力也不相同。

e)有色金属的强度低,虽塑性较大,但加工硬化倾向小,所以切削力较小。

f)铸铁等脆性材料,塑性小,加工硬化小,形成的是崩碎切屑,接触小,摩擦力小,所以切削力较小。

b)如材料的强度、硬度相同，则塑性（延伸率δ）、韧性（冲击值αk）越大，切削力越大。

（三）刀具几何参数对切削力的影响5、刀尖圆弧半径：

rε

对Fy,Fx

影响较大,对Fz影响较小.

（p48图3-133-14）1、前角：

γο↑→

Fz↓（p45图3-6）2、负倒棱：

(负倒棱/进给量)

bγ/f↑→

F↑（p47图3-113-12）3、主偏角：

κγ↑→Fy/Fz↓,Fx/Fz↑（p45图3-7）

4、刃倾角：λs变化→合力F的方向,λs↓→Fy↑,Fx↓,Fz基本不变（p46图3-9）（四）刀具材料对切削力的影响刀具材料不是影响切削力的主要因素.主要决定因素：材料之间的摩擦系数陶瓷刀具硬质合金高速钢（五）切削液对切削力的影响水容液(冷却为主)影响很小,切削油(润滑为主)影响较大.

（六）刀具磨损对切削力的影响后刀面磨损量VB(mm)

影响最大P49图3-16第二节切削热和切削温度1.在刀具的切削作用下，切削层金属发生弹性变形和塑性变形。

一、切削热的来源与传散来源:刀具切屑工件2.切屑与前刀面，工件与后刀面间消耗的磨擦功，也将转换为热能。

(1)

钻削加工时,28%的切削热由切屑带走,14.5%传入刀具,52.5%传入工件,5%左右传入周围介质.

切削热由切屑.刀具.工件和周围介质传出的比率大致如下:传散:

(2)

车削加工时,50%-86%由切屑带走,40%-10%传入车刀,9%-3%传入工件,1%左右通过辐射传入空气.切削速度越高,切削厚度越大,则由切屑带走的热量越多.二、切削温度测定原理与切削温度分布目前比较常用的测量切削温度的方法是自然热电偶法.自然热电偶法是利用工件和刀具材料化学成分的不同而组成热电偶的两极，这样在刀具和工件的回路中便产生了温差电动势。人工热电法：切削温度的分布讨论：1、2、3、4、5、6、7P51三、影响切削温度的主要因素分析1、切削用量对切削温度的影响1）切削速度

切削速度对切削温度有显著的影响

,V↑→°C↑2）进给量

进给量对切削温度有影响,

f↑→°C↑3）切削深度

切削深度对切削温度影响很小.用实验方法求得：4）刀尖圆弧半径对切削温度的影响

rε在(0-1.5)mm内,基本上不影响°C.2、刀具几何参数对切削温度的影响

1）前角对切削温度的影响

γο↑→°C↓2）主偏角对切削温度的影响

κr↑→°C↑3）负倒棱对切削温度的影响

负倒棱宽度bγ1在(0-2)f内,基本上不影响°C.

后刀面磨损量VB↑→°C↑3、刀具磨损对切削温度的影响(4)脆性金属的抗拉强度和延伸率都较小,切削过程中切削区的塑性变形很小,切屑呈崩碎状或脆性带状,与前刀面的摩擦也较小,所以产生的切削热较少,切削温度一般比切削钢料时低,同切削45钢相比较,切削灰铸铁HT20-40时的切削温度大约低20%-30%。4、工件材料对切削温度的影响(1)工件材料的硬度和强度越高,切削时所消耗的功就越多产生的切削热也多。(2)合金结构钢的强度普遍高于45钢,而导热系数有一般均低于45钢.所以切削合金结构时的切削温度一般均高于切削45钢时的切削温度。(3)不锈钢1cr18Ni9Ti和高温合金GH131不但导热系数低,而且在高温下仍能保持较高的强度和硬度,所以切削这种类型的材料时,切削温度比切削其他材料要高得多。第三节刀具磨损和刀具耐用度一、刀具磨损正常磨损：非正常磨损：随时间增加磨损扩大。破损1、刀具磨损的形式3.前刀面和后刀面同时磨损

切塑性材料时,刀具正常磨损的形态：1.前刀面磨损(月牙洼磨损)

KT

切塑性材料时,2.后刀面磨损

VB

切脆性材料时,刀具非正常磨损的形态：五.热电磨损二、刀具磨损的原因一.磨料磨损二.冷焊磨损三.扩散磨损四.氧化磨损磨料（粒）磨损扩散磨损三、刀具磨损过程及磨纯标准一、刀具磨损过程

Ⅰ:初期磨损阶段Ⅱ:正常磨损阶段Ⅲ:剧烈磨损阶段一般情况下,指后刀面磨损带中间部分平均磨损量,用"VB"表示.α0NBVB二、刀具的磨纯标准二、刀具耐用度刀具耐用度：刃磨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."T"1、定义2、切削用量对刀具耐用度的影响

刀具总使用寿命：新刀从开始使用到报废之前的总切削时间.1）切削速度对刀具耐用度的影响

m:v对T的影响程度指数m=tgα由实验测得：高速钢车刀：m=0.1~0.15硬质合金车刀：m=0.2~0.3陶瓷车刀：m=0.4各种刀具材料的耐用度曲线对比2）进给量f切削深度ap

对刀具耐用度的影响

fKr´KrP0P0P0-P0PsAγAαγ0α0S主切削刃λsPr-+Pr+-S向NNN-NAγAαγn+