第一章 金属切削原理与刀具(二-切削运动规律).ppt

1、一.切屑种类及形成机理,1.2 金属切削基本规律,切削单元OMmaOMma。 一个个切削单元叠加起来，从前刀面流出，形成切屑。,1.切屑的形成,切削过程是刀具从工件表面上切去多余金属，形成已加工表面的过程，也是工件的切削层金属在刀具前刀面挤压下产生塑性变形，形成切屑被切下来的过程。,2.切屑的种类,带状切屑切削速度较高，刀具的前角较大而切削厚度不大时，加工塑性较好的材料容易获得。这是正常情况下最常见的切屑形态（与刀具接触的底层光滑，背面呈微小锯齿形，延续成带状）。 挤裂切屑切削厚度较大，刀具前角较小，容易获得（背面呈较大锯齿形，内表面有时也形成裂纹）。 单元切屑切削厚度很大而切削速度极低，刀具

2、前角小，容易获得（切削单元基本不连续）。 崩碎切屑加工脆性材料时容易出现。,二.金属切削过程中的变形规律 1.变形区的划分 变形区：刀刃前方的变形区。主要是沿剪切面的滑移变形。,变形区：近刀刃处已加工表面的变形区。该处受刀刃钝圆部分和刀具后刀面的挤压和摩擦，造成工件表面的加工硬化。,变形区：与刀具前刀面接触的切屑底层变形区。切屑底层受到前刀面的挤压和摩擦，其金属纤维基本上与前 刀面平行。,2.切削过程变形的表示方法变形系数 在切削过程中，切削层变形，从工件上分离 而形成切屑，但切削前后金属的体积不变。,当工件材料相同而切削条件不同时， 越大，说明变形越大 ； 当切削条件相同而工件材料不同时，

3、越大，说明材料的塑性越大 ；,acLawa0Lcawc 切 削 前 切 削 后 awawc acL a0Lc,= L/L c = a0/ac,变形系数,形成 切削塑性很好的金属，在高温（200600）高压和强烈摩擦作用下，由切屑底层微粒逐渐粘结到刀具前刀面上的不稳定的楔块。,三.积屑瘤,特点 硬度高，脆性大，可代替刀刃进行加工。 精加工时避免，采用高速或低速切削。 粗加工时利用，采用中速切削 （v = 5100m/min）。,对切削过程的影响,采取措施 控制切削速度，避开积屑瘤的生长速度范围； 使用切削液，降低切削温度，减小摩擦； 对塑性好的材料，可进行热处理，适当提高硬度，降低塑性；,使刀具

4、的实际前角增大； 使切入深度增加； 使加工表面的粗糙度增大； 影响刀具耐用度；,1.切削力的来源与分解 来源 切削层金属的弹性和塑性变形所产生的抗力； 刀具与切屑，刀具与工件表面之间的摩擦力； 切削力产生于刀具的前刀面（作用于前刀面上的变形抗力与摩擦力）和后刀面（作用于后刀面上的变形抗力与摩擦力），上述力的合力即为总切削力F。,四. 切削力和切削功率 金属切削加工时，刀具使工件的切削层金属变形成为切屑所需的力，称为切削力（表现为，刀具作用在工件上的力或工件作用于刀具上的反作用力）。,分解 通常，将总切削力F分解成垂直 于水平面的主切削力Fz(切向力)， 作用于水平面的力Fx(轴向力或进给 抗力

5、)和Fy（径向力或吃刀抗力）。,主切削力Fz（切向力）: 总切削力,F在主运动方向的分力。约占总切削力的8090，是计算机床动力和主传动系统强度和刚度的主要依据。 进给抗力Fx（轴向力）: 总切削力在进给运动方向上的分力。约为主切削力的0.10.6倍，是设计和验算进给机构的主要依据。,吃刀抗力Fy（径向力）：总切削力在切削深度方向上的分力。约为主切削力的0.150.7倍，它使机床、夹具、工件等变形并引起振动，使工件产生形状误差，也影响工件的表面粗糙度。,2.切削力的计算 指数形式的切削力经验公式：,FZ = CFZ apxFZ fyFZ KFZ FX = CFX apxFX fyFX KFX

6、FY = CFY apxFY fyFY KFY,主切削力的估算：,Fz = p Ac = p ap f（N）,式中：p 单位切削力（N/）,进刀深和走刀量（ap和f）：增加f，减少ap , 有利于减低切削力； 工件材料：工件强度越高，所需切削力越大； 刀具角度：前角，后角，主偏角等都会影响； 切削速度；,3.影响切削力的因素,切削力的理论公式： FZ = sacaw（1.4+C）,式中，s：工件材料的剪切屈服极限； ac：切削厚度； aw ：切削宽度； ：变形系数； C：常数，其数值可查切削手册；,4.切削功率,消耗在切削过程中的功率。在车削外圆时，Fy方向上的运动速度为零，功率也为零；Fx方

7、向上的运动速度很小，消耗功率也很小，可忽略不计，因此切削功率可用下式近似计算：,PZ = （KW）,Fz v,1000,式中，v：切削速度（m/s）；Fz：主切削力（N）；,或：PZ = （KW）,Fz v,100060,式中，v：切削速度（m/min）；Fz：主切削力（N）；,五. 切削热、切削温度和切削液 1.切削热,在零件的切削加工过程中，材料的弹、塑性变形，切屑、工件与刀具间的摩擦所消耗的功，绝大部分都转化为热能，称为切削热。,热源：三个变形区及切屑与前刀面、工件与后刀面的摩擦热。 散热：从切屑、刀具、工件和周围介质中传散，其中切屑带走的热量最多（约占50%80%）。,影响：加剧刀具磨损，降低工件表面质量；使工件和刀杆变形，影响工件加工精度。,2. 切削温度 （1）切削温度的概念,切削区（主要包括刀具、切屑和工件）的平均温度。随切削温度温度升高，切屑颜色由银白变成黄白、金黄、紫、深蓝和浅蓝色。,（2）影响切削温度的主要因素,切削用量：提高切削用量，切削温度提高，其中切削速度的影响最为明显。 工件材料：工件材料的强度和硬度越高，切削功率越大，切削温度越高。 刀具角度与磨损：减小主偏角，增大前角和刀尖园角半径，降低切削温度。磨损大，切削温度升高。,3. 切削液,（1） 切削液的作用 冷却 带走热量，降低切削温度 润滑 渗入切削区，在金属表面形成润滑