金属切削过程.ppt

1、1.3金属切削过程,金属切削过程是由挤压而产生的剪切过程。 这是俄国学者在1870年定义的 在这个过程中会产生切屑，积屑瘤，切削力，加工硬化和刀具磨损等物理现象。,1.3.1切削过程及切屑种类,1.切屑形成过程 切屑的形成过程是工件受到刀具的挤压而产生弹性变形，塑性变形，断裂的过程。 脆性材料，如铸铁，则产生弹性变形，崩碎，无塑性变形。如图：,A,B,C,D,A,D,C,A,D,B,C,A,D,B,C,A,D,滑移面AB，CD等与作用力P的方向大致呈45左右角度。 AB，CD两侧还会产生一系列滑移面。,前角为零的刀具切削铸铁,ap,正前角刀具切削塑性金属,M-O为剪切平面 Lc 切削层长度 剪

2、切角,2.切屑的种类,切屑的种类主要有以下四种类型：带状切屑；挤裂切屑（节状切屑）；单元切屑；崩碎切屑。 前三者为切削塑性材料的切屑；最后一种为切削脆性材料的切屑。,(1)带状切屑,最常见的一种切屑。内表面光滑，外表面毛茸。加工塑性材料，切削厚度小，切削速度较高，刀具前角较大。切削力波动小，表面粗糙度值小。,(2)挤裂切屑(节状切屑),外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。这种切屑大部分在切削速度较低，切削厚度较大，刀具前角较小时产生。,(3)单元切屑,在挤裂切屑的剪切面上，裂纹扩展到整个面上，则整个单元被切离，成为梯形单元切屑。 如果改变挤裂切屑条件，进一步减小前角，减低切削速度，或加大切削厚度

3、，就可以得到单元切屑；反之则可以得到带状切屑。,(4)崩碎切屑,这是属于脆性材料的切屑(加工灰铸铁、脆钢) 塑性变形很不充分，即突然崩裂而成为小块或粉末状切屑。,1.3.2积屑瘤Built-Up Edge,1.积屑瘤的形成 在切削区，金属材料层受到强烈的挤压和摩擦，正压力和摩擦系数的乘积，即内摩擦力大于金属材料的剪切强度，切屑底部一部分金属就撕裂下来粘接在刀尖附近的表面上，逐渐积成积屑瘤。,(1)积屑瘤特征,1)硬度高于被切金属，可以代替刀刃工作。 2)积屑瘤时高时低，时有时无，不稳定。 粗加工时，可以有积屑瘤，精加工时，不允许有积屑瘤。,(2)生成条件,1)外摩擦力（正压力产生） 2)材料性

4、质（塑性材料） 3)刀-屑间接触温度 a.切削温度很高，不产生积屑瘤，切屑底部液化，软化。 b.切削温度很低，也不产生积屑瘤，粘性小，脆性大。,2.积屑瘤对切削加工的影响,(1)实际前角增大 切削力减小 (2)增大切削厚度 产生-脱落-振动 (3)使表面粗糙度增大 精加工时须设法避免或减小积屑瘤。,ap,3.影响积屑瘤的因素,(1)工件材料 塑性大，就产生积屑瘤。 (2)切削速度 速度高，切削温度就增加，不产生积屑瘤。 速度适当，就产生积屑瘤。 速度低，切削温度低，不产生积屑瘤。,4.防止积屑瘤的方法,(1)降低切削速度，使温度较低。 (2)采用高速切削，使温度高于积屑瘤消失的相应温度。 (3

5、)增加刀具前角，减小正压力。 (4)采用适当的切削液，减小摩擦。 (5)采用适当的热处理方法，减小工件的塑性。例如，对低碳钢正火处理。,1.3.3切削力,1.切削力 (1)切削力的来源 1)克服被加工材料对弹性变形的抗力。 2)克服被加工材料对塑性变形的抗力。 3)克服切屑对刀具前刀面的摩擦力Fr和刀具后刀面对加工表面及已加工表面的摩擦力Ffa。,切削力的来源,Ffa,Fr,弹性压力,弹性压力,塑性压力,塑性压力,(2)切削力的分解及影响,1)主切削力(切向力)Fz 切于加工表面并与基面垂直。 Fz是主切削力，占总切削力的8090%，是计算刀具强度，确定机床功率所必需的。 2)进给抗力(轴向力

6、，走刀力)Fx 于基面内，与工件轴线平行，与走刀方向相反。 3)切深抗力(背向力，径向力，吃刀抗力)Fy 于基面内，与工件轴线垂直。 总切削力：,切削力的分解,主切削力,进给抗力,切深抗力,总切削力,计算切削力的经验公式分两类：指数公式；按单位切削力计算。 (1)指数公式 CFZ 取决于工件材料，刀具材料和切削条件 KFZ 修正系数 (2)单位切削力p 单位切削面积上的主切削力 N/m p的数值可以从有关切削手册中查出,2.切削力与切削功率的计算,(3)切削功率Pm,第二项是消耗在进给运动中的功率，小于1%2%，可以略去，所以：,3.影响切削力的因素,(1)工件材料 塑性增加，切削力增加。 硬

7、度增加，切削力增加，单位功率消耗增加。 在钢中加进一些硫或铅时，可以降低其摩擦系数，从而使切削力降低。 (2)切削用量 1)切削深度ap增大一倍，切削力也增大一倍 （高速钢，硬质合金）,ap,切削力,2)进给量f增大，切削力也相应增大，但不如切削深度增加得快。 3)切削速度 小于50m/min切削力变化，大于50m/min切削速度增加，切削力下降。,切削力,f,20 50,V m/min,切削力,积屑瘤消失,积屑瘤最高,变化,减小,(3)刀具角度,1)前角增加，切削力减小。 2)后角增加，切削力减小。 3)主偏角kr增加，主切削力Fz减小，进给力Fx增加，切深抗力Fy减小。,908070605

8、040,-20 -10 0 10 20 30,切削力,0,Fz,Fy,Fx,主偏角Kr,切削力,4)刃倾角对主切削力Fz没有什么影响，但对切深抗力Fy和进给力Fx影响较大。 (4)切削液 金属切削时如果能合理选用冷却润滑液，可降低切削力3%25%。,-10 0 +10,Fz,Fy,Fx,刃倾角s,切削力,1.3.4切削热和切削温度,1.切削热的来源与传散 (1)切削热的来源 1)被切的金属在刀具的作用下，发生弹性和塑性变形而耗功，这是切削热的一个重要来源。 2)切屑与前刀面之间的摩擦也要耗功，产生大量的热量。 3)工件与后刀面之间的摩擦。,切削热的来源,三个发热区： 剪切面； 切屑与前刀面接触

9、区； 后刀面与加工表面接触区。,总切削热,千卡/分 Fz的单位kg, v的单位m/min,(2)切削热的传散,切削区域的热量由切屑、工件、刀具和周围介质传出。,2.切削温度及其影响因素,(1)切削温度分布 工件，切屑和刀具上各点的温度分布，就是温度场。切削时的温度场对刀具磨损的部位，工件材料性能的变化，已加工表面质量都有很大的影响。 切屑平均温度： 银白色：200以下；淡黄色：220左右； 深蓝色：300；淡灰色：400； 紫黑色：500。,刀具上各点的温度分布,800,700,600,(2)影响因素,1)切削用量 切削速度增加，切削温度上升；进给量增加，切削温度有所增加；切削深度增加，对切削温度影响较小。 例如：刀具为高