金屬切削原理PPT演示課件

1、1.1 金屬切削原理,數(shù)控加工工藝,概 述,切削加工的基本條件,(3) 刀具必須具有一定的空間幾何結(jié)構(gòu)。零件多余材料被刀具從工件上切除的本質(zhì)，仍然是材料受力變形直至斷裂破壞，只是完成這個(gè)過(guò)程的時(shí)間很短，材料變形破壞的速度很快。為了完成這一過(guò)程時(shí)能夠確保加工質(zhì)量、盡量減少動(dòng)力消耗和延長(zhǎng)刀具壽命，刀具切削部分的幾何結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)必須能適應(yīng)切削過(guò)程的綜合要求。,(1) 刀具和工件間要有形成零件結(jié)構(gòu)要素所需的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這類相對(duì)運(yùn)動(dòng)由各種切削機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)提供。,(2) 刀具材料的性能能夠滿足切削加工的需要。刀具在切除工件上多余材料時(shí)，工作部分將受到切削力、切削熱、切削摩擦等的共同作用，且切削負(fù)荷很重，

2、工作條件惡劣。因此，刀具材料必須具有適應(yīng)強(qiáng)迫切除多余材料這一特定過(guò)程的性能，例如足夠的強(qiáng)度和剛度、高溫下的耐磨性等。,切削加工中的運(yùn)動(dòng)及構(gòu)成,表面成形運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng) 一、表面成形運(yùn)動(dòng):形成發(fā)生線的運(yùn)動(dòng).按組成情況不同,可分為:簡(jiǎn)單成形運(yùn)動(dòng)和復(fù)合成形運(yùn)動(dòng)。按作用情況不同,可分為:主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 1、主運(yùn)動(dòng)：是刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。一般，主運(yùn)動(dòng)速度最高，消耗功率最大，通常只有一個(gè)主運(yùn)動(dòng)。 2、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：是配合主運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)依次連續(xù)不斷地切除多余金屬層的刀具與工件之間的附加相對(duì)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是多個(gè)，也可以是一個(gè)；可以是連續(xù)的， 也可以是步進(jìn)的。 二、輔助運(yùn)動(dòng):實(shí)現(xiàn)機(jī)床的各種輔助動(dòng)作,為表面成

3、形創(chuàng)造條件。 切入運(yùn)動(dòng)、切出運(yùn)動(dòng)、調(diào)整運(yùn)動(dòng)、分度運(yùn)動(dòng)以及其他各種空行程運(yùn)動(dòng)。,切削運(yùn)動(dòng)示意圖,切削過(guò)程中工件上的加工表面,待加工表面： 即將被切去 金屬層的表面,過(guò)渡表面：切削 刃正在切削著的 表面,已加工表面： 已經(jīng)切去一部 分金屬形成的 新表面,（1）切削速度 切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度稱為切削速度，計(jì)算公式如下： vc= dn/1000 m/s 或 m/min d工件或刀具上某一點(diǎn)的回轉(zhuǎn)直徑（mm) n工件或刀具的轉(zhuǎn)速（r/s或r/min),切削用量三要素,在生產(chǎn)中將切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量統(tǒng)稱為切削用量,進(jìn)給量是工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周時(shí)兩者沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移，單位

4、是mm/r。 每齒進(jìn)給量對(duì)于銑刀、鉸刀、拉刀、齒輪滾刀等多刃切削工具，在它們進(jìn)行工作時(shí)，還應(yīng)規(guī)定每一個(gè)刀齒的進(jìn)給量fz，即后一個(gè)刀齒相對(duì)于前一個(gè)刀齒的進(jìn)給量，單位是mm/z(毫米/齒)。 vz = fn= fzzn mm/s或mm/min,背吃刀量：對(duì)于車削和刨削加工來(lái)說(shuō)，背吃刀量ap為工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離，單位為mm。 外圓柱表面車削 ap=（dw -dm ）/2 mm 鉆 孔 ap =dm /2 mm 主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)時(shí) ap =H w H m d m 已加工表面直徑 dw 待加工表面直徑,為了簡(jiǎn)化計(jì)算工作，切削層的表面形狀和尺寸，通常都在垂直于切削速度vc的基面Pr內(nèi)

5、觀察和量度。切削層參數(shù)為： （1）切削厚度 垂直于加工表面來(lái)度量的切削層尺寸，稱為切削厚度，以h D 表示。在外圓縱車（s0）時(shí)： h D f sin k r （2）切削寬度 沿加工表面度量的切削層尺寸，稱為切削寬度，以bD表示。 外圓縱車（當(dāng)s0 時(shí)） bD=ap/sinkr 可見(jiàn)，在f與ap一定的條件下，主偏角kr越大，切削厚度hD也就越大，但切削寬度bD越小；kr越小時(shí)，hD越小，bD越大；當(dāng)kr90時(shí)，hDf。 曲線形主切削刃、切削層各點(diǎn)的切削厚度互不相等。,切削面積 切削層在基面Pr的面積，稱為切削面積，以AD表示。其計(jì)算公式為： AD=hD.bD 對(duì)于車削來(lái)說(shuō)，不論切削刃形狀如何，

6、切削面積均為： ADhD.bD=f.ap 上面所計(jì)算的均為名義切削面積。實(shí)際切削面積等于名義切削面積減去殘留面積。,金屬切削過(guò)程,金屬切削過(guò)程是指將工件上多余的金屬層，通過(guò)切削加工被刀具切除成為切屑從而得到所需要的零件幾何形狀的過(guò)程。在這一過(guò)程中，始終存在著刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，從而產(chǎn)生一系列現(xiàn)象，如切削變形、切削力大小變化、切削熱與切削溫度以及有關(guān)刀具的磨損與刀具壽命、卷屑與斷屑等。,切削過(guò)程示意圖,金屬切削過(guò)程中的流線與三個(gè)變形區(qū)示意圖,(3) 第三變形區(qū)。已加工表面受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓、摩擦與回彈，造成纖維化與加工硬化。這一區(qū)域的格子線變形也是較密集的，稱為第

7、三變形區(qū)()。,(1) 第一變形區(qū)。材料在刀具前刀面擠壓作用下，從圖中OA線開(kāi)始發(fā)生塑性變形，到OM線晶粒的剪切滑移基本完成，這一區(qū)域稱為第一變形區(qū)()，亦稱剪切區(qū)。,(2) 第二變形區(qū)。切屑沿前刀面滑移排出時(shí)緊貼前刀面的底層金屬進(jìn)一步受到前刀面的擠壓阻滯和摩擦，再次剪切滑移變形而纖維化，其方向基本上和前刀面平行，這一區(qū)域稱為第二變形區(qū)()，亦稱摩擦變形區(qū)。,影響切削變形的因素,切削力和切削功率,切削力: 定義:切削過(guò)程中作用在刀具上的切削抗力稱為切削力。 來(lái) 源: 1、切削層金屬、切屑和工件表面層金屬的彈性、塑性變形而產(chǎn)生的力； 2、刀具與切屑、工件表面間的摩擦阻力。,切削合力與分力 主切削

8、力FC 吃刀抗力FP 進(jìn)給抗力Ff,切削功率 定義：切削功率指在切削 過(guò)程中消耗的功率，它是 各分力方向上所消耗功率 的和。由于主運(yùn)動(dòng)方向所 消耗的功率最大，通常用 主運(yùn)動(dòng)消耗的功率表示切 削功率.,Fc切削力，單位：N； vc切削速度，單位：m/min。,單位切削功率 定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)切除金屬層單位體積所 消耗的功率。 pc=p10-6KW/mm3.s-1,影響切削力的因素 1）工件材料的性能對(duì)切削力有顯著的影響。 工件材料的硬度或強(qiáng)度愈高，材料的剪切屈服強(qiáng)度也愈高，發(fā)生剪切變形的抗力也愈大，故切削力也愈大。 2）切削用量對(duì)切削力的影響。 a）背吃刀量asp 和進(jìn)給量f對(duì)切削力的影響;,b）

9、切削速度Vc對(duì)切削力的影響;,切削塑性材料時(shí),3）刀具幾何參數(shù)對(duì)切削力的影響。 a） 前角go對(duì)切削力的影響;,刀刃鋒利,前角go,變形抗力,切削力,前角對(duì)切削力的影響,b） 主偏角kr 對(duì)切削力的影響;,c）刃傾角ls 對(duì)切削力的影響;,d）刀尖圓弧半徑re 對(duì)切削力的影響;,刀具材料和切削液的使用對(duì)切削力也有一定的影響。,切削熱和切削溫度,切削熱和由它導(dǎo)致的切削溫度是影響金屬切削狀態(tài)的重要物理因素之一，切削時(shí)所消耗能量的 97%99%轉(zhuǎn)化為熱能。大量的熱能使切削區(qū)的溫度升高，直接影響到刀具的壽命和工件的加工精度及表面質(zhì)量。因此研究切削熱和切削溫度對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐有著重要的指導(dǎo)意義。,1.切削熱的

10、來(lái)源與傳出,一個(gè)是切屑與前刀面、工件與后刀面之間的摩擦，這是切削熱的主要來(lái)源。,另一個(gè)是切削層金屬在刀具的作用下發(fā)生彈性變形和塑性變形。,2. 切削溫度的分布,a） 法平面內(nèi)的切削溫度分布 b）刀具前面上的切削溫度分布 圖3-33 切削溫度的分布,影響切削溫度的因素,切削用量選擇,刀具耐用度的確定 切削用量的選擇原則 切削用量的選擇方法,刀具耐用度的確定,（一）最大生產(chǎn)率耐用度 完成一個(gè)工序所需要的工時(shí)tw為 求一階導(dǎo)數(shù)，得最大生產(chǎn)率耐用度 （二）最低成本耐用度（經(jīng)濟(jì)耐用度） 每個(gè)工件的工序成本為 刀具經(jīng)濟(jì)使用壽命,切削用量的選擇原則,粗加工時(shí)，為充分發(fā)揮機(jī)床和刀具的性能，以提高金屬切除量為主

11、要目的，應(yīng)選擇較大的切削深度、較大的進(jìn)給量和適當(dāng)?shù)那邢魉俣取?精加工時(shí)，應(yīng)主要考慮保證加工質(zhì)量，并盡可能的提高加工效率，應(yīng)采用較小的進(jìn)給量和較高的切削速度。在切削加工性差的材料時(shí)，由于這些材料硬度高、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低，必須首先考慮選擇合理的切削速度。,切削用量的選擇方法,在一般情況下，首先根據(jù)加工余量選擇切削深度ap，其次根據(jù)工件材料的硬化深度和切屑斷連的已加工表面粗糙度情況選擇進(jìn)給量f，最后盡量選擇較高的（高速鋼刀具選擇較低的）切削速度Vc，以切削速度來(lái)控制切削溫度，消除切屑瘤，保證工件表面粗糙度。,刀具幾何參數(shù)和切削用量表,工件材料,刀具材料,刀具幾何參數(shù),切削用量,低碳鋼,易切鋼,中碳

12、鋼,G,YT、YW,G,25-30,8-20,30-40,25-30,15-20,8-10,6-8,90-180,20-30,0.3-5,0.3-10,0.5-5,0.1-0.5,0.08-1,0.1-0.5,0,0,Vc(m/min),Ap(nm),F(mm/r),參數(shù)選擇說(shuō)明 A、粗車時(shí)，選用低的切削速度，大的切削深度和進(jìn)給量。 B、精車時(shí)，選用高的切削速度，小的切削深度和進(jìn)給量。 C、高速鋼刀具精車時(shí)采用Vc小于10m/min的切削速度以控 制積屑瘤產(chǎn)生，降低鋼件粗糙度。 D、對(duì)鑄鋼件，粗車應(yīng)選比較低的切削速度。 E、斷續(xù)切削時(shí)，刀具前角適當(dāng)減小。 F、刀具材料抗彎強(qiáng)度低，0應(yīng)減小到05

13、。,切削如鑄鐵等脆性材料時(shí)，切削層金屬未經(jīng)明 崩碎切屑 顯的塑性變形，就在彎曲拉應(yīng)力作用下脆斷， 得到了不規(guī)則的細(xì)粒狀切屑，稱為崩碎切屑。,1、切屑的種類,在加工塑性金屬材料時(shí)，若切削層金屬的剪 帶狀切屑 切滑移變形未達(dá)到材料的剪切破壞極限，切 屑就呈連續(xù)不斷的帶狀，稱為帶狀切屑。,在切削速度較低、切削厚度很大的情況下，切 節(jié)狀切屑 鋼及切削黃銅等材料時(shí) ，切屑的外表面局部達(dá) 到剪切破壞極限，開(kāi)裂呈節(jié)狀，稱為節(jié)狀切屑。,在切削速度較低、切削厚度很大的情況下，切鋼 粒狀切屑 及鉛等材料時(shí) ，由于剪切變形完全達(dá)到材料的 破壞極限，切下的切屑斷裂成均勻的顆粒狀，成 為粒狀切屑。,切 屑 種 類,切屑

14、的各種形狀,2、切屑的流向、卷曲和折斷 切屑的流向 在直角自由切削時(shí)，切屑在正交平面內(nèi)流出。 在直角非自由切削時(shí)，切屑流出方向與正交平面形成出屑角。 切屑的卷曲 切屑的卷曲是由于切削過(guò)程中的塑性變形和摩擦變形、切屑流出時(shí)的附加變形而產(chǎn)生的。,斷屑槽的形狀,3、影響斷屑的因素 卷屑槽的尺寸參數(shù) 刀具角度 切削用量,(1) 被切削材料的屈服極限強(qiáng)度越小，則彈性恢復(fù)少，越易折斷。 (2) 被切削材料的彈性模量大時(shí)，也容易折斷。 (3) 被切削材料塑性越低，越容易折斷。 (4) 切削厚度越大，則應(yīng)力增大，容易斷屑，而薄切屑則難斷。,(6) 切削速度提高時(shí)，斷屑效果降低。,(7) 刀具前角越小，切屑變形

15、越大，容易折斷。,(5) 背吃刀量增加，則斷屑困難增大。,積 屑 瘤,切削鋼、球墨鑄鐵和鋁合金等塑性金屬時(shí)，在切削速度不高，而又能形成帶狀切屑的情況下，常有一些從切屑和工件上來(lái)的金屬冷焊(黏結(jié))并層積在前刀面上，形成硬度很高的楔塊，它能夠代替刀面和切削刃進(jìn)行切削，這個(gè)楔塊稱為積屑瘤。,積屑瘤的特點(diǎn)： (1) 化學(xué)性質(zhì)與工件材料相同，說(shuō)明積屑瘤來(lái)自于工件材料(切屑底層)逐漸堆積。 (2) 硬度是工件材料的34倍，穩(wěn)定時(shí)可代替刀刃進(jìn)行切削。 (3) 積屑瘤是一個(gè)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，不穩(wěn)定，產(chǎn)生、成長(zhǎng)、脫落反復(fù)進(jìn)行。,(2) 積屑瘤的存在使刀具在切削時(shí)具有更大的實(shí)際前角，減小了切屑的變形，并使切削力下降。,(4) 在切削過(guò)程中積屑瘤是不斷地生長(zhǎng)和破碎的，所以積屑瘤的高度也是在不斷地變化的，從而也導(dǎo)致了實(shí)際切削厚度不斷地變化，引起局部過(guò)切，使零件的表面粗糙度 增大。同時(shí)部分積屑瘤的碎 片會(huì)嵌入已加工表面，影響 零件表面質(zhì)量。,(5) 不穩(wěn)定的積屑瘤不斷地生長(zhǎng)、破碎和脫落，積屑瘤脫落時(shí)會(huì)剝離前刀面上的刀具材料，造成刀具的磨損加劇。,積屑瘤對(duì)加工的影響有以下幾個(gè)方面：,(1) 穩(wěn)性的積屑瘤可以代替切削刃和前刀面進(jìn)行切削，