第三章金屬切削過程的基本規(guī)律_第1頁
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第三章金屬切削過程的基本規(guī)律第1頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三金屬切削過程是刀具從工件表面上切除金屬余量,獲得符合要求的已加工表面的過程。在這個過程中將產(chǎn)生許多物理現(xiàn)象,如切削力、切削熱、刀具磨損等,這些均以切削過程中金屬的彈、塑性變形為基礎(chǔ)。而生產(chǎn)實(shí)踐中出現(xiàn)的積屑瘤、鱗刺、振動等問題,又都同切削過程中的變形規(guī)律有關(guān)。因此,研究和掌握切削過程中的基本規(guī)律,將有利于金屬切削技術(shù)的發(fā)展,對合理選擇切削用量,提高生產(chǎn)效率,工件的加工質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本都有重要的意義。第2頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三1898年Taylor和White發(fā)明高速鋼。1930年前后人們又發(fā)明了硬質(zhì)合金。新的刀具材料的出現(xiàn)使切削加工的生產(chǎn)效率大大提高,應(yīng)用范圍越來越廣。以高速鋼的應(yīng)用為例,Trent在他的名著《MetalCutting》中寫到“高速鋼刀具的出現(xiàn)引起了金屬切削實(shí)踐的革命,大大提高了機(jī)械加工車間的生產(chǎn)率,并要求完全改變機(jī)床的結(jié)構(gòu),據(jù)估計,在最初幾年,美國的工程制造業(yè),由于使用了價值二千萬美元的高速鋼而增加了八十億美元的產(chǎn)值?!迸c此同時,生產(chǎn)實(shí)際也給金屬切削研究者帶來了許多急需解決的問題,例如刀具的耐用度,加工表面質(zhì)量,切屑的排除等等。第3頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三1907年Taylor在整整工作了26年切除了3萬噸切屑,掌握了10萬個以上的實(shí)驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,在他經(jīng)典的論文“OntheArtofCuttingMetal”中提出了著名的刀具耐用度公式,第一個研究了切削速度和刀具耐用度之間的關(guān)系。這一公式對今天預(yù)測刀具耐用度仍有重要的指導(dǎo)意義。有些學(xué)者認(rèn)為金屬切削理論的研究是從Taylor開始,雖不確切,但Taylor的工作確實(shí)是金屬切削理論史上一個重要的里程碑。傳統(tǒng)意義上的金屬切削理論研究在二十世紀(jì)六七十年代達(dá)到高峰第4頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三第三章金屬切削過程的基本規(guī)律第一節(jié)切削變形與切屑的形成過程第二節(jié)切削力第三節(jié)切削熱與切削溫度第四節(jié)刀具磨損與壽命第5頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三第三章金屬切削過程的基本規(guī)律第一節(jié)切削變形與切屑的形成過程

塑性金屬受擠壓,

隨外力F的增加,金屬內(nèi)部應(yīng)力增加,先產(chǎn)生彈性變形繼而產(chǎn)生塑性變形,使金屬的晶格沿晶面發(fā)生滑移,最后產(chǎn)生破裂。研究條件:直角自由切削切削變形的力學(xué)本質(zhì):切削金屬形成切屑的過程是一個類似于金屬材料受擠壓作用,產(chǎn)生塑性變形進(jìn)而產(chǎn)生剪切滑移的變形過程。第6頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三金屬試件受擠壓時,在其內(nèi)部產(chǎn)生主應(yīng)力的同時,還將在與作用力大致成45°方向的斜截面內(nèi),產(chǎn)生最大切應(yīng)力,在切應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時將在此方向剪切滑移。刀具切削時相當(dāng)于局部擠壓,使金屬沿最大剪應(yīng)力方向產(chǎn)生滑移。CB線以下金屬由于母體阻礙,不能沿BC線滑移,而只能沿DA線滑移。以直角自由切削為例,如果忽略了摩擦、溫度、和應(yīng)變速度的影響,金屬切削過程如同壓縮過程,切削層受刀具擠壓后也產(chǎn)生塑性變形。塑性金屬受壓縮時,隨著外力的增加,金屬先后產(chǎn)生彈性變形、塑性變形,并使金屬晶格產(chǎn)生滑移,而后斷裂第7頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三一、切削變形區(qū)第一變形區(qū):(基本變形區(qū))OA~OM之間的區(qū)域,是切削過程中的主要變形區(qū),是切削力和切削熱的主要來源。主要特征:剪切面的滑移變形第二變形區(qū):切屑底層與前刀面之間的摩擦變形區(qū)。主要影響切屑的變形和積屑瘤的產(chǎn)生。第三變形區(qū)第二變形區(qū)第一變形區(qū)第三變形區(qū):工件已加工表面與刀具后刀面之間的擠壓、摩擦變形區(qū)域。造成工件表面的纖維化與加工硬化。該區(qū)域?qū)ぜ砻娴臍堄鄳?yīng)力以及后刀面的磨損有很大的影響。第8頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三1.第Ⅰ變形區(qū):塑性變形區(qū),因為晶粒的位錯滑移而形成。塑性變形從始滑移面OA開始至終滑移面OM終了,之間形成AOM塑性變形區(qū),由于塑性變形的主要特點(diǎn)是晶格間的剪切滑移,所以AOM叫剪切區(qū),也稱為第一變形區(qū)(Ⅰ)。

第I變形區(qū)的金屬變形特點(diǎn):沿滑移線的剪切滑移變形和加工硬化。第9頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三第一變形區(qū)內(nèi)金屬的剪切變形

一般速度范圍內(nèi)Ⅰ區(qū)寬度為0.02~.2mm,速度越高,寬度越小,可看作一個剪切平面或稱滑移面第10頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三剪切角φ:剪切面和切削速度方向的夾角。φ值小,反映剪切變形的程度大實(shí)驗證明,對于同一工件材料,用同樣的刀具,切削同樣大小的切削層,當(dāng)切削速度高時,剪切角ф較大,剪切面積變小切削比較省力,說明切屑變形較小。相反,當(dāng)剪切角ф較小,則說明切屑變形較大第11頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三滑移面與作用力方向夾角為45°滑移面與晶格變形伸長方向夾角為ψ第12頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三2.第Ⅱ變形區(qū)

切屑沿刀具前面排出時會進(jìn)一步受到前刀面的阻礙,在刀具和切屑界面之間存在強(qiáng)烈的擠壓和摩擦,使切屑底部靠近前刀面處的金屬發(fā)生“纖維化”的二次變形,其方向基本上和前面相平行。這部分區(qū)域稱為第二變形區(qū)(Ⅱ)。纖維化金屬粘附在前刀面上,使其流動速度非常低,這種切屑底層流動速度較其它部分緩慢的現(xiàn)象稱為滯流現(xiàn)象,該金屬層叫滯流層。刀屑這種摩擦實(shí)質(zhì)上是切屑底層內(nèi)的剪切滑移。變形性質(zhì)為塑性變形。造成前刀面的磨損和積屑瘤的形成。第13頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三3.第Ⅲ變形區(qū)

第一變形區(qū)的塑性變形擴(kuò)展到切削層的下方金屬,在后刀面的法向力和摩擦力的作用下,使工件繼續(xù)產(chǎn)生徑向的塑性變形和彈性變形。該變形區(qū)的變形及應(yīng)力狀態(tài)對已加工表面的質(zhì)量影響最大。會造成已加工面塑性變形、晶粒纖維化、加工硬化和殘余應(yīng)力。引起變形的主要因素:⑴刀刃都有鈍圓半徑刀刃不可能絕對鋒利,不管采用何種方式刃磨,刀刃總會有一鈍圓半徑rn。一般高速鋼刃磨后rn為3~10μm,硬質(zhì)合金刀具磨后約18~32μm,如采用細(xì)粒金剛石砂輪磨削,rn最小可達(dá)到3~6μm。另外,刀刃切削后就會產(chǎn)生磨損,增加刀刃鈍圓。被切金屬與基體的分離點(diǎn)在該圓弧段上是隨機(jī)的。使切削層參數(shù)中公稱切削厚度不可能完全切除(△a),會有很小一部分被擠壓到已加工表面,與刀具后刀面發(fā)生摩擦,并進(jìn)一步產(chǎn)生彈、塑性變形,從而影響已加工表面質(zhì)量第14頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三⑵刀具由于磨損,在后刀面上會產(chǎn)生一無后角的磨損平面(BC)。⑶由于工件材料的彈性恢復(fù)(△h),使已加工表面與后刀面接觸變長??v上所述,金屬切削過程的本質(zhì)就是:被切削金屬層在刀具的作用下,經(jīng)受擠壓而產(chǎn)生的剪切滑移變形的過程。第15頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三

以上對金屬切削層在切削過程中三個變形區(qū)域變形的特點(diǎn)進(jìn)行了介紹,如果將這三個區(qū)域綜合起來,可以看作如圖所示過程。當(dāng)金屬切削層進(jìn)入第一變形區(qū)時,金屬發(fā)生剪切滑移,并且金屬纖維化,該切削層接近刀刃時,金屬纖維更長并包裹在切削刃周圍,最后在O點(diǎn)斷裂成兩部分,一部分沿前刀面流出成為切屑,另一部分受到刀刃鈍圓部分的擠壓和摩擦成為已加工表面,表面金屬纖維方向平行已加工表面,這層金屬具有與基體組織不同的性質(zhì)。第16頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三第Ⅰ變形區(qū):剪切滑移變形區(qū)

物理現(xiàn)象:產(chǎn)生切屑

第Ⅱ變形區(qū):前刀面擠壓摩擦變形區(qū)

(與前刀面接觸的切屑層內(nèi)產(chǎn)生的變形區(qū));

物理現(xiàn)象:產(chǎn)生積屑瘤

第Ⅲ變形區(qū):后刀面擠壓摩擦回彈區(qū)變形區(qū)

(近切削刃處已加工表層內(nèi)產(chǎn)生的變形區(qū)。)

物理現(xiàn)象:產(chǎn)生加工硬化

第17頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三二、切屑的基本類型

前三種切屑是切削塑性金屬時得到的。最常見到的是帶狀切屑,當(dāng)切削厚度大時得到節(jié)狀切屑,單元切屑比較少見。在形成節(jié)狀切屑的情況下,進(jìn)一步減小前角,或加大切削厚度,就可以得到單元切屑。切屑的形態(tài)是可以隨切削條件而轉(zhuǎn)化的。

第18頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三

(2)節(jié)狀切屑

又稱擠裂切屑。它的外表面呈鋸齒形,內(nèi)表面有時有裂紋。在切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較小時常產(chǎn)生此類切屑。

(1)帶狀切屑

它的內(nèi)表面是光滑的,外表面呈毛茸狀。加工塑性金屬時,在切削厚度較小、切削速度較高、刀具前角較大的工況條件下常形成此類切屑。

一、切屑的類型第19頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三

(4)崩碎切屑

切削脆性金屬時,金屬層在彈性變形后一般不經(jīng)過塑性變形突然崩裂形成不規(guī)則的碎塊狀切屑切削厚度越大越易得到這類切屑。

(3)粒狀切屑

又稱單元切屑。大小較均勻的顆粒狀切屑.在切屑形成過程中,如剪切面上的剪切應(yīng)力超過了材料的斷裂強(qiáng)度,切屑單元從被切材料上脫落,形成粒狀切屑。切削條件:一般采用小前角或負(fù)前角,以極低的切削速度和大的切削厚度切削塑性金屬時易產(chǎn)生此種切屑。實(shí)際生產(chǎn)中很少見。第20頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三形成條件影響名稱簡圖形態(tài)變形帶狀,底面光滑,背面呈毛茸狀節(jié)狀,底面光滑有裂紋,背面呈鋸齒狀粒狀不規(guī)則塊狀顆粒剪切滑移尚未達(dá)到斷裂程度局部剪切應(yīng)力達(dá)到斷裂強(qiáng)度剪切應(yīng)力完全達(dá)到斷裂強(qiáng)度未經(jīng)塑性變形即被擠裂切削塑性材料,速度高,切削厚度小前角大加工塑性材料,切削速度較低,進(jìn)給量較大,刀具前角較小工件材料硬度較高,韌性較低,切削速度較低加工硬脆材料,刀具前角較小切削過程平穩(wěn),表面粗糙度小,妨礙切削工作,應(yīng)設(shè)法斷屑切削過程欠平穩(wěn),表面粗糙度欠佳切削力波動較大,切削過程不平穩(wěn),表面粗糙度不佳切削力波動大,有沖擊,表面粗糙度惡劣,易崩刀帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑3.7切屑的類型與控制3.7.1切屑的類型(按切屑的形成機(jī)理)節(jié)狀切屑帶狀切屑第21頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三帶狀切屑節(jié)狀切屑粒狀切屑崩碎切屑切塑性材料:

帶狀切屑節(jié)狀切屑粒狀切屑切削平穩(wěn),力波動小滑移量較大,局部切削不平穩(wěn),力波動大加工面光潔,斷屑難剪應(yīng)力達(dá)斷裂強(qiáng)度加工表面粗糙少見↑γ0↑v↓ap↓γ0↓v↑ap↓γ0↓v↑ap↑γ0↑v↓ap第22頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三三、變形程度的表示方法切削過程中,切削層金屬變形主要表現(xiàn)在剪切面上的剪切滑移,其次表現(xiàn)在切屑的收縮、卷曲和加工過程中的硬化。變形程度的度量方法一般用:切削厚度壓縮比Λh相對滑移ε剪切角φ表示。第23頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三

1.相對滑移ε(純剪切)滑移距離Δs與單元厚度Δy之比。用來度量第Ⅰ變形區(qū)的滑移變形程度。能比較真實(shí)地反映出切削變形的程度。第24頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三2.切削厚度壓縮比Λh切削層金屬受到擠壓而形成的切屑切削層厚度增加,長度縮小,這種現(xiàn)象稱為切屑收縮。另外:寬度不變,體積不變。厚度變形系數(shù):切屑厚度hch/切削層厚度hD

長度變形系數(shù):切削層長度LD/切屑長度Lch由體積相等可推出兩變形系數(shù)相等

Λh越大,表示切屑越厚越短,標(biāo)志著切屑變形越大。變形系數(shù)在一定條件下反映金屬的平均擠壓程度。第25頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三切削厚度壓縮比ΛhΛh是一個大于1的數(shù),Λh值越大,表示切下的切屑厚度越大,長度越短,其變形也就越大。由于切屑厚度壓縮比Λh直觀地反映了切屑的變形程度,并且容易測量,故一般常用它來度量切屑的變形。γ0↑,φ

↑→Λh↓ε↓第26頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三故切削時塑性變形是很大的第27頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三3.剪切角前刀面摩擦角β:剪切角φ↑→剪切面積↓→變形程度↓→切削力↓φ

=45°

-(β-γ0)結(jié)論:γo和φ是影響切削變形的兩個主要因素。當(dāng)γo增大時,φ角隨之增大,變形減小。即在保證切削刃強(qiáng)度的條件下,增大前角對改善切削過程是有利的。2.當(dāng)β增大時,φ角隨之減小,變形增大。故仔細(xì)研磨刀面、加入切削液以減小前刀面上的摩擦對改善切削過程是有利的。第28頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三切屑厚度壓縮比Λh可直觀地反映出切屑變形的程度和狀況,且容易測量。但由于它表示的是切削層平均擠壓程度,而金屬切削過程的實(shí)質(zhì)是切削層的剪切滑移。因此Λh只能粗略地反映出剪切變形的真實(shí)情況。第29頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三四、前刀面上的摩擦特點(diǎn)在高溫高壓作用下,切屑底層與前刀面發(fā)生粘結(jié),切屑與前刀面之間既有外摩擦,也有內(nèi)摩擦。刀屑接觸面間有二個摩擦區(qū)域:粘結(jié)(內(nèi)摩擦)區(qū)和滑動(外摩擦)區(qū)。在粘結(jié)區(qū),切屑的底層與前面呈現(xiàn)冷焊狀態(tài),切屑與前面之間不是一般的外摩擦,這時切屑底層的流速要比上層緩慢得多,從而在切屑底部形成一個滯流層。內(nèi)摩擦就是指滯流層與上層流屑層內(nèi)部之間的摩擦,這種內(nèi)摩擦也就是金屬內(nèi)部的剪切滑移。其摩擦力的大小與材料的流動應(yīng)力特性及粘結(jié)面積的大小有關(guān)。切屑離開粘結(jié)區(qū)后進(jìn)入滑動區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)刀屑間的摩擦僅為外摩擦。金屬的內(nèi)摩擦力要比外摩擦力大得多,因此,應(yīng)著重考慮內(nèi)摩擦。第30頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三經(jīng)研究,在切削塑性金屬的過程中,刀一屑間只有在很低的切削速度時才存在峰點(diǎn)型接觸;產(chǎn)生的摩擦為外摩擦。而在一般切削速度或切削速度較高時,由于刀屑的壓力很大,可達(dá)1.96~2.94GPa(2000~3000N/mm2),再加上攝氏幾百度的高溫,使得切屑底層金屬軟化,粘嵌在前刀面上成為粘結(jié)區(qū),所以刀一屑之間的摩擦主要是內(nèi)摩擦。當(dāng)切屑快離開前面時,才由于壓力的減小使刀一屑的界面回到峰點(diǎn)型接觸的狀態(tài)。據(jù)估計,在一般切削條件下,刀一屑間內(nèi)摩擦占全部摩擦力的85%.內(nèi)摩擦力等于金屬塑性剪切力,外摩擦力用庫倫定律計算。

第31頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三刀-屑接觸區(qū)可分兩部分:粘接區(qū)lf1:剪切滑移,內(nèi)摩擦滑動區(qū)lf2:滑動摩擦,外摩擦一般內(nèi)摩擦力約占總摩擦力的85%切塑性金屬時前刀面上應(yīng)力分布情況→(lf1區(qū)切應(yīng)力τf為常數(shù))第32頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三Ffi:前刀面上的摩擦力Fni:前刀面上的法向力Afi:粘結(jié)面積第33頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三在生產(chǎn)中常用減小切削力、縮短刀一屑接觸長度、降低加工材料屈服強(qiáng)度、選用摩擦系數(shù)小的刀具材料、提高刀面刃磨質(zhì)量和澆注切削液等方法來減小摩擦。第34頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三五積屑瘤

在一定的切削速度范圍內(nèi)切削鋼、鋁合金、銅合金等塑性材料時,常有一部分被切工件材料堆積于刀具刃口附近的前刀面上。這層堆積物大體成三角形,質(zhì)地十分堅硬,其硬度可為工具材料的2倍~3倍,處于穩(wěn)定狀態(tài)時可代替刀尖進(jìn)行切削。該堆積物稱為積屑瘤,俗稱刀瘤。反復(fù)生長和脫落,脫落后粘附在已加工表面上。頂部凹凸不平,使加工表面粗糙度增加。第35頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三第36頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三在a區(qū)里形成粒狀切屑或節(jié)狀切屑,這時沒有積屑瘤出現(xiàn)。在b區(qū)里形成帶狀切屑。有積屑瘤生成;積屑瘤的高度隨著切削速度的提高而增大,同時積屑瘤前端越來越象像楔子,越來越深入地楔入切削層與工件之間。當(dāng)切削速度增大到b區(qū)的右邊界時,積屑瘤的高度達(dá)到最大值。實(shí)驗研究表明:加工碳素鋼時,切削溫度300℃時積屑瘤最高,500℃以上時趨于消失。由于切削溫度與切削速度密切相關(guān),因而切削速度與積屑瘤的形成和高度有密切的關(guān)系。第37頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三在c區(qū)里,積屑瘤的高度隨著切削速度的提高而減小,而且積屑瘤的頂部越趨于與前刀面平行。當(dāng)v增大到c區(qū)右邊界之值時,積屑瘤便消失。在d區(qū)里積屑瘤不再生成,此時切屑底層高度纖維化,纖維的方向幾乎與前刀面平行。這樣的切屑底層稱為滯流層。

第38頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三

積屑瘤對切削過程的影響使刀具前角變大,減少變形和力使切削厚度變化,產(chǎn)生過切和犁溝使加工表面粗糙度增大對刀具壽命的影響(兩方面)粗加工可用,精加工絕對不要第39頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三避免積屑瘤產(chǎn)生的常用的方法有:(1)選擇低速或高速加工,避開容易產(chǎn)生積屑瘤的切削速度區(qū)間。例如,高速鋼刀具采用低速寬刀加工,硬質(zhì)合金刀具采用高速精加工;

第40頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三(2)采用冷卻性和潤滑性好的切削液,減小刀具前刀面的粗糙度等;(3)減小進(jìn)給量,增大刀具前角,以減小刀—屑接觸壓力;(4)合理調(diào)整切削參數(shù),以防止形成中溫區(qū)。(5)對于中、低碳鋼以及一些有色金屬在精加工前應(yīng)對于它們進(jìn)行相應(yīng)的熱處理,如正火或調(diào)質(zhì)等,以提高材料的硬度、降低材料的塑性。

第41頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三六、已加工表面變形和加工硬化

已加工表面受到切削刃鈍圓部分與后刀面的擠壓和摩擦,使表層金屬產(chǎn)生扭曲、擠緊和破碎,經(jīng)過嚴(yán)重的塑性變形,使表層硬度升高的現(xiàn)象稱為加工硬化。刀刃鈍圓半徑rn后刀面磨損帶VB彈性恢復(fù)區(qū)CD變形特征:擠壓、摩擦與回彈第42頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三金屬進(jìn)入第一變形區(qū)時,晶粒因壓縮而變長,因剪切滑移而傾斜。金屬層接近刀刃時,晶粒更為伸長,成為包圍在刀刃周圍的纖維層,最后在O點(diǎn)斷裂。

已加工表面的金屬纖維被拉伸的又細(xì)又長,纖維方向平行于已加工表面,金屬晶粒被破壞,發(fā)生了劇烈的塑性變形,產(chǎn)生加工硬化,表面殘余應(yīng)力,稱之為加工變質(zhì)層。第43頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三鋼件表面的硬化深度Δhd和硬化程度N

法平均硬化深度Δhd(μm)平均硬化程度N/(%)高速車削30~50120~150精車20~60140~180鉆孔180~200160~170拉削20~75150~200滾(插)齒120~150160~200外圓磨削(未淬火)30~60140~160研磨3~7110~117

加工硬化程度N:已加工表面的顯微硬度增加值,對原始顯微硬度的百分比。

硬化層深度ΔhD:硬化層深度是指已加工表面至未硬化處的垂直距離ΔhD,單位為μm第44頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三減輕加工硬化的措施:磨出鋒利的切削刃;增大前角和后角減小背吃刀量合理選用切削液第45頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三七、影響切削變形的因素切削變形的程度主要決定于:工件材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量。1.工件材料

工件材料的機(jī)械性能不同,切削變形也不同。材料的強(qiáng)度、硬度增高,正壓力Fn增大,平均正應(yīng)力σav增大,因此,摩擦系數(shù)μ下降,剪切角φ增大,切削變形減小,而切削塑性較高的材料,則變形較大。如不銹鋼1Cr18Ni9Ti和45鋼的強(qiáng)度近似,但前者延伸率大得多,所以切削時的切屑變形比后者大,且易粘刀,不易斷屑。第46頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三工件材料抗彎強(qiáng)度σb/GPa硬度HBS切削厚度(切削層公稱厚度)(hD/mm)0.10.140.180.22銅0.216550.780.760.750.7410鋼0.3621020.740.730.720.7210Cr鋼0.481250.730.720.720.711Cr18Ni9Ti0.6341700.710.700.680.67表3-2幾種不同材料在各種切削厚度時的摩擦系數(shù)第47頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三2.刀具的幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)中影響變形系數(shù)最大的是前角γo。前角γo越大,摩擦系數(shù)μ越大。一般前角越大,切削層的變形越小。這是因為前角增大,雖然摩擦系數(shù)、摩擦角也增大,但剪切角也增大,剪切面減小,變形減小。刃傾角的大小因其影響實(shí)際工作前角,對切屑變形產(chǎn)生影響。。增大前角γ0,變形系數(shù)Λh減小,切削變形減小。切削20Cr鋼時

當(dāng)選用γo=10°,Λh=4.5;

當(dāng)改用γo=15°,Λh=3.8。第48頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三第49頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三3.切削用量1)切削速度Vc:Vc越高,變形系數(shù)Λh越小在高速時,由于切削層受力小,切削速度又快,切削變形不充分而使切屑變形減小。在積屑瘤增長的速度范圍內(nèi),切削速度Vc是通過積屑瘤使剪切角φ改變和通過切削溫度使摩擦系數(shù)μ變化而影響切削變形的。因積屑瘤導(dǎo)致實(shí)際工作前角增加、剪切角φ增大、變形系數(shù)減小。在積屑瘤消失的速度范圍內(nèi),實(shí)際工作前角不斷減小、變形系數(shù)不斷上升至最大值,此時積屑瘤完全消失。第50頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三Vc在3~20m/min范圍內(nèi)提高,積屑瘤高度隨著增加,刀具實(shí)際前角增大,使剪切角φ增大,故變形系數(shù)Λh減小。Vc=20m/min時,Λh值最小。Vc在20~40m/min范圍內(nèi)提高,積屑瘤逐漸消失,刀具實(shí)際前角減小,使φ減小,Λh增大。Vc超過40m/min繼續(xù)增高,由于切削溫度逐漸升高,使摩擦系數(shù)μ下降,故變形系數(shù)Λh減小。第51頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三2)進(jìn)給量的影響在無積屑瘤的情況下,通過hD和μ來影響切削變形的。當(dāng)進(jìn)給量f增大時,切削層厚度hD增大,切屑的平均變形減小,變形系數(shù)減小。第52頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三1、減少切削厚度壓縮比Λh的主措施有:()A、減小前角B、提高切削速度C、減少切削深度D、增加進(jìn)刀量2、切屑形成過程中剪切角φ是()A剪切滑移面與切削速度之間的夾角B切削合力方向與剪切滑移面之間的夾角C切削合力方向與切削速度之間的夾角3、表示塑性金屬切削變形程度常用的指標(biāo)是:()A、剪切角B、切削厚度壓縮比C、前刀面與切屑的摩擦系數(shù)D、相對滑移4、刀具角度對切削變形影響較大的是:()A、增大前角、減少變形B、增大后角、減少變形C、增大刃傾角、減小變形D、增大主偏角、減少變形5、切削深度對切削變形的影響是:()A、切削深度增大,切削變形明顯增大B、切削深度增大,切削變形減小C、切削深度增大,切削變形基本不變D、切削深度增大,切削變形先增加后減小第53頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三6、積屑瘤對切削過程的影響是:()A、增大前角B、增加切削深度C、增大表面粗糙度D、加劇刀具磨損7、影響積屑瘤形成的主要因素有()A、切削溫度B、切削速度C、刀具角度D、切削深度8、防止積屑瘤最主要的兩種措施是:()A、加切削液B、減小進(jìn)給量C、避免中速切削D、增大前角9、如圖所示,F(xiàn)c-Vc曲線的第2段,增大Vc,F(xiàn)c升高的主要原因是:()A、切削速度提高,摩擦力加大,使切削力增大B、切削速度使溫度升高,產(chǎn)生積屑瘤,切削力增大C、切削速度使溫度升高,積屑瘤減小,切削力增大D、切削速度提高引起溫度升高、積屑瘤增大,摩擦系數(shù)增大等綜合結(jié)果10、硬質(zhì)合金刀具精加工時采用高速度,其主要目的是:()A、提高刀具耐用度B、降低切削力C、防止機(jī)床振動D、防止產(chǎn)生積屑瘤第54頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三11、如圖示,1#刀кr=45°,2#刀кr=75°。其它條件一樣,請判斷兩把刀切削力與切削溫度:()A、1#Fc<2#Fc(Fc—主切削力)B、1#Fc>2#Fc(Fc—主切削力)C、1#θ>2#θ(θ—切削溫度)D、1#θ<2#θ(θ—切削溫度)12、欲保持生產(chǎn)率不變,則:()A、提高aP,降低Vc對節(jié)省機(jī)床動力最有利B、提高f,降低Vc對節(jié)省機(jī)床動力最有利C、提高n,降低ap對節(jié)省機(jī)床動力最有利D、提高n,降低f對節(jié)省機(jī)床動力最有利13、減少刀具與切屑摩擦系數(shù)的主要措施是A低速切削B增大前角C增大進(jìn)給量D加潤滑液E提高切削速度14、前刀面上的摩擦(刀屑間)屬:A外摩擦B內(nèi)摩擦C外摩擦與內(nèi)摩擦兼有D加切削液時屬液體摩擦15、增大切削厚度引起的效應(yīng)是A增加切削變形B減少切削力C減少單位面積切削力D減小刀具磨損第55頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三16、增大進(jìn)給量引起的效應(yīng)是A增加切削變形B減少切削力C減少單位面積切削力D減小刀具磨損17、高速切削時不易產(chǎn)生積屑瘤的主要原因是:A高速切削切削變形小B高速切削摩擦力小C高速切削切削溫度高D高速切削切削力小18、用硬質(zhì)合金車刀加工碳鋼時,以下幾種看法哪種比較正確A希望產(chǎn)生積屑瘤,以增大前角,減小切削力B不希望產(chǎn)生積屑瘤,以防產(chǎn)生振動C希望產(chǎn)生積屑瘤,以保護(hù)刀刃,減少磨損D不希望產(chǎn)生積屑瘤,以防降低表面加工質(zhì)量19、高速鋼刀具精加工時降低切削速度,其主要目的是A提高刀具耐用度B降低切削力C防止機(jī)床振動D防止產(chǎn)生積屑瘤20、形成加工表面硬化最主要的一種原因是A已加工表面彈性回復(fù)形成的后刀面摩擦B已加工表面彈性回復(fù)形成的后刀面擠壓C刃口圓弧對刃前區(qū)及已加工表面的摩擦D刃口圓弧對刃前區(qū)及已加工表面的擠壓第56頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三21、切削時,增大進(jìn)給量而保持其他條件不變時,將使:A切削變形減小B切削變形增大C平均摩擦系數(shù)增大D平均摩擦系數(shù)減小22、切削時增大背吃刀量而保持其他條件不變時,將使:A切削變形減小B切削變形增大C摩擦系數(shù)增大D切削力增大23、車削時增大進(jìn)給量,單位切削力A增大B減小C增大0.75倍D減小0.75倍24、車削時增大背吃刀量,單位切削力A增大B減小C增大0.75倍D不變第57頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三第58頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三第二節(jié)切削力第59頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三l)克服切削層材料和工件表面層材料對彈性變形、塑性變形的抗力。2)克服刀具與切屑、刀具與工件表面間摩擦阻力所需的力。切削力來源于以下兩個方面:1.切削力一、切削力來源、合力與分力第60頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三切削力的分解第61頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三各分力的作用主切削力Fc(Fz):主運(yùn)動方向上的切削分力。用于計算切削功率、校核機(jī)床及工夾具強(qiáng)度和剛度。背向力Fp(徑向分力Fy):垂直于工作平面,過大會引起工藝系統(tǒng)的變形和振動,降低加工質(zhì)量。機(jī)床設(shè)計時,用于主軸軸承壽命計算、軸承選擇、主軸彎曲剛度校驗等。進(jìn)給力Ff(軸向分力Fx):沿進(jìn)給運(yùn)動方向。是設(shè)計機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的主要依據(jù)第62頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三F2=Fc2+Fp2+Ff2Fp=FDcosκrFf=FDsinκrFD:在基面內(nèi)合力(推力);FD2=Fp2+Ff2F2=Fc2+FD2一般情況下,主切削力Fc最大。隨著刀具材料、刀具幾何參數(shù)、刃磨情況、切削用量、工件材料的不同,F(xiàn)c、Fp、Ff之間的比例可在較大范圍內(nèi)變化。根據(jù)實(shí)驗,當(dāng)κr=45°、λs=0°、γo=15°時,F(xiàn)c、Fp、Ff之間有近似關(guān)系:Fp=(0.40.5)FcFf=(0.30.4)FcF=(1.121.18)Fc切削力的數(shù)值可以用儀器測量獲得,也可以用經(jīng)驗公式計算得到。第63頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三二、切削力的測量及切削力經(jīng)驗公式圖用測力儀測出切削力,再通過對實(shí)驗數(shù)據(jù)的處理,可求得計算切削力的經(jīng)驗公式。在生產(chǎn)實(shí)際中,一般都用經(jīng)驗公式來計算切削力。目前常用的測力儀有電阻式測力儀和壓電式測力儀。1.切削力的測量第64頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三

生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用比較廣泛的切削力經(jīng)驗公式為

2.切削力實(shí)驗公式式中KFc、KFf、KFp為切削條件修正系數(shù),xFc、yFc、zFc等為指數(shù),均可在切削用量手冊中查到。第65頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三CFc,CFp,CFf

——與加工條件(工件、刀具材料)有關(guān)系數(shù);xFc,xFp,xFf

——切削深度ap

對切削力影響指數(shù);

yFc,yFp,yFf

——進(jìn)給量f對切削力影響指數(shù);

KFc,KFp,KFf

——考慮不同加工條件(切削速度、刀具幾何參數(shù)、刀具磨損等因素)影響的修正系數(shù)。第66頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三3.單位切削力單位切削層面積上的切削力稱為單位切削力,用kc(N/mm2)表示:P49單位切削力kc與進(jìn)給量f有關(guān),它隨著進(jìn)給量f增加而減小。單位切削力kc不受背吃刀量ap的影響,這是因為背吃刀量改變后,切削力F與切削層面積A以相同的比例隨著變化。而進(jìn)給量f增大,切削層面積A隨之增大,而切削力F增大不多。第67頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三第68頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三4.切削功率消耗在切削過程中的功率稱切削功率Pm,是Fz、Fx所消耗功率之和。Fp方向沒有位移,不消耗功率。因Ff相對于Fc所消耗功率來說一般很小(<1%~2%),可略去不計,因而

(KW)(KW)機(jī)床電機(jī)功率PE為:

ηm機(jī)床傳動效率,一般取0.75~0.85。

第69頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三1)背吃刀量ap和進(jìn)給量f

切削深度ap和進(jìn)給量f決定了切削面積的大小。AD=hD*bD=apfap和f的增大都導(dǎo)致切削力增大。但兩者的影響程度不同。切削深度加大時,變形系數(shù)Λh不變,切削力成正比例增大;而f加大時,Λh有所下降;故切削力不成正比例增大,其影響程度比較小。從以下經(jīng)驗公式中可反映出ap對切削力的影響要比f的影響大。FC=CFcaP

1f0.84

三、影響切削力的因素1.切削用量的影響第70頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三在車削力的經(jīng)驗公式中,加工各種材料的ap指數(shù)xFc≈1,而f的指數(shù)yFc=0.75~0.9,即當(dāng)ap加大一倍時,F(xiàn)c也增大一倍;而f加大一倍時,F(xiàn)c只增大68%~86%。因此,切削加工中,如從切削力和切削功率角度考慮,加大進(jìn)給量比加大背吃刀量有利。第71頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三2)切削速度切削鑄鐵等脆性材料時,被切材料的塑性變形及它與前刀面的摩擦均比較小。Vc對切削力沒有顯著影響。第72頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三加工鋼時,切削速度v與切削力Fc的關(guān)系曲線。1.在積屑瘤增長階段

隨v

↑→積屑瘤高度↑變形程度↓,F(xiàn)↓

2.在積屑瘤減小階段

v↑→變形程度↑,F(xiàn)↑3.在無積屑瘤階段

隨v↑,溫度升高,摩擦系數(shù)↓變形程度↓→F↓

計算F時乘以修正系數(shù)Kv或指數(shù)nF約為-0.15來體現(xiàn)BUEroeFθ,μ,ξ,t變FA:BUE最大B:BUE消失BABUEroeF第73頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三第74頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三結(jié)論:切削用量三要素中,對切削力影響最大的是背吃刀量,其次是進(jìn)給量f

,最后是切削速度第75頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三2.工件材料的影響工件材料的強(qiáng)度、硬度相近時,塑性越大的材料,發(fā)生的塑性變形也越大,所以切削力也越大。切削脆性材料時,被切材料的塑性變形及它與前刀面的摩擦都比較小,故其切削力相對較小。

●工件材料的強(qiáng)度、硬度越高,剪切屈服強(qiáng)度τs越大,F(xiàn)c越大

●強(qiáng)度↑、摩擦系數(shù)μ↓,摩擦角β↓,剪切角φ↑,變形系數(shù)Λh↓,F(xiàn)c又有所減少第76頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三3.刀具幾何參數(shù)的影響1)前角γo前角γo對切削力的影響最大。加工塑性材料時,γ0↑→φ↑→Λh↓→FC↓加工脆性材料時,切削變形很小,

γ0對F影響不顯著γ0>30°或高速切削時,γ0對F影響不顯著第77頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三第78頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三2).主偏角(1)當(dāng)kr加大時,F(xiàn)p減小,F(xiàn)f加大。Fp=FDcosκrFf=FDsinκr

(2)當(dāng)加工塑性金屬時,隨kr加大,F(xiàn)c減??;

hD=fsinΚrΚr↑→hD↑→Λh↓

約在kr=60°~75°之間,F(xiàn)c減到最小;然后隨kr繼續(xù)加大,F(xiàn)c又有所增大。Fc的變動范圍不大,無論減小或增大,都在10%以內(nèi)。(3)刃傾角λs對主切削力Fc影響很小(不超過10%),但對切深抗力Fp、進(jìn)給抗力Ff影響較顯著。第79頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三kr1Kr’kr2FpFf車削細(xì)長軸類零件外圓時,最好采用主偏角為90°的車刀,對否?切削時不宜選用過大的負(fù)刃傾角。尤其在加工的工藝系統(tǒng)剛性較差情況下,往往因-λs增大Fp的作用而產(chǎn)生振動。第80頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三第81頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三第82頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三4.其它因素的影響

1)刃傾角:刃傾角變化時,將改變合力F的方向,因而影響各分力的大小。刃傾角λS對主切削力Fc的影響很小,對切深抗力FP影響最大。λS↓

→FP↑,F(xiàn)f↓第83頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三第84頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三

2)刀尖圓弧半徑

在一般的切削加工中,刀尖圓弧半徑rε對Fp、Ff的影響較大,對Fc的影響較小。當(dāng)κr、f、ap一定時,刀尖圓弧半徑rε增大,使主偏角Κr減小。

rε↑→Κr↓→Fc↑、FP↑、Ff↓

第85頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三第86頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三3)負(fù)倒棱的影響為提高刀具刃口區(qū)的強(qiáng)度(硬質(zhì)合金刀具),常在靠近刀刃前刀面上一定寬度的負(fù)倒棱(γ01=0°~﹣30°)。雖然提高了刀具的使用壽命,但降低了刀刃的鋒利程度,使切削變形增大,導(dǎo)致切削力增大。負(fù)倒棱是通過它的寬度bγ對進(jìn)給量f的比值(bγ/f)來影響切削力的。當(dāng)bγ/f增大時,F(xiàn)c、FP、Ff都將增大。其中對Ff影響最大,F(xiàn)P次之,F(xiàn)c最小。bγ/f↑→Ff↑,F(xiàn)P↑,F(xiàn)c↑第2章

金屬切削原理與刀具第87頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三bγ1與f之比增大,切削力隨之增大。當(dāng)切鋼bγ1/f≥5或切鑄鐵bγ1/f≥3時,切屑從前面流出時,刀-屑接觸長度Lf>>f。但:bγ1<f時,正前角γ0仍起作用;bγ1>f時,正前角γ0不起作用,而是負(fù)倒棱。切削力趨于穩(wěn)定,接近于負(fù)前角的狀態(tài)。第88頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三第89頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三4).刀具磨損的影響主要反映為后刀面磨損對切削力的影響。當(dāng)?shù)毒叩暮蟮睹婺p后,則形成一個后角為零、高度為一定寬度(VB值)的小棱面,使作用在后刀面上的法應(yīng)力FαN和摩擦力Fα增大,從而導(dǎo)致切削力增大。VB↑→FαN↑、Fα↑→Fc↑、FP↑、Ff↑VB對背向力Fp影響最顯著第2章

金屬切削原理與刀具第90頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三第2章

金屬切削原理與刀具第91頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三5)

切削液:以冷卻作用為主的水溶液對切削力影響很小。而潤滑作用強(qiáng)的切削油能夠顯著的降低切削力。6)刀具材料:刀具材料不是影響切削的主要因素。但由于不同的刀具材料與工件材料之間的摩擦系數(shù)不同,因此對切削力也有一些影響。按立方氮化硼、陶瓷、涂層、硬質(zhì)合金、高速鋼順序,切削力依次增大。各種因素中材料、刀具前角、主偏角對切削力影響的修正系數(shù)P52表3-2第92頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三用硬質(zhì)合金YT15車刀車外圓,加工材料為45鋼(σb=598MPa)已知條件為:刀具幾何參數(shù):γ0=150,α0=80,κr=750

λs=-50,rε=1.0mm切削用量:vc=100m/min,f=0.4mm/r,ap=4mm所用機(jī)床:CA6140要求:計算出切削力Fc和切削功率Pc五、切削力的計算舉例第93頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三

解:查表3-1得:查表3-2得:查表3-2得:總修正系數(shù):切削力:切削功率:第94頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三一、切削熱的來源與傳散切削熱的來源主要有兩個方面,一個是切屑與前刀面、工件與后刀面之間的摩擦所消耗的摩擦功,這是切削熱的主要來源。另一個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所消耗的變形功。與此相對應(yīng),切削熱產(chǎn)生在三個區(qū)域,即剪切面、切屑與前刀面接觸區(qū)、工件與后刀面接觸區(qū)。第三節(jié)切削熱與切削溫度Q=FcVc

第95頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三切削熱由切屑、工件、刀具以及周圍的介質(zhì)傳導(dǎo)出去。影響熱傳導(dǎo)的主要因素是工件和刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)以及周圍介質(zhì)的狀況。傳導(dǎo)途徑干車削鉆削切屑50%~86%28%工件9%~3%52%刀具40%~10%15%周圍介質(zhì)1%5%第96頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三Q屑Q刀Q工Q介車削50%~86%10%~40%3%~9%1%鉆削28%14.5%52.5%5%第97頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三二、切削溫度測定原理與切削溫度分布1.切削溫度的測定原理1)自然熱電偶法利用刀具和工件材料化學(xué)成分的不同構(gòu)成熱電偶,組成熱電回路測量切削溫度的方法?;芈分行纬闪藴夭铍妱觿荩秒娢挥嫽蚝练砜梢詫⑵鋽?shù)值記錄下來。再根據(jù)事先標(biāo)定的熱電偶熱電勢與溫度的關(guān)系曲線(標(biāo)定曲線),便可以查出刀具與工件接觸區(qū)的切削溫度值。用自然熱電偶法測到的切削溫度是切削區(qū)的平均溫度。第98頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三3.3.2切削溫度及其分布和測量第99頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三2)人工熱電偶法人工熱電偶法是將兩種預(yù)先經(jīng)過標(biāo)定的金屬絲組成熱電偶,熱電偶的熱端焊接在刀具或工件上預(yù)定要測量溫度的點(diǎn)上,冷端通過導(dǎo)線串接電位計或毫伏表。根據(jù)表上的讀數(shù)值和熱電偶標(biāo)定曲線,可獲得焊接點(diǎn)上的溫度。應(yīng)用人工熱電偶法,只能測得距前刀面有一定距離處某點(diǎn)的溫度,3.3.2切削溫度及其分布和測量第100頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三3.3.2切削溫度及其分布和測量第101頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三2.切削溫度分布第102頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三2.切削溫度的分布(溫度場)溫度場是指工件、切屑和刀具上各點(diǎn)的溫度分布。3.3.2切削溫度及其分布和測量第103頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三第104頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三三、影響切削溫度的主要因素1.切削用量(1)切削速度對切削溫度有顯著的影響。切屑底層與前刀面產(chǎn)生的切削熱,由于切削速度很高,在很短的時間內(nèi)來不及向切屑內(nèi)部傳導(dǎo),而大量積聚在切屑底層,使切削溫度顯著升高。另外,伴隨著切削速度的提高,消耗的功增大,切削熱也會增大,故使切削溫度上升。(2)進(jìn)給量f對切削溫度也有一定的影響。但切削溫度隨進(jìn)給量增大而升高的幅度不如切削速度那樣顯著。因進(jìn)給量f增大切削變形增加少,且增加了刀屑接觸面積。第105頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三(3)切削深度ap對切削溫度的影響很小。因為切削深度ap增大以后,切削區(qū)產(chǎn)生的熱量雖然成正比例地增多,但因改善了散熱條件,所以切削溫度的升高并不明顯。因切削溫度對刀具磨損和壽命影響很大,由以上分析可知,為有效控制切削溫度以提高刀具壽命,選用大的背吃刀量或進(jìn)給量,比選用大的切削速度有利。第106頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三2.工件材料工件材料的強(qiáng)度、硬度、塑性及熱導(dǎo)率對切削溫度有較大的影響。工件強(qiáng)度、硬度高,切削時的切削力大,消耗功率大,產(chǎn)生的切削熱多,故切削溫度高。工件的導(dǎo)熱系數(shù)對切削溫度也有很大的影響,不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)的強(qiáng)度、硬度雖然低于45鋼,但它的導(dǎo)熱系數(shù)小于45鋼(約為45鋼的1/3)切削溫度比45鋼高40%。切削脆性金屬材料時,塑性變形小,切屑呈崩碎狀態(tài),與前刀面的摩擦小,故產(chǎn)生的切削熱少,切削實(shí)驗結(jié)果表明,切灰鑄鐵HT200時的切削溫度比切45鋼大約低25%。第107頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三3.刀具幾何參數(shù)

1)前角γo

前角的大小直接影響切削過程中的變形和摩擦,對切削溫度有明顯影響。前角大,切削溫度低;前角小,切削溫度高。當(dāng)前角達(dá)18o~20o后,對切削溫度影響減小,這是因為楔角變小使散熱體積減小的緣故。

第108頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三2)主偏角主偏角加大后,切削刃的工作長度縮短,切削熱相對地集中;但刀尖角減小,使散熱條件變差,切削溫度將上升。4.切削液第109頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三第四節(jié)刀具磨損和刀具壽命

一、刀具磨損切削時,刀具的前刀面與切屑、后刀面與工件常常相互擠壓和劇烈摩擦,產(chǎn)生很高的溫度。因此磨損發(fā)生在刀具的前刀面和后刀面上,前刀面磨損形成月牙洼,后刀面磨損形成磨損帶,通常前、后刀面的磨損是同時發(fā)生,相互影響的。第110頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三(一)刀具磨損的形式刀具失效的形式有正常磨損和非正常磨損兩類。1.正常磨損正常磨損是指隨著切削時間增加,磨損逐漸擴(kuò)大的磨損。(1)前刀面磨損(月牙洼磨損)常發(fā)生于加工塑性金屬時,切削速度較高和切削厚度較大的情況下,切屑在刀具的前刀面上磨出一個月牙形凹坑,習(xí)慣上稱之為月牙洼。月牙洼處即切削溫度最高點(diǎn)。第111頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三2.主后刀面磨損

刀尖磨損區(qū)C區(qū)溫度高

中間磨損區(qū)B區(qū)

邊界磨損區(qū)N區(qū)硬化、氧化

3.副后刀面磨損

副偏角和副后角偏小,摩擦大第112頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三2.非正常磨損P54圖在生產(chǎn)中,常會出現(xiàn)刀具突然崩刃、卷刃或刀片碎裂的現(xiàn)象,被稱為非正常磨損。1)塑性破損切削時,刀具由于高溫高壓的作用,使刀具前、后刀面的材料發(fā)生塑性變形,刀具喪失切削能力,這種破損稱為塑性破損。與硬度比有關(guān).硬質(zhì)合金不易產(chǎn)生.2)脆性破損在振動、沖擊切削條件的作用下,刀具尚未發(fā)生明顯磨損(VB≤0.1mm),但刀具切削部分卻出現(xiàn)了刀刃微崩或刀尖崩碎、刀片或刀具折斷、表層剝落、熱裂紋等現(xiàn)象,使刀具不能繼續(xù)工作,這種破損稱為脆性破損。硬質(zhì)合金易產(chǎn)生.第113頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三(二)刀具磨損的形式1.磨損過程曲線1)初期磨損階段該階段磨損曲線的斜率較大,這意味著刀具磨損很快。第114頁,共131頁,2023年,2月20日,星期三3.4.3刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)2)正常磨損階段經(jīng)過初期磨損后,刀具的后刀面上被磨出一條狹窄的棱面,壓強(qiáng)減小。同時刀具的表面已經(jīng)被磨平,磨損量的增加減緩并穩(wěn)定下來,刀具進(jìn)入正常磨損階段。第115頁,共131頁,2023年,2

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