切削过程的基本规律PPT课件.ppt

切削过程的基本规切削过程的基本规律律、切削力的产生切削力的产生vA、克服被加工材料对、克服被加工材料对弹性变形弹性变形的抗力的抗力vB、克服被加工材料对、克服被加工材料对塑性变形塑性变形的抗力的抗力vC、克服切屑对刀具前、克服切屑对刀具前刀面的刀面的摩擦摩擦力和刀具后力和刀具后刀面对过渡表面和已加刀面对过渡表面和已加工表面间的摩擦力。工表面间的摩擦力。切削力的产生切削力的产生 v(2)切削合力及分力切削合力及分力vFr vFD v合力合力Fr vFf 进给力进给力vFP 背向力背向力vFc 切削力切削力vFD为总合力在切削层尺寸平面上的投影为总合力在切削层尺寸平面上的投影 切削合力及分解 v(3)切削功率切削功率概念概念:v切削过程中所消耗的功率称为切削过程中所消耗的功率称为切削功率切削功率Pc。v背向力背向力FP在力的方向无位移在力的方向无位移,不做功不做功,因此切削功因此切削功率为进给力率为进给力Ff与切削力与切削力Fc所做的功。所做的功。v根据功率公式根据功率公式切削功率切削功率:v Pc (Fc c Ff nf/1000)10-3KW v式中式中,Fc切削力切削力(N),c切削速度切削速度(m/min),Ff进给进给力力(N),n工件转速工件转速(r/s),f进给量进给量()v由于由于Ff消耗功率一般小于消耗功率一般小于12,可以可以忽略不计忽略不计,因此功率公式可简化为因此功率公式可简化为:v Pc Fc c 10-3KWv.切削力的计算切削力的计算:v(1)指数公式指数公式v指数公式应用较广指数公式应用较广,它的形式如下它的形式如下:v上式中上式中,C、C、C为被加工金属的切削为被加工金属的切削条件系数条件系数,K、K、K为当加工条件与为当加工条件与经验公式条件不同时的修正系数。经验公式条件不同时的修正系数。v(2)单位切削力公式单位切削力公式v概念概念:v单位切削力指单位切削面积上的切削力。单位切削力指单位切削面积上的切削力。v公式公式:vKc=(N/2)v式中式中,Fc切削力切削力(N),vAD切削面积切削面积(2),vap背吃刀量背吃刀量(),f进给量进给量(/r)。vKc可以查表。可以查表。v.影响切削力的因素影响切削力的因素v(1)工件材料工件材料v(2)切削用量切削用量v、背吃刀量、背吃刀量ap与进给量与进给量f影响影响v、切削速度切削速度v(3)刀具几何参数刀具几何参数v、刀具前角、刀具前角v、刀具主偏角、刀具主偏角r和刀尖圆弧半径和刀尖圆弧半径v、刀具刃倾角、刀具刃倾角s v(4)刀具材料与切削液刀具材料与切削液(1)工件材料工件材料v一般材料的一般材料的强度强度愈高愈高,硬度硬度越大越大,加工硬化加工硬化性性越强越强,塑性变形越大塑性变形越大,加工此材料所需的加工此材料所需的切削切削力也越大力也越大。v有多种因素影响时有多种因素影响时,综合考虑。如综合考虑。如奥氏体奥氏体不锈不锈钢钢,虽然强度、硬度低虽然强度、硬度低,但加工硬化能力大但加工硬化能力大,因因此此切削力也较大切削力也较大。铜、铝铜、铝塑性变形大塑性变形大,但加工但加工硬化小硬化小,切削力较低切削力较低。(2)切削用量切削用量v背吃刀量背吃刀量ap与进给量与进给量 f 影响影响v因为切削面积因为切削面积 AD ap f,所以背吃刀量所以背吃刀量ap与与进给量进给量 f 的增大都将增大切削面积。的增大都将增大切削面积。切削面切削面积的增大积的增大将使变形力和摩擦力增大将使变形力和摩擦力增大,切削力也切削力也将增大将增大,但两者对切削力影响不同。但两者对切削力影响不同。v由于进给量由于进给量 f 的增大会减小切削层的变形的增大会减小切削层的变形,所所以以背吃刀量背吃刀量ap对切削力的影响比进给量对切削力的影响比进给量f大。大。v在生产中在生产中,如如机床消耗功率相等机床消耗功率相等,为提高生产为提高生产效率效率,一般采用一般采用提高进给量而提高进给量而不是不是背吃刀量的背吃刀量的措施措施。v积屑瘤产生阶段积屑瘤产生阶段,由由于刀具实际前角增大于刀具实际前角增大,切削力减小。切削力减小。v在积屑瘤消失阶段在积屑瘤消失阶段,切削力逐渐增大切削力逐渐增大,v积屑瘤消失时积屑瘤消失时,切削切削力力Fc达到最大达到最大,以后以后又开始减小。又开始减小。v(与对变形系数的影与对变形系数的影响一样响一样,都有马鞍形都有马鞍形变化。变化。)切削速度对切削力的影响切削速度对切削力的影响(3)刀具几何参数刀具几何参数v前角前角O:对切削力影响最大。切削力随着前角的对切削力影响最大。切削力随着前角的增增大而减小大而减小。这是因为前角的增大。这是因为前角的增大,切削变形与摩擦切削变形与摩擦力减小力减小,切削力相应减小。切削力相应减小。v刀具主偏角刀具主偏角r:对切削力对切削力Fc的影响不大的影响不大,r 60 o75 o 时时,Fc最最小小,因此因此,主偏角主偏角r 75 o 的车刀在生产中应用较的车刀在生产中应用较多。多。背向力背向力Fp随主偏角随主偏角r的增大而减小。的增大而减小。进给力进给力Ff随主偏角随主偏角r的增大而增大。的增大而增大。刀尖圆弧刀尖圆弧半径增大半径增大,切削变形增大切削变形增大,切削力也增大。切削力也增大。相当于相当于r减小对切削力影响。减小对切削力影响。(4)刀具材料与切削液刀具材料与切削液 v刀具材料影响到它与被加工材料摩擦力的变刀具材料影响到它与被加工材料摩擦力的变化化,因此影响切削力的变化。同样的切削条件因此影响切削力的变化。同样的切削条件,陶瓷刀切削力最小陶瓷刀切削力最小,硬质合金次之硬质合金次之,高速钢刀高速钢刀具切削力最大。具切削力最大。v切削液的正确应用切削液的正确应用,可以降低摩擦力可以降低摩擦力,减小切减小切削力。削力。v.切削热的产生与传导切削热的产生与传导v切削热产生的切削热产生的原因原因:v、在金属切削过程中、在金属切削过程中,切削层发生弹性与塑切削层发生弹性与塑性变形性变形 v、切屑、工件与刀具的摩擦也产生了大量的、切屑、工件与刀具的摩擦也产生了大量的热量。热量。v切削热产生的区域切削热产生的区域:v、剪切面、剪切面,v、切屑与刀具前刀面的接触区、切屑与刀具前刀面的接触区,v、刀具后刀面与工件过渡表面接触区。、刀具后刀面与工件过渡表面接触区。2.2.2 切削热与切削温度切削热与切削温度v金属切削层的塑性变形产生的热量最大金属切削层的塑性变形产生的热量最大,即主要在剪切面区产生。即主要在剪切面区产生。v切削热量的近似计算公式切削热量的近似计算公式:v Q Fc c(J/s)实际上是切削力所做的功。实际上是切削力所做的功。v其中其中:切削力切削力Fc(N),切削主运动速度切削主运动速度c(m/s)。切削产生的热量在各种介质中传送的比例切削产生的热量在各种介质中传送的比例v切削产生的热量主要由切屑、刀具、工件和切削产生的热量主要由切屑、刀具、工件和周围介质周围介质(空气或切削液空气或切削液)传出传出,如不考虑切削如不考虑切削液液,则各种介质的比例参考如下则各种介质的比例参考如下:v(1)车削加工车削加工 切屑切屑,5086;刀具刀具,1040;工件工件,39;空气空气,1。切削速度越。切削速度越高高,切削厚度越大切削厚度越大,切屑传出的热量越多。切屑传出的热量越多。v(2)钻削加工钻削加工 切屑切屑,28;刀具刀具,14.5;工件工件,52.5;空气空气5。切削温度的分布切削温度的分布v(1)切削最高温度并不在刀刃切削最高温度并不在刀刃,而是而是离刀刃有一定距离离刀刃有一定距离。对于。对于45钢钢,约在离刀刃约在离刀刃1处前刀面处前刀面的温度最高。的温度最高。v(2)后刀面温度的分布与前刀面后刀面温度的分布与前刀面类似类似,最高温度也在切削刃附近最高温度也在切削刃附近,不过不过比前刀面的温度低。比前刀面的温度低。v(3)终剪切面后终剪切面后,沿切屑流出的沿切屑流出的垂直方向温度变化较大垂直方向温度变化较大,越靠近越靠近刀面刀面,温度越高温度越高,这说明切屑在这说明切屑在刀面附近被刀面附近被摩擦升温摩擦升温,而且切屑而且切屑在前刀面的摩擦热集中在切屑在前刀面的摩擦热集中在切屑底层。底层。(1)切削用量切削用量v经验公式经验公式:高速钢刀具高速钢刀具(加工材料加工材料45钢钢):v 140170a f v v 硬质合金刀具硬质合金刀具(加工材料加工材料45钢钢):v 320a f v v切削用量三要素切削用量三要素c、ap、f中中,v切削速度切削速度c对温度的对温度的影响最显著影响最显著,因为因为指数最大指数最大,切削速切削速度增加一倍度增加一倍,温度约增加温度约增加32;v其次是进给量其次是进给量f,进给量增加一倍进给量增加一倍,温度约升高温度约升高18,v背吃刀量背吃刀量ap影响最小影响最小,约约7。v主要的原因是主要的原因是速度增加速度增加,使使摩擦热增多摩擦热增多;vf增加增加,切削变形减小切削变形减小,切屑切屑带走的热量带走的热量也增多也增多,所以热量所以热量增加不多增加不多;v背吃刀量背吃刀量ap的增加的增加,使切削宽度增加使切削宽度增加,显著增加热量的显著增加热量的散散热面积热面积。影响切削温度的因素影响切削温度的因素(2)刀具的几何参数刀具的几何参数v前角前角o:前角前角o增大增大,切削温度降低。因前角切削温度降低。因前角增大时增大时,单位切削力下降单位切削力下降,切削热减少。切削热减少。v主偏角主偏角r:主偏角主偏角r减小减小,切削宽度切削宽度bD增大增大,切切削厚度减小削厚度减小,因此切削温度也下降。因此切削温度也下降。(3)工件材料工件材料P54v材料的材料的强度与硬度增大强度与硬度增大时时,单位切削力增大单位切削力增大,因此切削热增多因此切削热增多,切削温度升高。切削温度升高。v导热系数影响材料的传热导热系数影响材料的传热,因此导热系数因此导热系数大大,产生的切削温度产生的切削温度低低。v例如例如,低碳钢低碳钢,强度与硬度较低强度与硬度较低,导热系数大导热系数大,产生的切削温度低。产生的切削温度低。v不锈钢与不锈钢与45钢相比钢相比,导热系数小导热系数小,因此切削温因此切削温度比度比45钢高。钢高。(4)切削液切削液v切削液对切削温度的影响切削液对切削温度的影响,与切削液的导热性与切削液的导热性能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度都有很大关系。都有很大关系。v切削液的导热性越好切削液的导热性越好,温度越低温度越低,则切削温度则切削温度也越低。也越低。v从导热性能方面来看从导热性能方面来看,水基切削液优于乳化液水基切削液优于乳化液,乳化液优于油类切削液。乳化液优于油类切削液。2.2.3 刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度v1.刀具的磨损形式刀具的磨损形式v(1)前刀面磨损前刀面磨损v、特点、特点:v 在前刀面上离切削在前刀面上离切削刃小段距离有一月牙刃小段距离有一月牙洼洼,随着磨损的加剧随着磨损的加剧,主要是月牙洼逐渐加主要是月牙洼逐渐加深深,洼宽变化并不是很洼宽变化并不是很大。磨损程度用洼深大。磨损程度用洼深KT表示。表示。(2)后刀面磨损后刀面磨损v、特点、特点:v 在刀具后刀面上出现与加在刀具后刀面上出现与加工表面基本平行的磨损带。工表面基本平行的磨损带。v、C、B、N三个区三个区 vC区是刀尖区区是刀尖区,由于散热差由于散热差,强强度低度低,磨损严重磨损严重,最大值最大值VC;vB区处于磨损带中间区处于磨损带中间,磨损均磨损均匀匀,最大磨损量最大磨损量VBmax;vN区处于切削刃与待加工表面区处于切削刃与待加工表面的相交处的相交处,磨损严重磨损严重,磨损量磨损量以以VN表示表示,此区域的磨损也此区域的磨损也叫边界磨损叫边界磨损,v加工铸件、锻件等外皮粗糙加工铸件、锻件等外皮粗糙的工件时的工件时,N区区域容易磨损。区区域容易磨损。v(3)破损破损v刀具破损比例较高刀具破损比例较高,硬质合金刀具有硬质合金刀具有5060是破是破损。特别是用脆性大的刀具连续切削或加工高硬度材损。特别是用脆性大的刀具连续切削或加工高硬度材料时料时,破损较严重。它又分为以下几种形式破损较严重。它又分为以下几种形式:v、崩刃崩刃 特点是在切削刃产生小的缺口特点是在切削刃产生小的缺口,尺寸与进给尺寸与进给量相当。硬质合金刀具连续切削时容易产生。量相当。硬质合金刀具连续切削时容易产生。v、剥落剥落 特点是前后刀面上平行于切削刃剥落一层碎特点是前后刀面上平行于切削刃剥落一层碎片片,常与切削刃一起剥落。陶瓷刀具端铣常发生剥落常与切削刃一起剥落。陶瓷刀具端铣常发生剥落,另外硬质合金刀具连续切削也发生。另外硬质合金刀具连续切削也发生。v、裂纹裂纹 特点是垂直或倾斜于切削刃有热裂纹。由于特点是垂直或倾斜于切削刃有热裂纹。由于长时间连续切削长时间连续切削,刀具疲劳而引起。刀具疲劳而引起。v、塑性破损塑性破损 特点是刀刃发生塌陷。是由于切削时高特点是刀刃发生塌陷。是由于切削时高温高压作用引起的。温高压作用引起的。v2.刀具的磨损原因刀具的磨损原因:v(1)硬质点磨损硬质点磨损v(2)粘结磨损粘结磨损v(3)扩散磨损扩散磨损v(4)氧化磨损氧化磨损v(5)相变磨损相变磨损(1)硬质点磨损硬质点磨损v因为工件材料中含有一些碳化物、氮化物、因为工件材料中含有一些碳化物、氮化物、积屑瘤残留物等硬质点杂质积屑瘤残留物等硬质点杂质,在金属加工过程在金属加工过程中中,会将刀具表面划伤会将刀具表面划伤,造成机械磨损。低速造成机械磨损。低速刀具磨损的主要原因是硬质点磨损。刀具磨损的主要原因是硬质点磨损。(2)粘结磨损粘结磨损v加工过程中加工过程中,切屑与刀具接触面在一定的切屑与刀具接触面在一定的温度温度与压力与压力下下,产生塑性变形而发生冷焊现象后产生塑性变形而发生冷焊现象后,刀具表面粘结点被切屑带走刀具表面粘结点被切屑带走而发生的磨损。而发生的磨损。一般一般,具有较大的抗剪和抗拉强度的刀具抗粘具有较大的抗剪和抗拉强度的刀具抗粘结磨损能力强结磨损能力强,如高速钢刀具具有较强的抗粘如高速钢刀具具有较强的抗粘结磨损能力。结磨损能力。(3)扩散磨损扩散磨损v由于切削时由于切削时高温作用高温作用,刀具与工件材料中的刀具与工件材料中的合合金元素相互扩散金元素相互扩散,而造成刀具磨损。硬质合金而造成刀具磨损。硬质合金刀具和金刚石刀具切削钢件温度较高时刀具和金刚石刀具切削钢件温度较高时,常发常发生扩散磨损。金刚石刀具不宜加工钢铁材料。生扩散磨损。金刚石刀具不宜加工钢铁材料。一般在刀具表层涂覆一般在刀具表层涂覆TiC、TiN、Al2O3等等,能能有效提高抗扩散磨损能力。有效提高抗扩散磨损能力。(4)氧化磨损氧化磨损v硬质合金刀具切削温度达到硬质合金刀具切削温度达到700o800o时时,刀刀具中一些具中一些C、CO、TiC等被空气氧化等被空气氧化,在刀具在刀具表层形成一层硬度较低的氧化膜表层形成一层硬度较低的氧化膜,当氧化膜磨当氧化膜磨损掉后在刀具表面形成氧化磨损。损掉后在刀具表面形成氧化磨损。(5)相变磨损相变磨损v在切削的高温下在切削的高温下,刀具金相组织发生改变刀具金相组织发生改变,引引起硬度降低造成的磨损。起硬度降低造成的磨损。v总的来说总的来说,刀具磨损可能是其中的一种或几种。刀具磨损可能是其中的一种或几种。对一定的刀具和工件材料对一定的刀具和工件材料,起主导作用的是切起主导作用的是切削温度。在削温度。在低温区低温区,一般以硬质点磨损为主一般以硬质点磨损为主;在高温区以粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损在高温区以粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损等为主。等为主。积屑瘤对金属切削过程产生的影响问题积屑瘤对金属切削过程产生的影响问题?v(1)实际刀具前角如何变化实际刀具前角如何变化?v(2)实际切削厚度如何变化实际切削厚度如何变化?v(3)加工后表面粗糙度如何变化加工后表面粗糙度如何变化?v(4)切削刀具的耐用度如何变化切削刀具的耐用度如何变化?(1)实际刀具前角增大实际刀具前角增大v刀具前角刀具前角o指前刀面与基面之间的夹角指前刀面与基面之间的夹角,其概其概念将在后节详细论述。如图所示念将在后节详细论述。如图所示,由于积屑瘤由于积屑瘤的粘附的粘附,刀具前角增大了一个刀具前角增大了一个b角度角度,如把切如把切屑瘤看成是刀具一部分的话屑瘤看成是刀具一部分的话,无疑实际刀具前无疑实际刀具前角增大角增大,现为现为o b。v刀具前角增大可减小切削力刀具前角增大可减小切削力,对切削过程有积对切削过程有积极的作用。而且极的作用。而且,切削瘤的高度切削瘤的高度Hb 越大越大,实际实际刀具前角也越大刀具前角也越大,切削更容易。切削更容易。(2)实际切削厚度增大实际切削厚度增大v由图由图2-9可以看出可以看出,当切削瘤存在当切削瘤存在时时,实际的金属切削层厚度比无实际的金属切削层厚度比无切削瘤时增加了一个切削瘤时增加了一个hD,显然显然,这对工件切削尺寸的控制是不这对工件切削尺寸的控制是不利的。值得注意的是利的。值得注意的是,这个厚度这个厚度hD的增加并不是固定的的增加并不是固定的,因为因为切削瘤在不停变化切削瘤在不停变化,它是一个产它是一个产生生,长大长大,最后脱落的周期性变最后脱落的周期性变化过程化过程,这样可能在加工中产生这样可能在加工中产生振动。振动。(3)加工后表面粗糙度增大加工后表面粗糙度增大v积屑瘤的变化不但是整体积屑瘤的变化不但是整体,而且积屑瘤本身也而且积屑瘤本身也有一个变化过程。有一个变化过程。积屑瘤的底部积屑瘤的底部一般比较一般比较稳稳定定,而它的而它的顶部极不稳定顶部极不稳定,经常会破裂经常会破裂,然后再然后再形成。形成。v破裂破裂的一部分随切屑的一部分随切屑排除排除,另一部分留在加工另一部分留在加工表面上表面上,使加工表面变得非常使加工表面变得非常粗糙粗糙。可以看出。可以看出,如果想提高表面加工质量如果想提高表面加工质量,必须控制积屑瘤的必须控制积屑瘤的发生。发生。(4)切削刀具的耐用度降低切削刀具的耐用度降低v从积屑瘤在刀具上的粘附来看从积屑瘤在刀具上的粘附来看,积屑瘤应该对积屑瘤应该对刀具有保护作用刀具有保护作用,它代替刀具切削它代替刀具切削,减少了刀减少了刀具磨损具磨损。v积屑瘤的粘附是不稳定的积屑瘤的粘附是不稳定的,它会周期性的从刀它会周期性的从刀具上脱落具上脱落,当它脱落时当它脱落时,可能使可能使刀具表面金属刀具表面金属剥落剥落,从而从而使刀具磨损加大使刀具磨损加大。对于硬质合金刀。对于硬质合金刀具这一点表现尤为明显。具这一点表现尤为明显。课堂问题避免积屑瘤的发生的措施?避免积屑瘤的发生的措施避免积屑瘤的发生的措施P45v、首先从加工前的热处理工艺阶段解决。通过热处理、首先从加工前的热处理工艺阶段解决。通过热处理,提高提高零件零件材料材料的的硬度硬度,降低降低材料的材料的加工硬化加工硬化。v、调整、调整刀具刀具角度角度,增大前角增大前角,从而减小切屑对刀具前刀从而减小切屑对刀具前刀面的压力。面的压力。v、调低调低切削速度切削速度,使切削层与刀具前刀面接触面使切削层与刀具前刀面接触面温度温度降低降低,避免粘结现象的发生。避免粘结现象的发生。或采用或采用较高的切削速度较高的切削速度,增增加切削温度加切削温度,因为因为温度高到一定程度温度高到一定程度,积屑瘤也不会发生。积屑瘤也不会发生。v、更换、更换切削液切削液,采用润滑性能更好的切削液采用润滑性能更好的切削液,减少切削减少切削摩擦。摩擦。影响切削变形的因素问题影响切削变形的因素问题?v1随着工件材料强度的增大随着工件材料强度的增大,切屑的变形如切屑的变形如何变化何变化?v2当当刀具刀具前角前角O增大时增大时,金属切屑的变形趋金属切屑的变形趋势势?v刀尖刀尖圆弧半径圆弧半径越大越大,表面的切削变形是增大还表面的切削变形是增大还是减小是减小?v3随切削速度变化的材料变形系数曲线随切削速度变化的材料变形系数曲线是一是一直递减直递减的吗的吗?为什么为什么?v4在无积屑瘤段在无积屑瘤段,进给量进给量f越大越大,材料的变形材料的变形系数系数如何变化如何变化?1工件材料工件材料v通过试验通过试验,可以发可以发现工件材料强度和现工件材料强度和切屑变形有密切的切屑变形有密切的关系。关系。v从图可以看出从图可以看出,随随着工件材料强度的着工件材料强度的增大增大,切屑的变形切屑的变形越来越小。越来越小。图图2-10 材料强度对变形系数的影响材料强度对变形系数的影响 2刀具几何参数刀具几何参数v由由图图2-7可以看到可以看到,当当刀具刀具前前角角O增大时增大时,沿刀面流出的沿刀面流出的金属切削层将比较平缓的流金属切削层将比较平缓的流出出,金属切屑的变形也会变金属切屑的变形也会变小。小。v刀尖圆弧半径对切削变形也刀尖圆弧半径对切削变形也有影响有影响,刀尖刀尖圆弧半径圆弧半径越大越大,表明刀尖越钝表明刀尖越钝,对加工表面对加工表面挤压也越大挤压也越大,表面的切削变表面的切削变形也越大形也越大。3、切削速度、切削速度v由图由图2-11可以看出可以看出,随切削速度变化的材料变形系随切削速度变化的材料变形系数曲线数曲线并不是一直递减并不是一直递减,而是在某一段有一个波峰而是在某一段有一个波峰,这实际是积屑瘤产生的影响。所以切削速度对材这实际是积屑瘤产生的影响。所以切削速度对材料变形的影响分为两个段料变形的影响分为两个段,一个是积屑瘤这一段一个是积屑瘤这一段,另一个是无积屑瘤段。另一个是无积屑瘤段。积屑瘤段情况积屑瘤段情况v切削速度对切屑变形的影响主要是通过积屑瘤对切屑变形的影切削速度对切屑变形的影响主要是通过积屑瘤对切屑变形的影响来实现的。响来实现的。v在在积屑瘤增长积屑瘤增长阶段阶段,积屑瘤随着切削速度的增大而增大积屑瘤随着切削速度的增大而增大,积屑瘤积屑瘤越大越大,实际刀具前角也越大实际刀具前角也越大,切屑的变形相对减少切屑的变形相对减少,所以在此阶所以在此阶段段,切削速度增加时切削速度增加时,材料变形系数材料变形系数也减少。也减少。v随着速度的增加随着速度的增加,积屑瘤增大到一定程度又会消退积屑瘤增大到一定程度又会消退,在在消退阶段消退阶段,积屑瘤随着切削速度的增加而减小积屑瘤随着切削速度的增加而减小,同时同时,实际刀具前角也减小实际刀具前角也减小,材料的变形将增大材料的变形将增大,在积屑瘤完全消退时在积屑瘤完全消退时,材料变形将最大。材料变形将最大。在无积屑瘤段在无积屑瘤段v材料变形系数是随着材料变形系数是随着切削速度切削速度的增加而减小。的增加而减小。主要主要是因为是因为塑性变形的传播速度比弹性变形的慢塑性变形的传播速度比弹性变形的慢,速度速度低时低时,金属始剪切面为金属始剪切面为OA,当速度增大到一定值时当速度增大到一定值时,金属流动速度大于塑性变形速度金属流动速度大于塑性变形速度,在在OA面金属并未面金属并未充分变形充分变形,相当于始剪切面后移至相当于始剪切面后移至OA面面(见图见图2-12),终剪切面终剪切面OM也后移至也后移至OM,第一变形区后移第一变形区后移,使使得得材料变形系数减小材料变形系数减小。另外。另外,速度越大速度越大,摩擦系数减摩擦系数减小小,材料变形系数也会减小。材料变形系数也会减小。4进给量进给量v如图如图2-11所示所示,显示了进给量对切屑变形的影响。显示了进给量对切屑变形的影响。在无积屑瘤段在无积屑瘤段,进给量进给量f越大越大,材料的变形系数材料的变形系数越越小。小。课堂问题课堂问题 三个方向的分力三个方向的分力Ff 进给进给力、力、FP 背向力、背向力、Fc 切削力切削力中中,哪个方向分力不做功哪个方向分力不做功?为什么为什么?背向力背向力FP在力的方向无位移在力的方向无位移,不不做功做功,因此切削功率为进给力因此切削功率为进给力Ff与切与切削力削力Fc所做的功。所做的功。影响切削力的因素问题影响切削力的因素问题?1、一般材料的、一般材料的强度强度愈高愈高,硬度硬度越大越大,加工硬化加工硬化性性越强越强,塑性变形越大塑性变形越大,加工此材料所需的加工此材料所需的切削切削力也越大还是越小力也越大还是越小?2、在生产中、在生产中,如如机床消耗功率相等机床消耗功率相等,为提高生产为提高生产效率效率,一般采用一般采用提高背吃刀量而提高背吃刀量而不是不是进给量的进给量的措施措施,对吗对吗?为什么为什么?3、切削速度如何影响切削力的影响、切削速度如何影响切削力的影响?(1)工件材料工件材料v一般材料的一般材料的强度强度愈高愈高,硬度硬度越大越大,加工硬加工硬化化性越强性越强,塑性变形越大塑性变形越大,加工此材料所加工此材料所需的需的切削力也越大切削力也越大。(2)切削用量切削用量v背吃刀量背吃刀量ap与进给量与进给量 f 影响影响v因为切削面积因为切削面积 AD ap f,所以背吃刀量所以背吃刀量ap与与进给量进给量 f 的增大都将增大切削面积。的增大都将增大切削面积。切削面切削面积的增大积的增大将使变形力和摩擦力增大将使变形力和摩擦力增大,切削力也切削力也将增大将增大,但两者对切削力影响不同。但两者对切削力影响不同。v由于进给量由于进给量 f 的增大会减小切削层的变形的增大会减小切削层的变形,所所以以背吃刀量背吃刀量ap对切削力的影响比进给量对切削力的影响比进给量f大。大。v在生产中在生产中,如如机床消耗功率相等机床消耗功率相等,为提高生产为提高生产效率效率,一般采用一般采用提高进给量而提高进给量而不是不是背吃刀量的背吃刀量的措施措施。v积屑瘤产生阶段积屑瘤产生阶段,由由于刀具实际前角增大于刀具实际前角增大,切削力减小。切削力减小。v在积屑瘤消失阶段在积屑瘤消失阶段,切削力逐渐增大切削力逐渐增大,v积屑瘤消失时积屑瘤消失时,切削切削力力Fc达到最大达到最大,以后以后又开始减小。又开始减小。v(与对变形系数的影与对变形系数的影响一样响一样,都有马鞍形都有马鞍形变化。变化。)切削速度对切削力的影响切削速度对切削力的影响4、切削力随着前角的、切削力随着前角的增大如何变化增大如何变化?为什么为什么?5、刀具主偏角、刀具主偏角r:背向力背向力Fp随主偏角随主偏角r的增大如何变化的增大如何变化?进给力进给力Ff随主偏角随主偏角r的增大如何变化的增大如何变化?6、刀尖圆弧、刀尖圆弧半径增大半径增大,切削力切削力如何变化如何变化?7、同样的切削条件、同样的切削条件,陶瓷刀切削力、硬质合陶瓷刀切削力、硬质合金、高速钢刀具切削力中哪个力金、高速钢刀具切削力中哪个力?哪个力小哪个力小?(3)刀具几何参数刀具几何参数v前角前角O:对切削力影响最大。切削力随着前角的对切削力影响最大。切削力随着前角的增增大而减小大而减小。这是因为前角的增大。这是因为前角的增大,切削变形与摩擦切削变形与摩擦力减小力减小,切削力相应减小。切削力相应减小。v刀具主偏角刀具主偏角r:对切削力对切削力Fc的影响不大的影响不大,r 60 o75 o 时时,Fc最最小小,因此因此,主偏角主偏角r 75 o 的车刀在生产中应用较的车刀在生产中应用较多。多。背向力背向力Fp随主偏角随主偏角r的增大而减小。的增大而减小。进给力进给力Ff随主偏角随主偏角r的增大而增大。的增大而增大。刀尖圆弧刀尖圆弧半径增大半径增大,切削变形增大切削变形增大,切削力也增大。切削力也增大。相当于相当于r减小对切削力影响。减小对切削力影响。(4)刀具材料刀具材料v刀具材料影响到它与被加工材料摩擦力的变刀具材料影响到它与被加工材料摩擦力的变化化,因此影响切削力的变化。同样的切削条件因此影响切削力的变化。同样的切削条件,陶瓷刀切削力最小陶瓷刀切削力最小,硬质合金次之硬质合金次之,高速钢刀高速钢刀具切削力最大。具切削力最大。v1、切削速度、切削速度c、进给量、进给量f、背吃刀量背吃刀量ap哪哪一个对温度的一个对温度的影响最显著影响最显著?说明原因说明原因?v2、前角前角o对切削温度的影响对切削温度的影响?v3、主偏角、主偏角r对切削温度的影响对切削温度的影响?v4、材料的、材料的强度与硬度增大强度与硬度增大时时,切削温度升切削温度升高还是降低高还是降低?v5、从导热性能方面来看、从导热性能方面来看,水基切削液优于水基切削液优于乳化液乳化液,油类切削液优于乳化液。对吗油类切削液优于乳化液。对吗?为为什么什么?(1)切削用量切削用量v经验公式经验公式:高速钢刀具高速钢刀具(加工材料加工材料45钢钢):v 140170a f v v 硬质合金刀具硬质合金刀具(加工材料加工材料45钢钢):v 320a f v v切削用量三要素切削用量三要素c、ap、f中中,v切削速度切削速度c对温度的对温度的影响最显著影响最显著,因为因为指数最大指数最大,切削速切削速度增加一倍度增加一倍,温度约增加温度约增加32;v其次是进给量其次是进给量f,进给量增加一倍进给量增加一倍,温度约升高温度约升高18,v背吃刀量背吃刀量ap影响最小影响最小,约约7。v主要的原因是主要的原因是速度增加速度增加,使使摩擦热增多摩擦热增多;vf增加增加,切削变形减小切削变形减小,切屑切屑带走的热量带走的热量也增多也增多,所以热量所以热量增加不多增加不多;v背吃刀量背吃刀量ap的增加的增加,使切削宽度增加使切削宽度增加,显著增加热量的显著增加热量的散散热面积热面积。影响切削温度的因素影响切削温度的因素(2)刀具的几何参数刀具的几何参数v前角前角o:前角前角o增大增大,切削温度降低。因前角切削温度降低。因前角增大时增大时,单位切削力下降单位切削力下降,切削热减少。切削热减少。v主偏角主偏角r:主偏角主偏角r减小减小,切削宽度切削宽度bD增大增大,切切削厚度减小削厚度减小,因此切削温度也下降。因此切削温度也下降。(3)工件材料工件材料v材料的材料的强度与硬度增大强度与硬度增大时时,单位切削力增大单位切削力增大,因此切削热增多因此切削热增多,切削温度升高。切削温度升高。v导热系数影响材料的传热导热系数影响材料的传热,因此导热系数因此导热系数大大,产生的切削温度产生的切削温度低低。(4)切削液切削液v从导热性能方面来看从导热性能方面来看,水基切削液优于乳化液水基切削液优于乳化液,乳化液优于油类切削液。乳化液优于油类切削液。v切削液的导热性越好切削液的导热性越好,温度越低温度越低,则切削温度则切削温度也越低。也越低。v2.刀具的磨损原因刀具的磨损原因:v(1)硬质点磨损硬质点磨损v(2)粘结磨损粘结磨损v(3)扩散磨损扩散磨损v(4)氧化磨损氧化磨损v(5)相变磨损相变磨损v问题问题?v在在低温区低温区,一般以哪些磨一般以哪些磨损为主损为主?在高温区又以哪些在高温区又以哪些磨损等为主磨损等为主?v总的来说总的来说,刀具磨损可能是其中的一种或几种。刀具磨损可能是其中的一种或几种。对一定的刀具和工件材料对一定的刀具和工件材料,起主导作用的是切起主导作用的是切削温度。在削温度。在低温区低温区,一般以硬质点磨损为主一般以硬质点磨损为主;在高温区以粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损在高温区以粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损等为主。等为主。v3刀具破损原因刀具破损原因:v在断续切削条件下在断续切削条件下,由于强烈的由于强烈的机械与热冲击机械与热冲击,超过刀具材料强度超过刀具材料强度,引起刀具破损引起刀具破损 v断续切削时断续切削时,在在交变机械载荷交变机械载荷作用下作用下,降低了刀降低了刀具材料的疲劳强度具材料的疲劳强度,容易引起机械裂纹而破损。容易引起机械裂纹而破损。v由于由于切削与空切切削与空切的变化的变化,刀具表面温度发生周刀具表面温度发生周期性变化期性变化,容易产生热裂纹容易产生热裂纹,又在机械力的混和又在机械力的混和作用下作用下,发生破损。发生破损。v采取措施采取措施:v提高韧性、使抗弯强度提高等提高韧性、使抗弯强度提高等,防止刀具破损。防止刀具破损。v4.刀具磨钝标准及耐用刀具磨钝标准及耐用度度v(1)刀具磨钝标准刀具磨钝标准 磨钝标准磨钝标准概念概念:v 刀具磨损到一定程度刀具磨损到一定程度,将将不能使用的限度不能使用的限度,国际标准国际标准中规定以中规定以1/2背吃刀量处后背吃刀量处后刀面上测量的磨损带宽刀面上测量的磨损带宽VB作为作为刀具磨钝标准刀具磨钝标准。v实际生产中实际生产中,考虑到不影响考虑到不影响生产生产,一般根据切削中发生一般根据切削中发生的一些现象来判断刀具是否的一些现象来判断刀具是否磨钝。磨钝。v例如是否出现振动与异常噪例如是否出现振动与异常噪音等。音等。v(2)刀具耐用度刀具耐用度概念概念:v从刀具刃磨后开始切削从刀具刃磨后开始切削,一直到磨损量达到刀具一直到磨损量达到刀具磨钝标准所用的磨钝标准所用的总切削时间总切削时间被称为被称为刀具耐用度刀具耐用度,单位为分钟。单位为分钟。影响刀具耐用度的主要因素影响刀具耐用度的主要因素:v、切削用量切削用量v、刀具几何参数刀具几何参数v、工件材料工件材料v、刀具材料刀具材料v切削速度对切削温度的影响切削速度对切削温度的影响最大最大,因而对刀具磨损的影响因而对刀具磨损的影响也最大也最大 v通过耐用度试验通过耐用度试验,作出图作出图 v通过直线方程求出通过直线方程求出切削速度切削速度与刀具耐用度与刀具耐用度之间有如下数之间有如下数学关系学关系:c Tm=Co式中式中,c切削速度切削速度(m/min);T刀具耐用度刀具耐用度(min);m指数指数,表示表示cT之间影响指数之间影响指数;Co与刀具、工件材料和切削条件有关的系数。与刀具、工件材料和切削条件有关的系数。速度与耐用度的对数成反比关系。速度与耐用度的对数成反比关系。cT曲线、切削用量切削用量刀具几何参数刀具几何参数v增大前角增大前角o,切削力减小切削力减小,切削温度降切削温度降低低,刀具耐用度刀具耐用度提高提高。不过前角太大。不过前角太大,刀具强度变低刀具强度变低,散热变差散热变差,刀具寿命反刀具寿命反而而下降下降。v减小主偏角减小主偏角r与增大刀尖圆弧半径与增大刀尖圆弧半径r,能增加刀具强度能增加刀具强度,降低切削温度降低切削温度,从而从而提高刀具耐用度。提高刀具耐用度。工件材料工件材料v工件材料的硬度、强度和韧性越工件材料的硬度、强度和韧性越高高,刀具在切削过程中的产生的刀具在切削过程中的产生的温度也越高温度也越高,刀具耐用度也越低。刀具耐用度也越低。刀具材料刀具材料v一般情况下一般情况下,刀具材料刀具材料红硬性越高红硬性越高,则刀具耐用则刀具耐用度就越高。度就越高。v刀具耐用度的高低在很大程度上取决于刀具材刀具耐用度的高低在很大程度上取决于刀具材料的合理选择。料的合理选择。v例如例如:加工合金钢加工合金钢,在切削条件相同时在切削条件相同时,陶瓷刀陶瓷刀具耐用度比硬质合金刀具高。采用涂层刀具材具耐用度比硬质合金刀具高。采用涂层刀具材料和使用新型刀具材料料和使用新型刀具材料,能有效提高刀具耐用能有效提高刀具耐用度。度。