总复习浙江大学机械工程学系现代制造工程研究所课程内容之间的关系机械制造工艺学金属切削原理制造装备:机床、刀具、夹具、量具需要什么?基本原理?如何实现?实现金属切削的三个条件切削过程是刀具从工件毛坯上切除多余金属的过程,须满足三个条件:工件与刀具之间要有相对运动——切削运动刀具必须有适当的几何形状——刀具几何形状与角度刀具材料必须具有一定的切削性能——刀具材料切削运动定义各种切削加工中的成形运动,按照他们在切削加工中的作用,分为主运动和进给运动,这两个运动的向量和称为合成切削运动主运动——工件和刀具产生相对运动以进行切削的最基本的运动,该运动使切削层转变为切屑,从而形成工件新表面。速度高、功率大,一般是指主轴的运动。(车、铣、钻、磨、刨削)主运动方向--切削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向切削速度--切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度进给运动——配合主运动依次地或连续不断地切除切屑,同时形成具有所需几何特性的已加工表面。(或连续,或间歇)合成运动——主运动和进给运动的合成。(切削运动的速度和方向都是相对于工件定义的)切削运动通常是由机床来产生的,是金属切削机床设计的主要依据。加工表面切削过程中存在三个加工表面,待加工表面切削表面已加工表面切削用量三要素切削速度v、进给量f、切削深度ap称为切削用量三要素切削速度是刀刃上选定点相对于工件的主运动的速度进给速度是刀刃上选定点相对于工件的进给运动的速度切削深度是工件上待加工表面和已加工表面间的垂直距离车刀的组成车刀由刀柄(刀体)和刀头(切削部分)构成刀头由三面二刃一尖组成前刀面:切屑流过的表面主后刀面:与工件上新形成的过渡表面相对的表面副后刀面主切削刃副切削刃刀尖刀具角度标注参考系刀具标注角度基本参考平面过切削刃上某一点基面Pr:垂直于主动运方向切削平面Ps:与切削表面相切主剖面参考系主剖面Po:垂直于切削刃在基面上的投影参考系:Pr—Ps—Po用于刀具设计与制造其它参考系法剖面Pn:垂直于切削刃进给剖面Pf:平行于进给方向切深剖面Pp:垂直到Pr、Pf车刀的标注角度在主剖面Po内测量前角γo:前刀面^基面后角αo:主后刀面^切削平面楔角βo:前刀面^主后刀面在基面内Pr测量主偏角Kr:进给方向^切削刃副偏角K’r:进给方向^副切削刃刀尖角εr:主切削刃^副切削刃在切削平面Ps内测量刃倾角λs:主切削刃^基面前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角刀具材料应具备的性能硬度:必须高于工件的硬度,通常不低于HRC62强度:能承受切削力的作用耐磨性:抗磨损,通常硬度高则耐磨热硬性:在高温下保持硬度的能力韧性:能承受切削时的冲击力,不脆断化学稳定性:与被切金属材料磨擦系数小不易发生粘结作用导热性:导热系数大,散热好,可降低刀具切削温度,延长刀具寿命热膨胀小:热变形小,有利于加工尺寸精度稳定工艺性:可加工性经济性:价格低金属切削基本规律宏观上,金属切削过程是刀具和工件相互接触并在相对运动的作用下,使工件表面层转变为切屑的过程。此过程在常温下进行,称为冷加工。微观上,从金属层受到切削刃的作用发生破坏的机理来分析,有许多问题需要研究,如金属层的破坏服从什么力学原理,不同条件下的破坏形态,不同的切屑种类,金属切削过程对加工表面层表面质量的影响(粗糙度、残余应力、硬度等),刀具的工作形态和磨损机理,切削过程的振动等等。研究金属切削过程的规律首先从切削层受力变形破坏的力学原理开始。刀具工件切削层刀具行为——磨、破损加工表面切屑切削过程金属切削过程中的三个变形区第I变形区:完成切削变形,产生滑移第II变形区:前刀面与切屑磨擦,继续变形第III变形区:后刀面与已加工表面磨擦切削变形的表示方法——剪切角Φ剪切角Φ的计算:Φ+β–γo=45oΦ=45o–β+γo,其中β为摩擦角,γo为刀具的前角(切削方程式)Φ越大:变形越小,切削越有利优化:增大剪切角Φ切削变形的表示方法——相对滑移切削变形主要是剪切滑移,可用剪应变来表示变形程度相对滑移ε是滑移量与滑移层间距离之比,即单位距离内的滑移量切削变形的表示方法——变形系数剪切角、相对滑移均很难测量通过对切屑的测量厚度变形系数:切屑厚度与切削厚度之比长度变形系数:切削长度与切屑长度之比切削宽度变化不大积屑瘤现象现象:粘结冷焊积屑瘤(积屑瘤现象)特点:在前刀面上生成一个非常坚硬的金属堆积物,其硬度比工件硬度高2—3.5倍,而且不是一直驻留在刀面上,而是以一定的频率反复生长和脱落。产生条件:1)塑性材料;2)带状切屑;3)切削速度不高对切削过程的影响:优点:1)保护刀具;2)前角增大缺点:1)切削深度增大;2)已加工表面粗糙度增大;3)切削过程不稳定,引起振动;4)刀具撕裂控制措施:1)控制切削速度;2)使用切削液,减小磨擦;3)提高刀具刃磨质量;4)增大刀具前角,以减小刀—屑接触区的正压力;5)通过热处理提高工件材料硬度切屑的类型带状切屑:产生条件:塑性材料;切削速度高;切削厚度小;大前角特点:切削过程变形小,切削力小且稳定,已加工表面粗糙度低,但对生产安全有危害挤裂切屑:产生条件:塑性材料;切削速度中等;切削厚度较厚或前角较小特点:切屑便于处理;切削力幅值大,波动明显;已加工表面粗糙度高单元切屑:产生条件:塑性较差;切削速度较低;切削厚度大,前角很小特点:切削力波动大,振动明显,已加工表面非常粗糙崩碎切屑:产生条件:脆性材料特点:切削力幅值小波动大,已加工表面粗糙,易产生振动。第III变形区的变形第III变形区:后刀面与已加工表面的接触和磨擦切削层金属流经切削刃时,分为两支,一支通过剪切区经塑性变形后成为切屑,另一支沿刀具后刀面形成已加工表面。变形复杂第I变形区已扩展到切削层下方,使已加工表面下一部分已发生塑性变形刀具磨损后有一棱面,与已加工表面磨擦,也产生变形切削刃有钝圆半径,一方面改善散热条件,增加强度而设计的圆弧,另一方面由于制造原因,不可能绝对锋利钝圆半径的影响在刀刃(设为一条线)之下的金属层不能被切下,经刃口挤压下去,产生很大的弹塑性变形,并留在已加工表面上经过最低点后,弹性变形部分恢复,与后刀面发生接触,同时产生磨擦,进一步发生弹塑性变形刀具离开后,仍有弹性恢复钝圆半径越大,这种现象越严重第III变形区的变形将影响:尺寸、加工硬化、表面形状、粗糙度切削力切削力的来源:弹塑性变形抗力磨擦阻力切削力合力与分解切削力可分解为主切削力Fz,进给方向分力Fx和切深方向分力FyFz、Fx、Fy的合力为Fr;Fx与Fy在水平面内,其合力为FN,在切削表面的法线方向上Fy=FNcosKr,Fx=FNsinKr随Kr的变化,Fy和Fx的大小比例有所不同,Kr增大,Fy减小,Fx增大切削力的经验公式在车削条件下,大量实验表明切削力主要与切削深度和进给速度有关,并成指数关系,与切削速度的关系主要由于积屑瘤的影响而较特殊。主切削力经验公式:切深抗力经验公式:进给抗力经验公式:一般Fy=(0.15—0.7)Fz,Fx=(0.1—0.6)Fz实验多采用单因素法:即固定其它因素不变,只改变一个因素,测量切削力,然后进行数据处理,建立经验公式。影响切削力的因素工件材料的影响工件材料的强度、硬度越高,变形抗力越大,切削力越大切削用量的影响切削深度:ap增大,变形总量增大,变形系数不变,切削力按正比增大。进给速度:f增大,变形总量增大,变形系数略下降,切削力不成正比增大切削速度:v增大,切削塑性材料时:1)无积屑瘤时,切削温度升高,磨擦下降,变形系数下降,切削力减小;2)有积屑瘤时,随着积屑瘤的产生和消失,使前刀增大或减小,导致切削力的变化。切削脆性材料时,切削速度对切削力没有显著的影响。切削热和切削温度切削热的产生和传导热源:主运动功率和进给运动功率工件材料的弹塑性变形和刀具前、后刀面的磨擦功车削传导:1)切屑50—86%;2)刀具10—40%,使刀具温度升高;3)工件3—9%,使工件温度升高;4)周围介质(空气、切削液等)1%钻削传导:1)切屑28%;2)刀具14.5%;3)工件52.5%;4)周围介质5%其中最重要的是传入工件和刀具的切削热,因为工件温度升高将影响加工尺寸精度,刀具温度升高将加剧刀具磨损。刀具磨钝标准定义:后刀面磨损对加工表面质量和尺寸精度有很大影响,因此必须根据加工要求规定一个最大允许磨损值,这就是刀具的磨钝标准,用VB表示。VB制定考虑因素:工艺系统刚性:刚性差,VB应取小值;工件材料:切削难加工材料,一般VB取小值;加工一般材料,VB可取大些加工精度和表面质量:加工精度和表面质量要求高时,VB应取小值工件尺寸:加工大型工件,为避免频繁换刀,VB应取大值VBNB刀具α锋利才能切刀具耐用度在实际生产中,直接用VB来控制换刀时机是不实用的,通常用达到VB值相应的切削时间来控制换刀时机。定义:一把新磨好的刀具,自开始切削直到磨损量到达磨钝标准VB为止的切削时间,称为刀具耐用度,用T表示。耐用度指净切削时间,不包括用于对刀、测量、快进、回程等非切削时间刀具耐用度与刀具寿命的区别:刀具寿命表示一把新刀用到报废之前总的切削时间,其中包括多次重磨。刀具寿命等于刀具耐用度乘以重磨次数。刀具耐用度是一个很重要的参数在相同切削条件下切削同一材料,刀具耐用度反映出刀具的切削性能用同一刀具切削不同材料,可反映出材料的切削性能和可加工性还可用刀具耐用度来判断刀具几何参数选择是否合适影响刀具耐用度的因素一般地影响切削温度的因素,对刀具耐用度均有类似的影响工件材料和刀具材料对刀具耐用度的影响最大刀具几何角度对刀具耐用度也有影响切削速度、进给量和切削深度对刀具耐用度有较大影响切削用量与刀具耐用度的影响关系常采用单因素实验方法来建立(建立方法与切削力经验公式方法相同)在硬质合金车刀切削某种碳素钢时,切削用量与刀具耐用度T的关系为:结论:切削速度对刀具耐用度影响最大,进给量次之,切削深度影响最小75.025.25pTafvCT刀具合理几何参数的概念刀具切削部分几何参数选择的出发点有:保证加工质量、刀具耐用度、生产率、成本哪一项是主要的,要根据具体情况进行分析,如粗加工时,提高生产率和刀具耐用度为主;精加工时,保证加工质量为主。刀具的合理几何参数定义:在保证加工质量的前提下,能够满足刀具耐用度长、生产效率高、加工成本低的刀具几何参数刀具合理几何参数选择的问题:多目标,多参数的优化;本质上是多变量函数针对某一目标计算求解最佳值的问题。(科学)由于影响切削加工效益的因素有很多,而且各因素之间又相互作用,因而建立数学模型的难度较大。实用的优化或最优化工作,只能在固定若干因素后,改变少量参数的值,取得实验数据,并采用适当方法(方差分析法、回归分析法等)进行处理,得出优选结果。(工程)前角的功用前角γo:前刀面与基面之间的夹角前角影响切削变形、切削力、切削温度和切削功率,也影响刀头强度、容热体积和导热面积,也影响切屑的形态和断屑效果,以及加工质量,从而影响刀具耐用度和切削效率影响切削变形:前角增大锋利,塑性变形小,切削力小,温度小;影响刀具耐用度:前角小时:前角增大切削力小,温度小,耐用度增大;前角大时:前角增大刀头强度小,散热条件差,耐用度小影响切屑形态和断屑效果:前角减小增大切屑的变形,使切屑容易卷曲和折断影响加工表面质量:前角增大塑性变形小,加工硬化小,振动小,有利于表面质量合理前角的概念增大或减小前角,各有其有利和不利两方面的影响。从切削热的产生和散热条件:增大前角,可以减小切削热的产生,但导致刀头导热面积和容热体积减小。在一定的条件下,前角有一个合理的最大值对于不同的刀具材料,各有其对应着刀具最大耐用度的前角,称为合理前角γopt。后
本文标题:机械制造基础总复习
链接地址:https://www.777doc.com/doc-128010 .html