第二章机械加工及设备的基础理论(浏览2-1浏览2

北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论第三节金属切削过程北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论金属切削过程就是通过刀具把被切金属层变为切屑的过程。金属的切削过程，实质上是工件切削层在刀具的挤压下，产生剪切滑移为主的塑性变形，而形成切屑的过程。挤压、滑移、挤裂、切离第三节金属切削过程北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论金属切削过程中的滑移线和流线第三节金属切削过程一、切屑的形成过程及变形区的划分北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论第一变形区金属的滑移OA面--“始滑移面”切削层中点POM--“终滑移面一、切屑的形成过程及变形区第三节金属切削过程北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论三个变形区、剪切角平面OM表示第一变形区（Ⅰ）第二变形区（II）第三变形区（Ⅲ）第三节金属切削过程北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论三个变形区说明第三节金属切削过程北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论二、变形系数切屑厚度与切削层厚度之比称为厚度变形系数ξh（切屑厚度压缩比Ah）；切削长度与切屑长度之比称为长度变形系数ξl，变形系数直观地反映了切屑的变形程度，且容易测量。第三节金属切削过程北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论厚度变形系数长度变形系数Dchhhhchclll第三节金属切削过程北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论对于同一种工件材料，如果在不同的切削条件下进行切削，变形系数越大，则表明切削中的塑性变形越大，切削力和切削热相应增加，动力消耗上升，加工质量下降。有效控制变形系数，有利于提高工件的加工质量。第三节金属切削过程北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论切屑类型a)带状切屑b)节状切屑c)单元切屑d)崩碎切屑三、切屑类型第三节金属切削过程北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论带状切屑采用较高的切削速度、较小的切削厚度和前角较大的刀具，切削塑性较好的金属材料时，易形成带状切屑。形成带状切屑时，切削力的波动小，切削过程比较平稳，已加工表面粗糙度较小，但这种切屑容易缠绕在刀具或工件上，损伤已加工表面，或危害操作者安全，应采取适当的断屑措施。节状切屑采用较低的切削速度、较大的切削厚度和前角较小的刀具，切削中等硬度的塑性材料时，易形成节状切屑。形成节状切屑时，金属的塑性变形和切削抗力较大，切削力的波动也比较大，切削过程不平稳，已加工表面也比较粗糙。第三节金属切削过程北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论单元切屑切削塑性材料时，切削层金属在塑性变形过程中，剪切面上产生的剪应力超过材料的强度极限，切屑沿剪切面完全断开，形成形状类似，而又互相分离的屑块。采用极低的切削速度，大的切削厚度，小的前角，切削塑性较差的材料时，易形成单元切屑。形成单元切屑时，切削力波动很大，有振动，已加工表面粗糙，且有振纹。崩碎切屑切削脆性材料时，由于材料的塑性小，抗拉强度低，切削层金属在产生弹性变形后，几乎不产生塑性变形而突然崩裂，形成形状极不规则的碎块。形成崩碎切屑时，切削力幅度小，但波动很大，伴有振动和冲击，使已加工表面凸凹不平。第三节金属切削过程北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论（一）积屑瘤的产生在切削塑性金属材料时，经常在前刀面上靠刃口处沾结一小块很硬的金属楔块（如图3-6），这个金属楔块称积屑瘤。四、积屑瘤积屑瘤第三节金属切削过程北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论（二）积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削加工的影响①对切削力的影响②对已加工表面粗糙度的影响③对刀具强度的影响积屑瘤与切削刃的金相显微照片第三节金属切削过程北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论积屑瘤包围着切削刃，可以代替前面、后面和切削刃进行切削，从而保护了刀刃，减少了刀具的磨损。积屑瘤使刀具的实际工作前角增大，而且，积屑瘤越高，实际工作前角越大，刀具越锋利。积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。第三节金属切削过程（1）积屑瘤北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论积屑瘤对切削过程的影响有其有利的一面，也有其不利的一面。粗加工时，可允许积屑瘤的产生，以增大实际前角，使切削轻快；精加工时，则应尽量避免产生积屑瘤，以确保加工质量。第三节金属切削过程北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论（2）积屑瘤的成因1）工件材料的塑性；2）切削速度；3）刀具前角；4）冷却润滑条件。切削速度对积屑瘤的影响第三节金属切削过程北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论（三）控制积屑瘤产生的措施（1）避免容易产生积屑瘤的切削速度范围（2）降低材料塑性（3）合理使用切削液（4）增大刀具前角第三节金属切削过程北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论切削力决定着切削热的产生，并影响刀具磨损和已加工表面质量。切削力又是计算切削功率，设计和使用机床、刀具、夹具的必要依据。切削热和由它产生的切削温度，直接影响刀具的磨损和使用寿命切削热影响工件的加工精度和表面质量。第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论一、切削力的来源、合力及其分力第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论切削力的来源一是切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力；二是刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论切削力（1）总切削力的分解1）切削力Fc2）背向力Fp3）进给力Ff第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论rPDFFcosrDfFFsincfcpFFF.~.F0.6)~(0.10)70150(22222fPCDCFFFFFF第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论4106cccvFP单位：kwFc——切削力，单位：N；vc——切削速度，单位：m/min。第四节切削力、切削热与切削温度（2）切削功率北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论（2）切削功率4106cccvFP单位：kwmPcEPm——机床传动效率，一般，取m=0.75～0.85。机床电机所需功率第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论单位切削力是指单位面积上的主切削力，用KC表示（单位N/mm2）。KC=FC/AD式中AD——切削层公称横截面积（mm2）AD=ap•.f；Fc——主切削力（N）。计算主切削力：FC=KC•AD=KC•ap•.f第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论切削力FCFCFCFCKyXCfaFCP第四节切削力、切削热与切削温度2.切削力的经验公式北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论切削力背向力进给力切削时消耗的功率4106cccvFPffFfFfPPFPFPCCFCFCFyxpFfFyxpFPFyxpFCKfaCFKfaCFKfaCF第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论[计算举例]：工件材料：40Cr热轧棒料；HBS=212刀具结构：机夹可转位车刀刀片材料及型号：YT15；TNMA150605刀具几何参数：γ0=15º，κr=90º，λS=-5º，br=0.4mm，γ01=-10º（负倒棱的前角），rε=0.5mm机床型号：CA6140车床切削用量：ap=3mm，f=0.4mm/r，vc=100m/min[试求]切削力Fc、Fp、Ff和切削功率Pc第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论[查表2-6至表2-15得下列数据：Cfc=1640N，xfc=1，yFc=0.84，kvFc=0.96，krfc=1，kvfc=1，kbrFc=1.1，KκFc=1.05，Fp/Fc=0.3，Ff/Fc=0.4，KrFc=1，KλFc=1，KVBFc=1.2（取VB=0.6mm），Kc=1962N/mm2。第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论[解]：1．主切削力Fc第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论2．背向力Fp与进给力Ff（估算法）3．切削功率Pc机床消耗功率：取机床传动效率ηm=0.8，而CA6140车床电机功率为7.5kW，功率足够。)(2.126331584.04.0)(4.94731583.03.0NFFNFFcfcp)(3.5106010031581033KWvFPccc)(6.68.03.5KWPPmcm第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论二、切削力3.影响切削力的因素总切削力的来源有两个方面：一是克服被加工材料对弹性变形和塑性变形的抗力；二是克服切屑对刀具前面的摩擦阻力和工件表面对刀具后面的摩擦阻力。第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论3.影响切削力的因素1）工件材料的性能对切削力有显著的影响。工件材料的硬度或强度愈高，材料的剪切屈服强度也愈高，发生剪切变形的抗力也愈大，故切削力也愈大。第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论3.影响切削力的因素2）切削用量对切削力的影响。a）背吃刀量asp和进给量f对切削力的影响;背吃刀量asp进给量fAD↑↑↑↑变形抗力摩擦力切削力↑第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论二、切削力标准切削试验：刀具材料P10，工件材料45钢σb=650Mpa，车刀几何参数为go=10°、kr=45°、ls=0°。FCFCK0.751.0CfaFPC即，ap增大一倍，FC也增大一倍；而f增大一倍，FC只能增大68%～80％。第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论由此可见，从减小切削力和节省动力消耗的观点出发，在切除相同余量的条件下，增大f比增大asp更为有利。第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论3.影响切削力的因素2）切削用量对切削力的影响。b）切削速度Vc对切削力的影响;切削塑性材料时第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论3.影响切削力的因素3）刀具几何参数对切削力的影响。a）前角go对切削力的影响;↑刀刃锋利↑↓前角go变形抗力切削力↓第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论3.影响切削力的因素3）刀具几何参数对切削力的影响。a）前角go对切削力的影响;图3-25前角对切削力的影响asp=4mmf=0.25mm/r第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论3.影响切削力的因素3）刀具几何参数对切削力的影响。b）主偏角kr对切削力的影响;rFFDPcosrFFDfsin第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论3.影响切削力的因素3）刀具几何参数对切削力的影响。c）刃倾角ls对切削力的影响;ls↑↓背前角gp↑侧前角gfFp↓Ff↑第四节切削力、切削热与切削温度北京信息科技大学第二章机械加工及设备的基础理论3.影响切削力的因素3）刀具几何参数对切削力的影响。d）刀尖圆弧半