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制造技术第二章金属切削过程及控制制造技术金属切削过程及控制研究金属切削过程的目的：通过研究切削过程中的物理现象如切削热、切削力、刀具磨损等•保证加工质量•提高生产率•减低成本制造技术一、金属切削过程1．切屑的形成过程塑性金属—弹性变形—塑性变形—挤裂—切屑流出制造技术•第一变形区：晶粒发生剪切滑移变形•第二变形区金属纤维化区域•第三变形区纤维化与加工硬化区2、三个变形区制造技术2.切屑收缩ξ----变形系数二、变形程度的表示方法1、剪切角φ剪切面与切削速度之间的夹角chlcl=x制造技术三、切屑种类（1）带状切屑（2）挤裂（节状）切屑（3）单元（崩脆）切屑（4）螺旋状与发条状切屑（5）粉末状切屑制造技术（a）带状切屑；切削塑性较高的材料。（b）挤裂切屑；低速切削钢或切削黄铜。（c）单元切屑；很低速切削钢或切削铅。（d）崩碎切屑。切削脆性金属（eg.铸铁）。制造技术四、控制措施•加断屑槽•适当增大前角•适当减小进给量制造技术五.积屑瘤（1）积屑瘤的产生制造技术（2）积屑瘤对切削加工的影响利：保护切削刃；增大了前角；对粗加工有利。弊：不稳定，使切削深度、切削厚度及切削力不断变化；部分积屑瘤粘在工件表面，使加工表面粗糙；在精加工时要避免积屑瘤的产生。制造技术（3）积屑瘤的控制•切削材料的硬度和塑性•切削速度•切削液制造技术六、切削力和切削功率切削力的产生：（1）切削层金属、切屑和工件表层金属的弹、塑性变形所产生的抗力。（2）刀具与切屑、工件之间的摩擦力。制造技术切削力的分解以车外圆为例,切削力分解为：Ff--进给抗力Fp--切深抗力Fc--主切切削合力:222pfCFFFF=制造技术切削功率nw——工件转速Fz——主切削力（即Fc）Fx——进给抗力（即Ff）310)1000(=fnFvFPwxzm（kW）制造技术单位切削力单位切削力试制单位切削面积上的主切削力，用p表示：p=Fz/Ac=Fz/ap/f其中：Fz____主切削力（N）；Ac_____切屑层截面面积；ap_____切削深度；f______进给量。由单位切削力和切屑要素可确定主切削力。制造技术七、切削热和切削温度（1）切削热的来源•被加工工件材料的弹性、塑性变形•切屑与前刀面摩擦•后刀面与已加工表面间的摩擦Q=Fz·vQ----每秒钟产生的切削热。制造技术切削热来源：第I、II、III变形区及摩擦。切削热传散：切屑、刀具、工件及周围介质（空气、切削液）。制造技术（2）切削温度及其影响因素切削温度是指切屑、工件与刀具接触表面上的平均温度。影响切削温度的主要因素：(a)工件材料；(b)切削用量；(d)刀具几何角度；(e)刀具几何磨损。制造技术影响切削温度的主要因素：切削速度v:当v提高一倍时，切削温度大约增高20-30%。进给量f:f增大一倍，切削温度只升高10%。切削深度ap:切削深度增大一倍，切削温度升高3%。切削用量对切削温度的影响：v最大，f次之,ap最小。制造技术（3）切削液的种类切削油：润滑性能好，但流动性差，吸热少，冷却作用相对较小。乳化液：良好的流动性和冷却作用，还有一定的润滑性能。离子型溶液：流动性好，能吸收大量的热。(4)切削液的使用硬质合金刀具一般不采用冷却液。高速钢刀具一般采用切削油。磨削加工采用乳化液或离子型切削液。铸铁工件一般不采用切削液。制造技术八、刀具的磨损及耐用度(1)刀具磨损的三种形式:前刀面磨损(月牙洼)后刀面磨损前、后刀面磨损制造技术(3)刀具耐用度刀具耐用度是刀具两次刃磨之间实际进行切削的时间。切削用量对刀具耐用度T的影响：v最大，f次之,ap最小。(2)刀具磨损的三个阶段：初期磨损：正常磨损：急剧磨损：制造技术九、零件的加工质量和生产效率1.切削加工的主要技术指标加工精度尺寸精度IT01,IT0,IT1,……IT18.形状精度位置精度表面质量表面粗糙度Ra已加工表面的加工硬化和残余应力制造技术2.生产率(R0)：单位时间内，生产零件的数量R0=1/twtw——生产一个零件所需总时间。tw=tm+tc+t0tm--基本工艺时间；tc--辅助工艺时间；t0--其它。制造技术十、切削用量的选择•切削用量同加工生产率的关系加工生产率：P=1/tm车外圆时：tm=LwΔ/ap／(nwf)=πdwLwΔ/(1000vapf)dw_____毛坯直径；Δ_____加工余量；Lw_____工件切削部分长度；nw_____工件转速。制造技术由于dw、Lw、Δ均为常数令A0＝1000／(πdwLwΔ),则P=A0vapf切削用量的选择原则为提高刀具的耐用度和提高生产率，应首先选取尽可能大的ap，再根据机床动力和刚性或表面粗糙度值选f,最后确定v。制造技术3）.对加工质量的影响切削深度、进给量增大，都会增大表面粗糙度。切削速度增大，表面粗糙度会减少。精加工和半精加工时，常采用较小的切削深度和进给量，减少积屑瘤，提高表面质量，硬质合金车刀常采用较高的切削速度，高速钢车刀则采用较低的切削速度。4）切削用量的选定切削深度根据加工余量确定进给量：粗加工时，是工艺系统所能承受的最大进给量；精加工时，受精度和表面粗糙度的限制。切削速度：制造技术十一.刀具角度的选择前角：在保证刀具足够锋利的前提条件下，减小前角，加固刀刃后角：在保证加工质量的前提条件下，减小后角。主偏角（副偏角）：保证不发生振动的条件下，尽量减少主、副偏角刃倾角：控制切屑流动的方向（大于零时，切屑流向机床床头，小于零时，流向已加工表面）与刀刃强度及切入点有关与刀具的锋利程度有关。制造技术十二.材料切削加工性能的改善切削性能与使用要求相矛盾1）热处理：退火正火淬火调质（淬火+高温回火）时效处理2）辅助加工：冷拔3）调整化学成分