機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第二章ppt課件

1、第二章第二章2.1 2.1 刀具的構(gòu)造刀具的構(gòu)造2.2 2.2 刀具資料刀具資料2.3 2.3 金屬切削過程及其物理景象金屬切削過程及其物理景象2.4 2.4 切削力與切削功率切削力與切削功率2.5 2.5 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度2.6 2.6 刀具磨損與刀具壽命刀具磨損與刀具壽命2.7 2.7 切削用量的選擇及工件資料加工性切削用量的選擇及工件資料加工性2.12.1刀具的構(gòu)造刀具的構(gòu)造2.1.1切削運動與切削要素 金屬切削加工時，刀具與工件之間的相對運動，稱為切削運動。切削運動可分為主運動和進給運動。以圖1-1所示車削外圓為例來研討切削運動。圖1-1 切削運動和工件外表2.1.1.

2、1 2.1.1.1 主運動主運動 主運動是切削時的主要運動。主運動可以由主運動是切削時的主要運動。主運動可以由刀具完成刀具完成, ,也可以由工件完成，其運動方式通常為也可以由工件完成，其運動方式通常為旋轉(zhuǎn)運動或直線運動旋轉(zhuǎn)運動或直線運動, , 如車削時工件的旋轉(zhuǎn)運動，如車削時工件的旋轉(zhuǎn)運動，銑削時銑刀的旋轉(zhuǎn)運動，鉆削時鉆頭的旋轉(zhuǎn)運動。銑削時銑刀的旋轉(zhuǎn)運動，鉆削時鉆頭的旋轉(zhuǎn)運動。普通地講，主運動的速度最高，耗費的功率也最普通地講，主運動的速度最高，耗費的功率也最大，主運動只需一個。大，主運動只需一個。2.1 刀具的構(gòu)造刀具的構(gòu)造2.1 刀具的構(gòu)造刀具的構(gòu)造2.1.1.2 2.1.1.2 進給運動

3、進給運動 進給運動是將被切削金屬層不斷地投入切削，進給運動是將被切削金屬層不斷地投入切削，以切除工件外表上全部余量的運動。進給運動可以切除工件外表上全部余量的運動。進給運動可以有一個或幾個。進給運動由刀具或工件完成，以有一個或幾個。進給運動由刀具或工件完成，如車削外圓時車刀平行于工件軸線的縱向運動。如車削外圓時車刀平行于工件軸線的縱向運動。其運動方式普通有直線、旋轉(zhuǎn)或兩者的合成運動，其運動方式普通有直線、旋轉(zhuǎn)或兩者的合成運動，它可以是延續(xù)的或斷續(xù)的，耗費的功率也比主運它可以是延續(xù)的或斷續(xù)的，耗費的功率也比主運動要小得多。動要小得多。 2.1 2.1 刀具的構(gòu)造刀具的構(gòu)造 2.1.2 切削要素

4、2.1.2.1 切削用量 它包括切削速度、進給量和切削深度三個要素。 1切削速度 切削速度是刀具切削刃上選定點相對于工件的主運動的速度。當(dāng)主運動為2.1 2.1 刀具的構(gòu)造刀具的構(gòu)造 旋轉(zhuǎn)運動時，刀具或工件最大直徑處的切削速度 由下式確定式中 v 切削速度 m/min 或m/s ； d 完 成 主 運 動 的 刀 具 或 工 件 的 最 大 直 徑 mm ； n 主運動的轉(zhuǎn)速 r/min 或 r/s。 當(dāng)主運動為往復(fù)直線運動如刨削，那么式中 L 往復(fù)直線運動的行程速度 mm ； 主運動每秒或每分鐘的往復(fù)次數(shù)st/min或 st/s。1000dnv21 0 0 0rL nvrn2.1 刀具的構(gòu)造

5、刀具的構(gòu)造 2 2 進給量進給量 進給量是工件或刀具的主運動每轉(zhuǎn)或每一行程進給量是工件或刀具的主運動每轉(zhuǎn)或每一行程時，刀具切削刃相對工件在進給運動方向上的挪動時，刀具切削刃相對工件在進給運動方向上的挪動量。車削時的進給量量。車削時的進給量 是工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，切削刃沿是工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，切削刃沿進給方向的挪動量，單位為進給方向的挪動量，單位為mm/rmm/r，其進給速度，其進給速度 為為 式中式中 進給速進給速(mm/min(mm/min或或mm/smm/s。 對于銑刀、鉸刀等多齒刀具，還規(guī)定每齒進給對于銑刀、鉸刀等多齒刀具，還規(guī)定每齒進給量量 ，即多齒刀具每轉(zhuǎn)或每行程中每齒相對于工件，即多齒刀具每轉(zhuǎn)

6、或每行程中每齒相對于工件在進給運動方向上的相對位移，單位為在進給運動方向上的相對位移，單位為mm/z mm/z 。fffvfvn ffv2.1 刀具的構(gòu)造刀具的構(gòu)造 3背刀量 背刀量是指待加工外表與已加工外表之間的垂直距 離。車削時 式中 切削深度 mm； 工件待加工外表直徑mm ； 工件已加工外表直徑mm 。 2.1.2.2 切削層參數(shù) 切削時，沿進給運動方向挪動一個進給量所切除的金屬層稱為金屬切削層。經(jīng)過切削刃基點通常指主切削刃任務(wù)長度的中點并垂直于該點主運動方向的平面，稱為切削層尺寸平面。在切削層尺寸平面內(nèi)測定的切削層尺寸幾何參數(shù)那么稱為切削層尺寸平面要素?，F(xiàn)將各切削層參數(shù)的定義闡明如下

7、：pa2wmpddapawdmd2.1 刀具的構(gòu)造刀具的構(gòu)造1切削寬度 沿主切削方向度量的切削層尺寸。車外圓時 2切削層公稱厚度 它是指在同一瞬間的切削層橫截面積與其公稱切削層寬度之比。即rcfasinrpwaasin/3切削面積切削層垂直與切削速度截面內(nèi)的面積。pcwfaaaAc2.1 刀具的構(gòu)造刀具的構(gòu)造2.1.2 刀具角度 1.刀具切削部分的組成 車刀由切削部分和刀柄組成。其中起切削作用的部分稱切削部分，夾持部分稱刀柄。圖1-4表示了普通外圓車刀的組成情況1-刀柄 2-主切削刃 3-主后刀面 4-切削部分 5-刀尖 6-副后刀面 7-副切削刃 8-前刀面圖1-4 車刀的組成部分及各部分稱

8、號2.1 刀具的構(gòu)造刀具的構(gòu)造 切削部分由不同刀面和切削刃構(gòu)成?，F(xiàn)分述如下： 1刀具外表 前刀面 刀具上切屑沿其流出的外表。 主后刀面 刀具上同前刀面相交構(gòu)成主切削刃的外表，也是切削過程中與過渡外表相對的刀具外表。 副后刀面 刀具上同前刀面相交構(gòu)成副切削刃的外表，也是切削過程中與已加工外表相對的刀具外表。rAAA2.1 刀具的構(gòu)造刀具的構(gòu)造 2切削刃及刀尖 主切削刃 刀具前刀面與主后刀面的交線。它承當(dāng)著主要的切削任務(wù)。 副切削刃 刀具前刀面與副后刀面的交線。它的一小部分也參與切削，主要起修光作用。 刀尖是主切削刃與副切削刃的交點。實踐上刀尖是一段圓弧過渡刃。SA2.1 刀具的構(gòu)造刀具的構(gòu)造2.

9、刀具的參考系 1 基面,經(jīng)過主切削刃選定點并垂直于該點切削速度的平面。 2 切削平面,經(jīng)過切削刃選定點與切削刃相切并垂直于基面的平面。對應(yīng)于主切削刃和副切削刃的切削平面分別稱為主切削平面 和副切削平面 。 3正交平面, 經(jīng)過主切削刃選定點并同時垂直于基面和切削平面的平面。2.1 刀具的構(gòu)造刀具的構(gòu)造3. 刀具標注角度 車刀的主要角度有前角、后角、主偏角、副偏角和刃傾角等，如圖1-6所示圖1-6 車刀的主要角度 2.1 刀具的構(gòu)造刀具的構(gòu)造 1前角 , 在正交平面中丈量的前刀面與基面之間的夾角。當(dāng)前刀面與切削平面夾角小于90時，前角為正，大于90時，前角為負。主要影響主切削刃的鋒利程度和刃口強度

10、。2后角,在正交平面中丈量的主后刀面與切削平面間的夾角。當(dāng)后刀面與基面間的夾角小于90時，后角為正值，大于90時，后角為負值。主要影響刀具主后刀面與工件外表之間的摩擦，并配合前角改動切削刃的鋒利程度與刃口強度。3主偏角,在基面中丈量的主切削平面與假定任務(wù)平面間的夾角。主要影響切削刃任務(wù)長度和背向力的大小。4副偏角, 在基面中丈量的副切削平面與假定任務(wù)平面間的夾角。主要影響已加工外表的粗糙度。2.1 刀具的構(gòu)造刀具的構(gòu)造5刃傾角,在切削平面中丈量的主切削刃與基面之間的夾角。刃傾角主要影響切屑流向及刀尖強度。當(dāng)?shù)都庀鄬嚨兜侗惭b面處于最高點時，刃傾角為正值；刀尖處于最低點時，刃傾角為負值；當(dāng)切削

11、刃平行于刀柄安裝面時，刃傾角為零度，此時切削刃在基面內(nèi)。刃傾角對排屑的影響如圖1-7所示。圖1-7 刃傾角及其對排屑方向的影響2.1 刀具的構(gòu)造刀具的構(gòu)造 4.刀具任務(wù)角度 任務(wù)前角 在任務(wù)正交平面 內(nèi)丈量的任務(wù)基面與前刀面間的夾角。 任務(wù)后角 在任務(wù)正交平面 內(nèi)丈量的任務(wù)切削平面與后刀面間的夾角。 任務(wù)側(cè)前角 在任務(wù)平面 內(nèi)丈量的任務(wù)基面與刀具前刀面間的夾角。 任務(wù)側(cè)后角 在任務(wù)平面 內(nèi)丈量的任務(wù)切削平面與刀具后刀面間的夾角。 oeoePoePoefefePfePfe2.1 刀具的構(gòu)造刀具的構(gòu)造 圖1-8 外圓車刀背平面中刀尖位置對任務(wù)角度的影響 a刀尖高于工件中心 b刀尖低于工件中心2.1

12、 刀具的構(gòu)造刀具的構(gòu)造 車外圓時，如圖車外圓時，如圖1-81-8a a所示，當(dāng)?shù)都獍惭b位置高所示，當(dāng)?shù)都獍惭b位置高于工件中心時，過刀尖于工件中心時，過刀尖M M點的任務(wù)基面應(yīng)和點的任務(wù)基面應(yīng)和M M點的切削點的切削速度方向垂直，而不再平行于刀柄安裝平面。過刀尖速度方向垂直，而不再平行于刀柄安裝平面。過刀尖M M點的任務(wù)切削平面應(yīng)和點的任務(wù)切削平面應(yīng)和M M點的切削速度方向一致，即點的切削速度方向一致，即和過和過M M點的圓周面相切，而不再垂直于刀柄安裝平面。點的圓周面相切，而不再垂直于刀柄安裝平面。它們相對于刀具靜止參考系中的基面它們相對于刀具靜止參考系中的基面 和切削平面和切削平面 轉(zhuǎn)過了轉(zhuǎn)

13、過了 角，從而使任務(wù)背前角角，從而使任務(wù)背前角 比背前角比背前角 增大增大 角，任務(wù)背后角角，任務(wù)背后角 比背后角比背后角 【 減小減小 角。當(dāng)?shù)都饨恰．?dāng)?shù)都獍惭b位置低于任務(wù)中心時，那么情況相反，【增大安裝位置低于任務(wù)中心時，那么情況相反，【增大 角，角， 減小減小 角，如圖角，如圖1-81-8b b所示。所示。2.1 刀具的構(gòu)造刀具的構(gòu)造2.1.3 刀具的種類刀具的種類 消費中所運用的刀具種類很多，按加工方式和詳細用途分為車消費中所運用的刀具種類很多，按加工方式和詳細用途分為車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動線及數(shù)刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動線及數(shù)

14、控機床刀具和磨具等幾大類型；按所用資料分為高速鋼刀具、硬質(zhì)控機床刀具和磨具等幾大類型；按所用資料分為高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼CBN刀具和金剛石刀具等；刀具和金剛石刀具等；按構(gòu)造分為整體刀具、鑲片刀具、機夾刀具和復(fù)合刀具等；按能否按構(gòu)造分為整體刀具、鑲片刀具、機夾刀具和復(fù)合刀具等；按能否規(guī)范化分為規(guī)范刀具和非規(guī)范刀具等。常用刀具詳細的構(gòu)造、特點規(guī)范化分為規(guī)范刀具和非規(guī)范刀具等。常用刀具詳細的構(gòu)造、特點及運用等將后續(xù)章節(jié)中引見。及運用等將后續(xù)章節(jié)中引見。2.2 刀具資料刀具資料 2.2.1 刀具資料刀具資料 刀具資料的切削性能直接影響著消費效率、

15、工件的加工精度、刀具資料的切削性能直接影響著消費效率、工件的加工精度、已加工外表質(zhì)量和加工本錢等，所以正確選擇刀具資料是設(shè)計和已加工外表質(zhì)量和加工本錢等，所以正確選擇刀具資料是設(shè)計和選用刀具的重要內(nèi)容之一。選用刀具的重要內(nèi)容之一。 2.2.1.1 刀具資料應(yīng)具備的性能刀具資料應(yīng)具備的性能 金屬切削時，刀具切削部分直接和工件及切屑相接觸，接受著金屬切削時，刀具切削部分直接和工件及切屑相接觸，接受著很大的切削壓力和沖擊，并遭到工件及切屑的猛烈摩擦，產(chǎn)生很很大的切削壓力和沖擊，并遭到工件及切屑的猛烈摩擦，產(chǎn)生很高的切削溫度。即刀具切削部分是在高溫、高壓及猛烈摩擦的惡高的切削溫度。即刀具切削部分是在高

16、溫、高壓及猛烈摩擦的惡劣條件下任務(wù)的。因此，刀具切削部分資料應(yīng)具備以下根本性能劣條件下任務(wù)的。因此，刀具切削部分資料應(yīng)具備以下根本性能2.2 刀具資料刀具資料 1 硬度高 刀具資料的硬度必需高于被加工資料的硬度。普通要求刀具資料的常溫硬度必需HRC62以上。2 足夠的強度和韌性 刀具切削部分的資料在切削時接受著很大的切削力和沖擊力，因此刀具資料必需求有足夠的強度和韌性。3 耐磨性和耐熱性好 刀具在切削時接受著猛烈的摩擦，因此刀具資料應(yīng)具有較強的耐磨性。刀具資料的耐磨性和耐熱性有著親密的關(guān)系，其耐熱性通常用它在高溫下堅持較高硬度的才干來衡量熱硬性。耐熱性越好，允許的切削速度越高。2.2 刀具資料

17、刀具資料 4導(dǎo)熱性好 刀具資料的導(dǎo)熱性用熱導(dǎo)率單位為 表示。熱導(dǎo)率大，表示導(dǎo)熱性好，切削時產(chǎn)生的熱量就容易傳散出去，從而降低切削部分的溫度，減輕刀具磨損。5 具有良好的工藝性和經(jīng)濟性 既要求刀具資料本身的可切削性能、耐磨性能、熱處置性能、焊接性能等要好，且又要資源豐富，價錢低廉。2.2 刀具資料刀具資料 2.2.1.2 常用刀具資料 刀具資料可分為工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷和超硬資料等五大類。常用刀具資料的主要性能及用途見表1-1種類常用牌號硬度HRCHRA抗彎強度 GP熱硬性C工藝性能用途碳 素工 具鋼T8A、T10AT12A6064 8 1 832.452.752 0 0 250可冷熱

18、加工成形，刃磨性能好用于手開工具，如銼刀、鋸條、鏨子等合 金工 具鋼9 s i c i 、CiWMn6065 8 1 842.452.752 5 0 300可冷熱加工成形，刃磨性能好，熱處置變形小用于低速成形刀具，如絲錐、板牙、鉸刀等表1-1常用刀具資料的主要性能及用途2.2 刀具資料刀具資料 表1-1常用刀具資料的主要性能及用途高 速鋼W9Mo3Cr4V、W6Mo5CrV2636982873.434.415 5 0 600可 冷 熱 加 工成 形 ， 刃 磨性 能 好 ， 熱處置變形小用于機動復(fù)雜的中速刀具，如鉆頭、銑刀、齒輪刀具等硬質(zhì)合金YG類K類YT類P類YW類M類698189931.0

19、82.168 0 0 1100粉 未 冶 金 成形 ， 只 能 磨削 加 工 不 能熱 處 置 ， 多鑲 片 運 用 ，較脆 用于機動簡單的高速切削刀具，如車刀、刨刀、銑刀刀片陶瓷S G 4 、AT6939415002100HV0 . 4 1.1151200壓 制 燒 結(jié) 成形 ， 只 能 磨削 加 工 ， 不需 熱 處 置 ，脆 性 略 大 于硬質(zhì)合金多用于車刀，適宜精加工延續(xù)切削2.2 刀具資料刀具資料 表1-1常用刀具資料的主要性能及用途立 方碳 化硼CBNFD、LBN-Y73007400HV0.570.8112001500高溫高壓燒結(jié)成形，硬度高于陶瓷，極脆，可用金剛石砂輪磨削，不需熱

20、處置用于加工高硬度、高強度資料特別是鐵族資料人 造金 剛石10000HV0.421.07 0 0 800硬度高于CBN，極脆用于有色金屬的高精度、低粗糙度切削，也用于非金屬精細加工，不切削鐵族金屬2.2 刀具資料刀具資料1 高速鋼 高速鋼是一種含鎢W、鉬MO、鉻Cr、釩V等合金元素較多的高合金工具鋼。由于合金元素與碳原子的結(jié)合力很強，使鋼在550600時仍能堅持高硬度，從而使切削速度比碳素工具鋼和合金工具鋼成倍提高，故得名“高速鋼，又名“風(fēng)鋼或“鋒鋼。 高速鋼刀具制造工藝簡單，容易磨出鋒利的刃口，廣泛用于制造切削速度較高、外形復(fù)雜的刀具，如鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀及齒輪刀具等。 高速鋼按化學(xué)

21、成分可分為鎢系、鉬系含MO2%以上；按切削性能可分為普通高速鋼和高性能高速鋼。2.2 刀具資料刀具資料 普通高速鋼 普通高速鋼指用來加工普通工程資料的高速鋼，常用的牌號有：a W18Cr4V簡稱W18 屬鎢系高速鋼，具有較好的切削性能，是我國最常用的一種高速鋼。 b W6Mo5Cr4V2簡稱M2 屬鉬系高速鋼，碳化物分布均勻性、韌性和高溫塑性均超越W18Cr4V，但其磨削性能較差，我國目前主要用于熱軋刀具，如麻花鉆等。c W9Mo3Cr4V簡稱W9 是一種含鎢量較多，含鉬量較少的鎢鉬系高速鋼。其碳化物不均勻性介于W18和M2之間，但抗彎強度和沖擊韌度高于M2。具有較好的硬度和韌性，其熱塑性也很

22、好，可用于制造各種刀具如鋸條、鉆頭、拉刀、銑刀、齒輪刀具等。 2.2 2.2 刀具資料刀具資料 高性能高速鋼 高性能高速鋼是在普通高速鋼的根底上，用調(diào)整其根本化學(xué)成分和添加一些其它合金元素如釩、鈷、鉛、硅、鈮等的方法，著重提高其耐熱性和耐磨性而衍生出來的。它主要用來加工不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金和超高強度鋼等難加工資料。主要有以下幾種： a 鈷高速鋼 鈷高速鋼是在高速鋼中參與鈷，常用牌號是W2Mo9Cr4Co8簡稱M42，具有良好的綜合性能，允許的切削速度較高，有一定的韌性，可磨削性好，可用于切削高溫合金、不銹鋼等難加工資料。2.2 刀具資料刀具資料b鋁高速鋼 是我國獨創(chuàng)的鋼種，參與了少量的鋁不

23、但提高了鋼的耐熱性和耐磨性，而且還能防止含碳量高引起的強度、韌性下降。但由于含釩量較多，其磨削加工性較差，過熱敏感性強，氧化脫碳傾向較大，運用時要嚴厲掌握熱處置工藝。常用牌號有W6Mo5Cr4V2Al簡稱501和W10Mo4Cr4V3Al簡稱5F62 硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點的金屬碳化物WC、TiC、NbC、TaC等作硬質(zhì)相，用鈷、鉬或鎳等作粘結(jié)相，研制成粉末，按一定比例混合，壓制成型，在高溫高壓下燒結(jié)而成。 2.2 2.2 刀具資料刀具資料 鎢鈷類硬質(zhì)合金 由WC和Co組成，代號為YG。常溫硬度為8991HRA，耐熱性達800900，適用于加工切屑呈崩碎狀的脆性資料。常用牌號有Y

24、G3、YG6和YG8等，其中數(shù)字表示含Co的百分比，其他為含WC的百分比。鈷在硬質(zhì)合金中起粘結(jié)作用，含Co愈多的硬質(zhì)合金韌性愈好，所以YG8適于粗加工和斷續(xù)切削，YG6適于半精加工，YG3適于精加工和延續(xù)切削。2.2 刀具資料刀具資料 鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金 由WC、TiC和Co組成，代號為YT。此類硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性和耐熱性9001000均比YG類合金高，但抗彎強度和沖擊韌度降低。主要適于加工切屑呈帶狀的鋼料等韌性資料。常用牌號有YT30、YT15和YT5等，數(shù)字表示含TiC的百分比。故YT30適于對鋼料的精加工和延續(xù)切削，YT15適于半精加工，YT5適于粗加工和斷續(xù)切削。2.2 刀具資料刀具

25、資料 3 其它刀具資料 陶瓷資料 陶瓷刀具資料的主要成分是硬度和熔點都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物，再參與少量的金屬碳化物、氧化物或純金屬等添加劑。也是采用粉末冶金工藝方法經(jīng)制粉，壓制燒結(jié)而成。 陶瓷刀具有很高的硬度9195HRA和耐磨性，刀具耐用度高；有很好的高溫性能，化學(xué)穩(wěn)定性好，與金屬親和力小，抗粘結(jié)和抗分散才干好；具有較低的摩擦系數(shù)，在高速精車和精細銑削時，被加工工件可獲得鏡面效果。陶瓷刀具的最大缺陷是脆性大，抗彎強度和沖擊韌度低，接受沖擊負荷的才干差。 主要用于對鋼料、鑄鐵、高硬資料如淬火鋼等延續(xù)切削的半精加工或精加工。2.2 刀具資料刀具資料 人造金剛石 人造金剛石

26、是在高溫高壓和金屬觸媒作用的條件下，由石墨轉(zhuǎn)化而成。 金剛石刀具的性能特點是：有極高的硬度和耐磨性，切削刃非常鋒利，有很高的導(dǎo)熱性。但耐熱性較差，且強度很低。 主要用于高速條件下精細車削及鏜削有色金屬及其合金和非金屬資料。但由于金剛石中的碳原子和鐵有很強的化學(xué)親合力，故金剛石刀具不適宜加工鐵族資料。 2.2 刀具資料刀具資料 立方氮化硼簡稱CBN 是用六方氮化硼俗稱白石墨為原料，利用超高溫高壓技術(shù)，繼人造金剛石之后人工合成的又一種新型無機超硬資料。 其主要性能特點是：硬度高高達80009000HV，耐磨性好，能在較高切削速度下堅持加工精。熱穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，且有較高的熱導(dǎo)率和較小的摩擦系

27、數(shù)，但其強度和韌性較差。 主要用于對高溫合金、淬硬鋼、冷硬鑄鐵等資料進展半精加工和精加工。2.3 金屬切削過程及其物理景象金屬切削過程及其物理景象 2.3.1 金屬切削過程的變形區(qū) 實驗闡明，金屬的切削過程本質(zhì)上是被切削金屬層在刀具前刀面擠壓作用下產(chǎn)生剪切滑移的塑性變形過程。 通常把切削過程的塑性變形劃分為三個變形區(qū)，如圖2-13 所示。2.3 金屬切削過程及其物理景象金屬切削過程及其物理景象 2.3.1.1 第變形區(qū) 切削刃前方的變形區(qū)。被切削金屬層在刀具前面的擠壓作用下，即沿圖1-13中的OA曲線發(fā)生剪切滑移，直至OM曲線滑移終止，被切削金屬層與資料母體脫離而成為切屑沿刀具前面流出。曲線O

28、AMO所包圍的區(qū)域就稱為第一變形區(qū)又稱剪切滑移區(qū)。它是金屬切削過程中主要的變形區(qū)，耗費大部分功率并產(chǎn)生大量的切削熱，常用它來闡明切削過程的變化情況。2.3 金屬切削過程及其物理景象金屬切削過程及其物理景象 2.3.1.2 第變形區(qū) 與刀具前刀面接觸的切屑底層變形區(qū)。切屑沿前刀面滑移排出時緊貼前刀面的底層金屬進一步遭到前刀面的擠壓阻滯和摩擦，再次產(chǎn)生剪切滑移變形而纖維化。由于受前刀面的擠壓和摩擦，該區(qū)域金屬流動速度較上層略緩，甚至?xí)粼谇暗睹嫔希瑯?gòu)成積屑瘤。 2.3.1.3 第變形區(qū) 第變形區(qū)是指工件過渡外表和已加工外表金屬層受切削刃鈍圓部分和刀具后刀面的擠壓和摩擦產(chǎn)生塑性變形的區(qū)域，呵斥表層

29、金屬的纖維化和加工硬化。該區(qū)的擠壓和摩擦情況與工件已加工外表質(zhì)量親密相關(guān)。2.3 金屬切削過程及其物理景象金屬切削過程及其物理景象 以上分別討論了三個變形區(qū)各自的特征，但是，三個變形區(qū)之間是相互聯(lián)絡(luò)又相互影響的。金屬切削過程中的許多物理景象都各三個變形區(qū)的變形親密相關(guān)。 1.3.2 切屑種類 常見的切屑有四種，如圖1-14所示 圖1-14 切屑形狀a帶狀切屑 b節(jié)狀切屑 c單元切屑 d崩碎切屑2.3 金屬切削過程及其物理景象金屬切削過程及其物理景象 2.3.2.1 帶狀切屑 這是一種最常見的延續(xù)狀切屑。其底面光滑，上外表呈毛茸狀。普通切削塑性較好的金屬資料，采用較大的前角、較高的切削速度、較小

30、的進給量和吃刀深度時，容易構(gòu)成帶狀切屑，如圖1-14a所示。構(gòu)成帶狀切屑時，切削力比較穩(wěn)定，加工外表比較光潔，但切屑延續(xù)不斷，會纏繞在刀具或工件上，不夠平安或能夠劃傷已加工外表，因此要留意采取斷屑措施。2.3 金屬切削過程及其物理景象金屬切削過程及其物理景象 2.3.2.2 節(jié)狀切屑 這類切屑的上外表呈鋸齒狀，底面有時出現(xiàn)裂紋，如圖1-14b所示。普通在采用較低的切削速度和較大的進給量粗加工中等硬度的鋼材時，容易得到節(jié)狀切屑。由于構(gòu)成這類切屑時變形較大，切削力動搖較大，因此，工件外表比較粗糙。 2.3.2.3 單元切屑又稱粒狀切屑 切削塑性很大的資料時如鉛、退火鋁、紫銅等，切屑易粘在刀具的前刀

31、面上，不易流出，裂紋擴展到整個剪切面上，使整個單元被切斷，而構(gòu)成此類切屑，如圖1-14C所示。當(dāng)出現(xiàn)這類切屑時，切削力動搖很大，切削過程不平穩(wěn)，已加工外表的粗糙度值添加。 2.3 金屬切削過程及其物理景象金屬切削過程及其物理景象 2.3.2.4 崩碎切屑 在切削脆性金屬資料如鑄鐵、黃銅等時，由于資料的塑性很小，切削層金屬崩碎而成為不規(guī)那么的切屑，即為崩碎切屑，如圖1-14d所示。工件資料越硬，切削層公稱厚度越大就越容易構(gòu)成崩碎切屑，這時的切削力變化較大。同時，由于刀具與切屑之間接觸長度短，切削力和切削熱都主要集中在主切削刃和刀尖附近，刀尖容易磨損，并易產(chǎn)生振動，影響外表質(zhì)量。2.3 金屬切削過

32、程及其物理景象金屬切削過程及其物理景象 前三種類型的切屑，普通是在切削塑性金屬資料時產(chǎn)生的，在構(gòu)成節(jié)狀切屑條件下，減小刀具前角或增大切削層公稱厚度，并采用很低的切削速度就可構(gòu)成單元切屑；反之，增大刀具前角、提高切削速度、減小切削層公稱厚度那么可構(gòu)成帶狀切屑，使加工外表較為光潔。也就是說，切屑的形狀是可以隨切削條件的不同而轉(zhuǎn)化的。在消費中，常根據(jù)詳細情況采取不同的措施來得到需求的切屑，以保證切削加工的順利進展。2.4 切削力與切削功率切削力與切削功率 2.4.1 切削力 在金屬切削加工時，工件資料抵抗刀具切削所產(chǎn)生的阻力稱為切削力。 2.4.1.1 切削力的來源 切削時作用在刀具上的力主要來自兩

33、個方面：1 抑制被加工資料對前、后刀面彈性、塑性變形抗力；2抑制切屑、工件與前、后刀面間的摩擦力。圖1-15 外圓車削時總切削力的分解2.4 切削力與切削功率切削力與切削功率 1主切削力切向力 總切削力 在主運動方向上的分力，它與切削速度方向一致，大小約占總切削力的8090。是計算機床動力、主傳動系統(tǒng)零件和刀具強度及剛度的主要根據(jù)。2進給力軸向力 總切削力 在進給運動方向上的分力，是設(shè)計和驗算機床進給機構(gòu)的原始數(shù)據(jù)。進給力也做功，但只占總功率的15。 2.4 切削力與切削功率切削力與切削功率3背向力徑向力 總切削力 在吃刀深度方向上的分力，它普通作用在工件剛性系統(tǒng)較弱的方向上，容易使工件彎曲變

34、形，對工件精度影響較大，且 大時易產(chǎn)生振動。 由于 、 、 三者相互垂直，所以總切削力與它們之間的關(guān)系為cFfFpFpFFpF222cpfFFFF2.4 切削力與切削功率切削力與切削功率 2.4.1.2 切削力閱歷公式 目前在消費實踐中切削力的計算公式可分為兩類：一類是指數(shù)公式；一類是按單位切削力進展計算的公式。現(xiàn)分述如下：1計算切削力的指數(shù)公式 主切削力 的實驗公式 式中 吃刀深度 對切削力 的影響指數(shù)； 進給量 對切削力 的影響指數(shù)； 實踐切削條件與實驗條件不同時的總修正系數(shù)，它是各項條件修正系數(shù)的乘積； 在一定切削條件下與工件資料有關(guān)的系數(shù)。FFCCCCXYcFPFFC afKcFCFX

35、CFYCFKCFCPacFf2.4 切削力與切削功率切削力與切削功率 同樣，分力同樣，分力 、 等也可寫成上式的方式。但普通多根據(jù)等也可寫成上式的方式。但普通多根據(jù) 進展估算。當(dāng)進展估算。當(dāng) 、 、 時，有以下近似關(guān)時，有以下近似關(guān)系系 = =0.40.40.50.5 = = 0.30.30.40.4 2 2用單位切削力估算切削力的方法用單位切削力估算切削力的方法 所謂單位切削力所謂單位切削力, ,就是指切削單位面積所需求的切削就是指切削單位面積所需求的切削力力, ,用用 表示表示, ,單位來單位來MpaMpa即即N/mm2N/mm2。 pFpFfFfFcFcF45r0S 015CKCCPFK

36、 a f2.5 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度 2.5.1 切削熱與切削溫度 2.5.1.1 切削熱 金屬切削中所耗費的功絕大部分9899轉(zhuǎn)換為熱能，稱之為切削熱。切削熱來自三個變形區(qū)域，如圖1-17所示。圖1-17 切削熱的來源與傳散2.5 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度 zxy 隨著刀具資料、工件資料、切削條件的不同，三個熱源的發(fā)熱量亦不一樣。第一變形區(qū)剪切區(qū)產(chǎn)生的熱量最多，約占7080。第二變形區(qū)產(chǎn)生的熱量約占2030。刀具后刀面與過渡外表和已加工外表的摩擦產(chǎn)生的熱量較小，但是當(dāng)?shù)毒吣モg后產(chǎn)生的摩擦熱將急劇添加。 切削熱產(chǎn)生以后，由切屑、工件、刀具及周圍的介質(zhì)如空氣等傳散出去。各部分

37、傳熱的比例取決于工件資料、切削速度、刀具資料及刀具幾何外形等。實驗顯示，車削時的切削熱主要是由切屑傳出的。傳入切屑及周圍介質(zhì)的熱量對加工沒有影響，越多越好。傳入刀具的熱量雖不是很多，但由于刀頭體積小，特別是在高速切削時，切屑與前刀面發(fā)生延續(xù)且劇烈的摩擦，因此刀2.5 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度頭上部分的溫度最高可達1000以上，使刀頭資料軟化，加速磨損，縮短刀具運用壽命，影響加工質(zhì)量。傳入工件的熱量，能夠使工件變形，產(chǎn)生外形和尺寸誤差，對于細長軸及薄壁零件的影響尤為顯著。 2.5.1.2 切削溫度 切削熱是經(jīng)過切削溫度對工件和刀具產(chǎn)生作用的。通常所說的切削溫度，是指刀具前刀面與切屑接觸區(qū)

38、的平均溫度，該區(qū)域溫度的高低既取決于單位時間內(nèi)切削熱量產(chǎn)生的多少，又與單位時間傳散出去熱量的多少有關(guān)。研討切削溫度的目的在于設(shè)法控制刀具上的最高溫度，以延伸刀具的運用壽命。2.5 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度 圖2-18a所示為某切削條件時用人工熱電偶法測得的溫度分布場。由圖可見，切削溫度分布極不均勻，在切屑中，底層溫度最高；在刀具中，接近切削刃處約1mm溫度最高；在工件中，切削刃附近溫度最高。如圖1-18b所示為刀具前刀面上的切削溫度分布圖。a b 圖1-18 切削溫度的分布圖中數(shù)字為溫度，單位為a刀具、切屑和工件的溫度分布 b刀具前刀面上的溫度分布2.5 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫

39、度 切削鋼料時，切屑表層產(chǎn)生一層氧化膜，它的顏色隨切削溫度的高低而變化，可從切屑的顏色大致判別切削溫度的高低。300以下切屑呈雪白色；400左右呈黃色；500左右呈深蘭色；600左右呈紫黑色。2.5.2 影響切削溫度的要素 1 工件資料的影響 工件資料的強度和硬度愈高，切削力愈大，產(chǎn)生的熱量多，切削溫度自然會升高。此外，工件資料的熱導(dǎo)率越低，散給切屑和工件本體的熱量越少，而傳給刀具的熱量就越多，切削溫度也就越高。2.5 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度2切削用量的影響 切削用量對切削溫度的影響規(guī)律是：切削用量添加，切削溫度增高。切削速度 對切削溫度影響最大；進給量次之；吃刀深度 影響最小。這是

40、由于 增大后，切屑與刀具接觸面積以一樣比例增大，散熱條件改善明顯； 增大后，使切屑與刀具前刀面接觸長度添加，散熱條件也有所改善； 增大后，刀具前、后刀面與切屑、工件之間的摩擦工件之間的摩擦劇增，切屑與前刀面接觸長度減小且時間減少，故散熱情況較差。2.5 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度 3刀具幾何參數(shù)的影響 刀具前角增大時刀-屑界面的摩擦減輕，滯流層的應(yīng)變和應(yīng)變速度都減小，故產(chǎn)生的熱量減小，切削溫度降低。切削中碳鋼，當(dāng)前角從10增至18時，切削溫度約下降15。但假設(shè)繼續(xù)增大前角時效果不明顯，甚至?xí)虻毒咝ń沁^小導(dǎo)致散熱條件變差而出現(xiàn)切削溫度反彈景象。 刀具主偏角的改動是經(jīng)過切削層公稱厚度 和切

41、削層公稱寬度 的改動而影響切削溫度的。主偏角增大時， 減小， 增大，單位長度作用主切削刃上的負荷添加，同時刀尖角 相應(yīng)減小，導(dǎo)致刀尖的散熱條件變差，使切削溫度升高，甚至?xí)a(chǎn)生部分高溫，加劇刀具的磨損。 刀尖圓弧半徑增大，切削刃上的平均主偏角減小，切削溫度降低。 2.5 2.5 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度 4其它要素的影響 后刀面的磨損對切削溫度有重要影響。沒有磨損的新刀具，主后刀面與過渡外表的接觸長度通常為刀-屑接觸長度的以下，其摩擦功在整個切削功中所占比例較小。但當(dāng)磨損量到達一定值后，摩擦功增大較快，切削溫度升高迅速，且它的摩擦速度就是切削速度，是刀-屑界面摩擦速度的25倍。 運用切削

42、液可使切削溫度降低。2.5 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度 2.5.3 切削液的影響切削液對降低切削溫度有明顯的效果。在金屬切削過程中，正確運用切削液，可以減少切屑、工件與刀具的摩擦，降低切削溫度和切削力，減緩刀具磨損。切削液還可以減少刀具與切屑粘結(jié)，抑制積屑瘤和鱗刺的生長；減小已加工外表粗糙度值，減少工件熱變形，保證加工精度和提高消費效率。1. 切削液的作用1冷卻作用 運用切削液能降低切削溫度，從而提高刀具運用壽命和加工質(zhì)量。在切削速度高，刀具、工件資料導(dǎo)熱性差，熱膨脹系數(shù)較大的情況下，切削液的冷卻作用尤顯重要。2.5 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度 2光滑作用 金屬切削加工時，切屑、工

43、件和刀具外表的摩擦可以分為干摩擦、流體光滑摩擦和邊境光滑摩擦三類。不加切削液時，就是金屬與金屬接觸的干摩擦，摩擦系數(shù)最大。 3清洗作用 切削液能沖刷掉切削中產(chǎn)生的碎屑或磨粉，防止劃傷已加工外表和機床導(dǎo)軌。清洗性能的好壞，與切削液的浸透性、流動性和運用的壓力有關(guān)。切削液的清洗作用對于磨削精細加工和自動線加工非常重要，而深孔加工時，經(jīng)常利用高壓切削液來進展排屑。4防銹作用 為減少工件、機床、刀具的腐蝕，要求切削液具有一定的防銹作用。其防銹作用的好壞，取決于切削液本身的性能和參與的防銹添加劑的性質(zhì)。2.5 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度 2. 切削液的種類及選用1水溶液 主要成分為水并參與防銹劑和

44、添加劑，使其既有良好的冷卻、防銹性能，又有一定的光滑作用。適宜于磨削加工。2乳化液 主要成分為水9598，參與適量的礦物油、乳化劑和其它添加劑配制而成的乳白色切削液。低濃度乳化液主要起冷卻作用；高濃度乳化液主要起光滑作用。乳化液主要用于車削、鉆削、攻螺紋。3切削油 主要成分是礦物油(機油、輕柴油、煤油)，少數(shù)采用動植物油(豆油、菜油、蓖麻油、棉子油、豬油、鯨油)等。切削油普通用于滾齒、插齒、銑削、車螺紋及普通資料的精加工。 機油用于普通車削、攻螺紋；煤油或與礦物油的混合油用于精加工有色金屬和鑄鐵；煤油或與機油的混合油用于普通孔或深孔精加工；蓖麻油或豆油也用于螺紋加工；輕柴油用于自動機床上，做本

45、身光滑液和切削液用。2.5 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度2.6 刀具磨損與刀具壽命刀具磨損與刀具壽命 2.6 刀具的磨損與刀具耐用度2.6.1.1 刀具的磨損形狀 刀具磨損是指刀具摩擦面上的刀具資料逐漸損失的景象。刀具磨損分為正常磨損與非正常磨損兩類。正常磨損是在刀具設(shè)計與運用合理，制造與刃磨質(zhì)量符合要求的情況下，刀具在切削過程中逐漸產(chǎn)生的磨損。刀具正常磨損的形狀普通有以下三種，如圖6-11所示。 圖1-11 刀具磨損形狀2.6 刀具磨損與刀具壽命刀具磨損與刀具壽命 1 前刀面磨損 切屑沿前刀面流出時，由于摩擦、高壓、高溫的作用，使刀具前刀面上接近主切削刃處磨損出洼凹稱為月牙洼，月牙洼產(chǎn)生

46、的地方是在切削溫度最高的地方。磨損量的大小用月牙洼的寬度KB和深度KT表示，如圖1-11b、c所示，它是在高速、大進給量切削塑性資料時產(chǎn)生的。 2后刀面磨損 由于切削刃的刃口鈍圓半徑對加工外表的擠壓和摩擦，在銜接切削刃的的后刀面上磨出一后角等于零的小棱面，這就是后刀面磨損，磨損量只用VB表示，如圖1-11 a所示。它是在切削速度較低、切削厚度較小的情況下，切削脆性資料時產(chǎn)生的。2.6 刀具磨損與刀具壽命刀具磨損與刀具壽命 3前、后刀面同時磨損 在切削過程中，由于振動、沖擊、熱效應(yīng)等異常緣由，導(dǎo)致刀具忽然損壞的景象如崩刃、碎裂等稱為非正常磨損。 2.6.1.2 刀具磨損的緣由及減輕措施 1 磨料磨損 在車削過程中，工件資料中的碳化物、氧化物、氮化物和積屑瘤碎片等硬質(zhì)點，在刀具外表上劃出溝紋呵斥的刀具磨損。減輕磨損的措施可以采取熱處置使工件資料所含硬質(zhì)點減小、變軟，或選用硬度高、晶粒細的刀具資料。2 粘結(jié)磨損 刀具外表與切屑、加工外表構(gòu)成的摩擦副，在切削壓力和摩擦力作用下，使接觸面間微觀不平度的凸出點處發(fā)生2.6 刀具磨損與刀具壽命刀具磨損與刀具壽命 猛烈塑性變形，溫度升高而呵斥粘結(jié)。接觸面滑動時粘結(jié)點產(chǎn)生剪切破裂而呵斥的磨損稱