切削力、切削熱、切削液ppt課件

1、1.知道什么是切削力、切削熱、切削液2、影響切削力、切削溫度的因素是什么3、在實(shí)際操作過程中，會處理溫度過高等問題4、會選用合理的切削液進(jìn)行冷卻切削力、切削熱、切削液的概念切削力、切削熱、切削液的概念 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重難點(diǎn)多媒體、動畫、視頻、實(shí)物演示多媒體、動畫、視頻、實(shí)物演示 教學(xué)方法教學(xué)方法第三節(jié)、第三節(jié)、 切削力切削力 切削過程中，切削過程中，刀具施加于工件使工件刀具施加于工件使工件材料產(chǎn)生變形，并使多材料產(chǎn)生變形，并使多余材料變?yōu)榍行妓璧挠嗖牧献優(yōu)榍行妓璧牧?，稱為切削力力，稱為切削力(cutting force) (cutting force) 。一、切削力的來源

2、、切削合力及分力、切削功率一、切削力的來源、切削合力及分力、切削功率1. 1. 切削力的來源切削力的來源切削力來自于金屬切削過程中克服切削力來自于金屬切削過程中克服被加工材料的彈、塑性變形抗力和被加工材料的彈、塑性變形抗力和刀具與工件及刀具與切屑之間摩擦刀具與工件及刀具與切屑之間摩擦阻力。阻力。2.2.切削力的分解切削力的分解 通常將合力通常將合力F F分分解為相互垂直的三個解為相互垂直的三個分力：切削力分力：切削力 Fc Fc 、進(jìn)給力進(jìn)給力 Ff Ff 、背向力、背向力 Fp Fp 。切削力切削力Fz(Fc)Fz(Fc)總切削力在主運(yùn)動方向的分力，總切削力在主運(yùn)動方向的分力，大小約占總切削

3、力的大小約占總切削力的80%80%90% 90% 。FcFc消耗的功率最多，約消耗的功率最多，約占總功率的占總功率的90%90%左右，是計算左右，是計算機(jī)床切削功率、選配機(jī)床電機(jī)、機(jī)床切削功率、選配機(jī)床電機(jī)、校核機(jī)床主軸、設(shè)計機(jī)床部件校核機(jī)床主軸、設(shè)計機(jī)床部件及計算刀具強(qiáng)度等必不可少的及計算刀具強(qiáng)度等必不可少的參數(shù)。參數(shù)。背向力背向力 Fy FyFpFp）進(jìn)給力進(jìn)給力Fx (Ff)Fx (Ff)總切削力在垂直于工總切削力在垂直于工作平面方向的分力，作平面方向的分力，F(xiàn)pFp不消耗功率。但容不消耗功率。但容易使工件變形，甚至易使工件變形，甚至可能產(chǎn)生振動，影響可能產(chǎn)生振動，影響工件的加工精度。是

4、工件的加工精度。是進(jìn)行加工精度分析、進(jìn)行加工精度分析、計算工藝系統(tǒng)剛度以計算工藝系統(tǒng)剛度以及分析工藝系統(tǒng)振動及分析工藝系統(tǒng)振動時，所必須的參數(shù)。時，所必須的參數(shù)?？偳邢髁υ谶M(jìn)給方向的分力總切削力在進(jìn)給方向的分力，進(jìn)給力也作功，但只占總，進(jìn)給力也作功，但只占總功的功的1%1%5%5%。是設(shè)計、校核。是設(shè)計、校核機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)，計算機(jī)床進(jìn)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)，計算機(jī)床進(jìn)給功率不可缺少的參數(shù)給功率不可缺少的參數(shù)計算切削功率計算切削功率(cutting power) Pc(cutting power) Pc是用于核算加是用于核算加工成本和計算能量消耗，并在設(shè)計機(jī)床時根據(jù)它來選工成本和計算能量消耗，并在設(shè)計機(jī)床時

5、根據(jù)它來選擇機(jī)床主電動機(jī)功率。擇機(jī)床主電動機(jī)功率。主運(yùn)動消耗的切削功率主運(yùn)動消耗的切削功率 PcPcFcc/60Fcc/6010-3 10-3 （kWkW）機(jī)床電機(jī)功率機(jī)床電機(jī)功率 PE =PcPE =Pcmmmm0.750.750. 0. 8585）。）。 3 3切削功率切削功率三、影響切削力的因素三、影響切削力的因素1. 1. 工件材料工件材料影響較大的因素主要是工件材料影響較大的因素主要是工件材料的強(qiáng)度、硬度和塑性。的強(qiáng)度、硬度和塑性。材料的強(qiáng)度、硬度越高，則屈服材料的強(qiáng)度、硬度越高，則屈服強(qiáng)度越高，切削力越大。強(qiáng)度越高，切削力越大。在強(qiáng)度、硬度相近的情況下，材在強(qiáng)度、硬度相近的情況下，

6、材料的塑性、韌性越大，則刀具前面料的塑性、韌性越大，則刀具前面上的平均摩擦系數(shù)越大，切削力也上的平均摩擦系數(shù)越大，切削力也就越大。就越大。2. 2. 切削用切削用量量進(jìn)給量進(jìn)給量f f和背吃刀量和背吃刀量ap ap 進(jìn)給量進(jìn)給量f f和背吃刀量和背吃刀量apap增加，使切增加，使切削力削力FcFc增加。增加。切削速度在切削速度在5 520m/min20m/min區(qū)域內(nèi)增加時，積屑瘤高度逐漸區(qū)域內(nèi)增加時，積屑瘤高度逐漸增加，切削力減??；增加，切削力減?。磺邢魉俣壤^續(xù)在切削速度繼續(xù)在202035m/min35m/min范圍內(nèi)增加，積屑瘤逐漸范圍內(nèi)增加，積屑瘤逐漸消失，切削力增加；消失，切削力增加；

7、在切削速度大于在切削速度大于35m/min35m/min時，由于切削溫度上升，摩擦?xí)r，由于切削溫度上升，摩擦系數(shù)減小，切削力下降。一般切削速度超過系數(shù)減小，切削力下降。一般切削速度超過90m/min90m/min時，時，切削力無明顯變化。切削力無明顯變化。在切削脆性金屬工件材料時，因塑性變形很小，刀屑界在切削脆性金屬工件材料時，因塑性變形很小，刀屑界面上的摩擦也很小，所以切削速度面上的摩擦也很小，所以切削速度c c 對切削力對切削力FcFc無明顯無明顯的影響。的影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，如果刀具材料和機(jī)床性能許可，采用高在實(shí)際生產(chǎn)中，如果刀具材料和機(jī)床性能許可，采用高速切削，既能提高生產(chǎn)效率，又能減

8、小切削力。速切削，既能提高生產(chǎn)效率，又能減小切削力。 切削速度c 前角的影響前角的影響: o : o 切削變形切削變形切削力切削力。（塑性材料）。（塑性材料）主偏角的影響：主偏角的影響：Kr Fp , Ff Kr Fp , Ff 3. 3. 刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)kr1Krkr2FpFf4. 4. 刀具磨損刀具磨損5. 5. 切削液切削液6. 6. 刀具材料刀具材料 刀具材料與被加工刀具材料與被加工材料間的摩擦系數(shù)，影響到材料間的摩擦系數(shù)，影響到摩擦力的變化，直接影響著摩擦力的變化，直接影響著切削力的變化。切削力的變化。第四節(jié)、第四節(jié)、 切削熱和切削溫度切削熱和切削溫度（一）、切削熱的產(chǎn)生與

9、傳導(dǎo)（一）、切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)金屬切削過程的三個變形區(qū)就是產(chǎn)生切削熱金屬切削過程的三個變形區(qū)就是產(chǎn)生切削熱(cutting heat)(cutting heat)的三個熱源：的三個熱源：1)1)切屑變形所產(chǎn)生的熱量，是切削熱的主要來切屑變形所產(chǎn)生的熱量，是切削熱的主要來源；源； 2)2)切屑與刀具前刀面之間的摩擦所產(chǎn)生的熱量；切屑與刀具前刀面之間的摩擦所產(chǎn)生的熱量；3)3)工件與刀具后刀面之間的摩擦所產(chǎn)生的熱量。工件與刀具后刀面之間的摩擦所產(chǎn)生的熱量。切削熱向切屑、工件、刀具以及周圍的切削熱向切屑、工件、刀具以及周圍的介質(zhì)傳導(dǎo)，使它們的溫度上升，從而導(dǎo)介質(zhì)傳導(dǎo)，使它們的溫度上升，從而導(dǎo)致切削區(qū)

10、內(nèi)的切削溫度致切削區(qū)內(nèi)的切削溫度(cutting (cutting temperatures)temperatures)上升。上升。用高速鋼車刀及與之相適應(yīng)的切削速度用高速鋼車刀及與之相適應(yīng)的切削速度切削鋼料時，切削熱傳出的比例是：切切削鋼料時，切削熱傳出的比例是：切屑傳出的熱約為屑傳出的熱約為50%50%86%86%；工件傳出的；工件傳出的熱約為熱約為40%40%10%10%；刀具傳出的熱約為；刀具傳出的熱約為9%9%3%3%；周圍介質(zhì)傳出的熱約為；周圍介質(zhì)傳出的熱約為1%1%。 （二）、切削溫度對切削加工過程的影響（二）、切削溫度對切削加工過程的影響1.1.對刀具材料的影響對刀具材料的影響

11、 高速鋼刀具材料的高速鋼刀具材料的耐熱性為耐熱性為600600左右，超過左右，超過該溫度刀具失效。硬質(zhì)合金該溫度刀具失效。硬質(zhì)合金刀具材料耐熱性好，在高溫刀具材料耐熱性好，在高溫80080010001000時，強(qiáng)度反而時，強(qiáng)度反而更高，韌性更好。因此適當(dāng)更高，韌性更好。因此適當(dāng)提高切削溫度，可防止硬質(zhì)提高切削溫度，可防止硬質(zhì)合金刀具崩刃，延長刀具壽合金刀具崩刃，延長刀具壽命。命。2.2.對工件尺寸精度的影響對工件尺寸精度的影響 車削工件外圓時，工件車削工件外圓時，工件受熱膨脹，切削后冷卻至室溫，受熱膨脹，切削后冷卻至室溫，尺寸變小，特別是在精加工和超尺寸變小，特別是在精加工和超精密加工時，切削

12、溫度的變化對精密加工時，切削溫度的變化對工件尺寸精度的影響特別大，因工件尺寸精度的影響特別大，因此控制好切削溫度，是保證加工此控制好切削溫度，是保證加工精度的有效措施。精度的有效措施。（三）、影響切削溫度的因素（三）、影響切削溫度的因素 1. 1.工件材工件材料料 材料的強(qiáng)度、硬度越高，材料的強(qiáng)度、硬度越高，則切削抗力越大，消耗的功越多，則切削抗力越大，消耗的功越多，產(chǎn)生的熱就越多；產(chǎn)生的熱就越多； 導(dǎo)熱系數(shù)越小，傳散的導(dǎo)熱系數(shù)越小，傳散的熱越少，切削區(qū)的切削溫度就越熱越少，切削區(qū)的切削溫度就越高。高。 切削脆性材料時，由于切削脆性材料時，由于塑性變形很小，崩碎切屑與前刀塑性變形很小，崩碎切屑

13、與前刀面的摩擦也小，產(chǎn)生的切削熱較面的摩擦也小，產(chǎn)生的切削熱較少。少。 熱處理狀態(tài)不同，切削熱處理狀態(tài)不同，切削溫度也不相同。溫度也不相同。 2. 2.切削用切削用量量切削速度對切削切削速度對切削溫度的影響最大，溫度的影響最大，背吃刀量對切削背吃刀量對切削溫度的影響最小。溫度的影響最小。3.3.刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)4.4.刀具磨損刀具磨損 5.5.切削液切削液 1) 1)前角前角oo塑性變形和摩塑性變形和摩擦擦切削溫度切削溫度。但前角不。但前角不能太大，否則刀具切削部分的能太大，否則刀具切削部分的鍥角過小，容熱、散熱體積減鍥角過小，容熱、散熱體積減小，切削溫度反而上升。小，切削溫度反而上升

14、。 2)2)主偏角主偏角rr切削刃工作切削刃工作接觸長度接觸長度，切削寬度，切削寬度bDbD，散熱條件變差，故切削溫度散熱條件變差，故切削溫度。 刀具主后面刀具主后面磨損時，后角減小，磨損時，后角減小，后面與工件間摩擦加后面與工件間摩擦加劇。刃口磨損時，切劇。刃口磨損時，切屑形成過程的塑性變屑形成過程的塑性變形加劇，使切削溫度形加劇，使切削溫度增大。增大。 利用切削液的潤滑功能降低摩擦系數(shù)，減少切削熱的產(chǎn)生，也可利用它的冷卻功用吸收大量的切削熱，所以采用切削液是降低切削溫度的重要措施。第五節(jié)第五節(jié) 切削液切削液1 1、切削液的作用、切削液的作用 切削液(cutting fluid)的冷卻作用主

15、要靠熱傳導(dǎo)帶走大量的切削熱，從而降低切削溫度，提高刀具壽命；減少工件、刀具的熱變形，提高加工精度；降低斷續(xù)切削時的熱應(yīng)力，防止刀具熱裂破損等。1 1）. .切削液的冷卻作用切削液的冷卻作用2 2）. .切削液的潤滑作用切削液的潤滑作用 使用切削液后，切屑、工使用切削液后，切屑、工件與刀面之間形成完全的潤滑油膜，件與刀面之間形成完全的潤滑油膜，成為流體潤滑摩擦，此時摩擦系數(shù)成為流體潤滑摩擦，此時摩擦系數(shù)很??；實(shí)際情況是屬于邊界潤滑摩很??；實(shí)際情況是屬于邊界潤滑摩擦，其摩擦系數(shù)大于流體潤滑，但擦，其摩擦系數(shù)大于流體潤滑，但小于干摩擦。小于干摩擦。3 3切削液的清洗作用切削液的清洗作用2.2.切削液

16、的分類切削液的分類水溶液水溶液: :主要成分是水，主要成分是水，并加入少量的防銹劑等添并加入少量的防銹劑等添加劑加劑, ,有良好的冷卻作用有良好的冷卻作用和清洗作用。和清洗作用。（1 1水溶液水溶液 礦物油礦物油 少量動植物油少量動植物油非溶性切削液主要起潤非溶性切削液主要起潤滑作用?；饔?。（3 3切削油切削油（2 2乳化液乳化液乳化液乳化油用水稀釋而乳化液乳化油用水稀釋而成，具有良好的流動性和成，具有良好的流動性和冷卻作用，并有一定的潤冷卻作用，并有一定的潤滑作用滑作用 3. 3. 切削液的選用切削液的選用按工件材料選用按工件材料選用 加工鋼等塑性材料時，需要切削液；加加工鋼等塑性材料時，

17、需要切削液；加工鑄鐵等脆性材料時，不用切削液。工鑄鐵等脆性材料時，不用切削液。按刀具材料選用按刀具材料選用 高速鋼刀具耐熱性差，粗加工時應(yīng)選用高速鋼刀具耐熱性差，粗加工時應(yīng)選用以冷卻作用為主的切削液，以降低切削溫度；在精加工時應(yīng)以冷卻作用為主的切削液，以降低切削溫度；在精加工時應(yīng)使用潤滑性能好的極壓切削油或高濃度的極壓乳化液，以提使用潤滑性能好的極壓切削油或高濃度的極壓乳化液，以提高加工表面質(zhì)量。硬質(zhì)合金刀具由于耐熱性好，一般不用切高加工表面質(zhì)量。硬質(zhì)合金刀具由于耐熱性好，一般不用切削液；削液；按加工方法選用按加工方法選用 對半封閉、封閉加工，選用極壓乳化對半封閉、封閉加工，選用極壓乳化液或極

18、壓切削油，以對切削區(qū)進(jìn)行冷卻、潤滑和對切屑沖洗。液或極壓切削油，以對切削區(qū)進(jìn)行冷卻、潤滑和對切屑沖洗。磨削加工時，由于磨削區(qū)溫度很高，磨屑會破壞已磨削表面磨削加工時，由于磨削區(qū)溫度很高，磨屑會破壞已磨削表面質(zhì)量質(zhì)量, ,要求切削液具有良好的冷卻、清洗、排屑和防銹性能，要求切削液具有良好的冷卻、清洗、排屑和防銹性能，一般選用乳化液。一般選用乳化液。第六節(jié)、第六節(jié)、 刀具磨損和耐用度刀具磨損和耐用度（一）、刀具磨損的形態(tài)（一）、刀具磨損的形態(tài)1 1后面磨損后面磨損 當(dāng)切削脆性材料或以當(dāng)切削脆性材料或以較小的背吃刀量切削塑性材料較小的背吃刀量切削塑性材料時，由于刀具主后刀面時，由于刀具主后刀面 與工

19、件與工件過渡表面間存在著強(qiáng)烈的摩擦，過渡表面間存在著強(qiáng)烈的摩擦，在后刀面毗鄰切削刃的部位磨在后刀面毗鄰切削刃的部位磨損成小棱面。后刀面磨損量以損成小棱面。后刀面磨損量以后刀面上磨損寬度值后刀面上磨損寬度值VBVB表示，表示， 3 3前面和后面同時磨損前面和后面同時磨損 一般在以中等一般在以中等切削用量加工塑性金屬切削用量加工塑性金屬材料時會出現(xiàn)這種形式材料時會出現(xiàn)這種形式磨損。磨損。 在切削速度較高、背在切削速度較高、背吃刀量較大且不用切削液的情況吃刀量較大且不用切削液的情況下加工塑性材料時，下加工塑性材料時， 切屑將在切屑將在前刀面磨出月牙洼。前刀面的磨前刀面磨出月牙洼。前刀面的磨損量以月牙

20、洼的最大深度損量以月牙洼的最大深度KTKT表示，表示， 2 2前面磨損前面磨損（二）、刀具磨損過程（二）、刀具磨損過程1.1.刀具磨損過程刀具磨損過程初期磨損階段初期磨損階段（）正常磨損階段正常磨損階段（）急劇磨損階段急劇磨損階段（）（三）、影響刀具磨損的因素（三）、影響刀具磨損的因素 切削用量、刀具材料、刀具幾何形狀、工件切削用量、刀具材料、刀具幾何形狀、工件材料以及是否使用切削液等，也都會影響刀具的磨損材料以及是否使用切削液等，也都會影響刀具的磨損(tool wear) (tool wear) 。 在切削用量中，增大切削速度切削溫度隨之在切削用量中，增大切削速度切削溫度隨之增高，對刀具磨損

21、的影響最大，進(jìn)給量增高，對刀具磨損的影響最大，進(jìn)給量f f次之，背復(fù)次之，背復(fù)雜的吃刀量雜的吃刀量apap最小。最小。 耐熱性好的刀具材料，就不易磨損。耐熱性好的刀具材料，就不易磨損。 適當(dāng)加大刀具前角，由于減小了切削力，可適當(dāng)加大刀具前角，由于減小了切削力，可減少刀具的磨損。減少刀具的磨損。（四）、刀具耐用度（四）、刀具耐用度1. 1. 刀具耐用度的定義刀具耐用度的定義刀具耐用度現(xiàn)稱刀具壽命是指一把刃磨刀具耐用度現(xiàn)稱刀具壽命是指一把刃磨好的新刀從投入使用直至達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)歷好的新刀從投入使用直至達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)歷的實(shí)際切削時間。的實(shí)際切削時間。刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件刀具耐用

22、度是衡量刀具材料切削性能、工件材料的切削加工性及刀具幾何參數(shù)是否合理的材料的切削加工性及刀具幾何參數(shù)是否合理的重要參數(shù)。重要參數(shù)。2.2.刀具耐用度的選擇原則刀具耐用度的選擇原則復(fù)雜的、高精度的、多刃的刀具耐用度應(yīng)選得比簡單的、復(fù)雜的、高精度的、多刃的刀具耐用度應(yīng)選得比簡單的、低精度的、單刃的刀具高。低精度的、單刃的刀具高。對于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時間短，為使切削刃始終對于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時間短，為使切削刃始終處于鋒利狀態(tài)，刀具耐用度可選得低些。處于鋒利狀態(tài)，刀具耐用度可選得低些。對于換刀、調(diào)刀比較復(fù)雜的數(shù)控刀具、自動線刀具以及多對于換刀、調(diào)刀比較復(fù)雜的數(shù)控刀具、自動線刀具以及多刀

23、加工時，刀具耐用度應(yīng)選得高些，以減少換刀次數(shù)，保證刀加工時，刀具耐用度應(yīng)選得高些，以減少換刀次數(shù)，保證整機(jī)和整線的可靠工作。整機(jī)和整線的可靠工作。精加工刀具切削負(fù)荷小，刀具耐用度應(yīng)比粗加工刀具選得精加工刀具切削負(fù)荷小，刀具耐用度應(yīng)比粗加工刀具選得高些。高些。大件加工時，為避免一次進(jìn)給中中途換刀，刀具耐用度應(yīng)大件加工時，為避免一次進(jìn)給中中途換刀，刀具耐用度應(yīng)選得高些。選得高些。刀具壽命：刀具從開始投入使用到完全報廢的總切削時刀具壽命：刀具從開始投入使用到完全報廢的總切削時間間刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù) 刀刀 具具 材材 料料 工工 件件 材材 料料切切 削削 用用 量量（五）、影響刀具壽命的因素（

24、五）、影響刀具壽命的因素五、五、 切削用量的選擇切削用量的選擇1 1、選擇切削用量的原則、選擇切削用量的原則 合理切削用量是指使刀合理切削用量是指使刀具的切削性能和機(jī)床的動力性能具的切削性能和機(jī)床的動力性能得到充分發(fā)揮，并在保證加工質(zhì)得到充分發(fā)揮，并在保證加工質(zhì)量的前提下，獲得高生產(chǎn)率和低量的前提下，獲得高生產(chǎn)率和低加工成本的切削用量。加工成本的切削用量。粗加工時，一次走刀盡可能切除全部余量，被吃刀量粗加工時，一次走刀盡可能切除全部余量，被吃刀量等于加工余量。等于加工余量。半精加工時，被吃刀量取為半精加工時，被吃刀量取為0.50.52mm2mm。精加工時，被吃刀量取為精加工時，被吃刀量取為0.

25、10.10.4mm0.4mm1 1）、被吃刀量的選定）、被吃刀量的選定2 2、被吃刀量、進(jìn)給量和切削速度的選定、被吃刀量、進(jìn)給量和切削速度的選定2 2）、進(jìn)給量的選定）、進(jìn)給量的選定生產(chǎn)實(shí)際中多采用查表法確定進(jìn)給量。生產(chǎn)實(shí)際中多采用查表法確定進(jìn)給量。粗加工時，進(jìn)給量由機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、刀具強(qiáng)度與粗加工時，進(jìn)給量由機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、刀具強(qiáng)度與剛性、工件的裝夾剛度決定。剛性、工件的裝夾剛度決定。精加工時，進(jìn)給量由加工精度和表面粗糙度決定。精加工時，進(jìn)給量由加工精度和表面粗糙度決定。3）、切削速度的選定）、切削速度的選定 在在ap、f 值選定后，根據(jù)合理的刀具耐用度或查表值選定后，根據(jù)合理的刀具耐用度或查表來選定車削速度。來選定車削速度。在生產(chǎn)中選擇切削速度的一般原則是