機(jī)械制造基礎(chǔ)pp3

1、切屑變形與切屑形成過程切屑變形與切屑形成過程切削力切削力切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度刀具磨損與刀具耐用度刀具磨損與刀具耐用度 1熟悉切屑變形與切屑形成過程； 2了解影響切屑變形的主要因素； 3掌握切削力及切削效率的計(jì)算； 4. 熟悉切削溫度的測量方法以及切削溫度對切削過程的影響； 5. 了解刀具磨損的原因和形式； 6. 能夠正確選用刀具耐用度。教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 金屬切削加工時(shí)，刀具通過切削運(yùn)動(dòng)從工件上切下多余的金屬層（切削層）形成切屑，獲得需要的已加工表面。在切削加工的整個(gè)過程中，刀具與工件之間始終存在著切除和反切除這一對矛盾，由此產(chǎn)生了一系列的加工現(xiàn)象。本單元將從加工現(xiàn)象出發(fā)來認(rèn)識切削加

2、工的本質(zhì)和規(guī)律，以幫助大家更合理地使用刀具和機(jī)床，保證切削加工質(zhì)量，減少 能量消耗，提高生產(chǎn)效率。單元單元導(dǎo)讀導(dǎo)讀一、金屬切削過程的變形知識點(diǎn)一切屑變形與切屑形成過程知識點(diǎn)一切屑變形與切屑形成過程 切屑是金屬切削過程中切削層金屬經(jīng)切屑是金屬切削過程中切削層金屬經(jīng)過刀具的作用而形成的，金屬切削過程的過刀具的作用而形成的，金屬切削過程的一切物理變化和化學(xué)變化都是因?yàn)樾纬梢磺形锢碜兓突瘜W(xué)變化都是因?yàn)樾纬?切屑而引起的切屑而引起的。一、金屬切削過程的變形知識點(diǎn)一切屑變形與切屑形成過程知識點(diǎn)一切屑變形與切屑形成過程1.1.金屬切削過程變形區(qū)的劃分金屬切削過程變形區(qū)的劃分金屬切削過程三個(gè)金屬切削過程三個(gè)

3、變形區(qū)的示意圖變形區(qū)的示意圖1 1）第一變形區(qū)第一變形區(qū)2 2）第二變形區(qū)第二變形區(qū)3 3）第三變形區(qū)第三變形區(qū)一、金屬切削過程的變形知識點(diǎn)一切屑變形與切屑形成過程知識點(diǎn)一切屑變形與切屑形成過程2.2.切屑的形成過程切屑的形成過程 切屑是被切材料受到刀具前刀面的推擠，沿著某一斜面剪切滑移形成的。金屬切削過程是切削層金屬受到刀具前刀面的擠壓后，產(chǎn)生以剪切滑移為主的塑性變形而形 成切屑的過程。一、金屬切削過程的變形知識點(diǎn)一切屑變形與切屑形成過程知識點(diǎn)一切屑變形與切屑形成過程切屑形成過程及材料切削受力情況切屑形成過程及材料切削受力情況二、切屑的形態(tài)知識點(diǎn)一切屑變形與切屑形成過程知識點(diǎn)一切屑變形與切屑

4、形成過程4.4.崩碎切屑崩碎切屑 2.2.節(jié)狀切屑節(jié)狀切屑 3.3.粒狀切屑粒狀切屑 1.帶狀切屑 二、切屑的形態(tài)知識點(diǎn)一切屑變形與切屑形成過程知識點(diǎn)一切屑變形與切屑形成過程切屑形態(tài)切屑形態(tài)三、切屑變形程度的度量和計(jì)算知識點(diǎn)一切屑變形與切屑形成過程知識點(diǎn)一切屑變形與切屑形成過程1.1.切屑變形系數(shù)切屑變形系數(shù)2.2.相對滑移相對滑移四、影響切屑變形的主要因素知識點(diǎn)一切屑變形與切屑形成過程知識點(diǎn)一切屑變形與切屑形成過程1.1.工件材料的影響工件材料的影響工件材料的強(qiáng)（硬）度越高，刀具前刀面上的法向應(yīng)力越大，摩擦系數(shù) 越小，剪切角 越大，切屑變形越小。2.2.刀具幾何參數(shù)的影響刀具幾何參數(shù)的影響刀

5、具幾何參數(shù)中影響切屑變形最大的是刀具前角 o。刀具前角 o 越大，剪切角 就越大，切屑變形越小。這是刀具前角o 對切屑變形的直接影響。3.3.切削用量的影響切削用量的影響1）切削速度的影響2）進(jìn)給量的影響3）背吃刀量的影響知識點(diǎn)一切屑變形與切屑形成過程知識點(diǎn)一切屑變形與切屑形成過程切削速度影響切屑變形的原因有以下兩點(diǎn)。切削速度影響切屑變形的原因有以下兩點(diǎn)。 （1 1）切削塑性材料，當(dāng)切屑變形速度低于切削速度時(shí)，）切削塑性材料，當(dāng)切屑變形速度低于切削速度時(shí)，切屑塑性變形區(qū)變窄，使得剪切角切屑塑性變形區(qū)變窄，使得剪切角 增大，切屑變形系數(shù)增大，切屑變形系數(shù)減減小。小。 （2 2）隨著切削速度）隨著

6、切削速度 v vc c 的提高，切削溫度升高，切屑底層的提高，切削溫度升高，切屑底層金屬的剪切屈服強(qiáng)度金屬的剪切屈服強(qiáng)度s s 減小，摩擦系數(shù)減小，摩擦系數(shù) 減小，摩擦角減小，摩擦角減減小，剪切角小，剪切角 增大，切屑變形系數(shù)增大，切屑變形系數(shù) 減小減小。一、切削力的來源知識點(diǎn)二切知識點(diǎn)二切 削削 力力 金屬切削時(shí)，刀金屬切削時(shí)，刀具切入工件使切削層具切入工件使切削層金屬轉(zhuǎn)變成切屑所需金屬轉(zhuǎn)變成切屑所需要的力稱為切要的力稱為切削力削力。二、總切削力、分力和切削功率知識點(diǎn)二切知識點(diǎn)二切 削削 力力1.1.總切削力、分力總切削力、分力1 1）切削力）切削力 切削力切削力FcFc作用于切削平作用于切

7、削平 面內(nèi)，即切削刃上選定點(diǎn)的切面內(nèi)，即切削刃上選定點(diǎn)的切削速度方向上，消耗機(jī)床的主削速度方向上，消耗機(jī)床的主要功率，是計(jì)算切削功率，選要功率，是計(jì)算切削功率，選取機(jī)床電動(dòng)機(jī)功率和設(shè)計(jì)機(jī)床取機(jī)床電動(dòng)機(jī)功率和設(shè)計(jì)機(jī)床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的依據(jù)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的依據(jù)。2 2）背向力）背向力3 3）進(jìn)給力）進(jìn)給力 背向力背向力FpFp作用作用于基面內(nèi)，與吃刀方于基面內(nèi)，與吃刀方向一致，它能使工件向一致，它能使工件產(chǎn)生變形，是校驗(yàn)機(jī)產(chǎn)生變形，是校驗(yàn)機(jī)床主軸在水平面內(nèi)剛床主軸在水平面內(nèi)剛度及相應(yīng)零部件強(qiáng)度度及相應(yīng)零部件強(qiáng)度的依據(jù)。的依據(jù)。 進(jìn)給力又稱進(jìn)給力又稱為軸向力，是進(jìn)為軸向力，是進(jìn)給方向的分力。給方向的分力。二、

8、總切削力、分力和切削功率知識點(diǎn)二切知識點(diǎn)二切 削削 力力2.2.切削功率切削功率 切削過程中，各分力消切削過程中，各分力消耗功率的總和稱為切削功率，耗功率的總和稱為切削功率，用符號用符號Pc 表示，單位為表示，單位為 kW。車削時(shí)，由于背面力和進(jìn)給力車削時(shí)，由于背面力和進(jìn)給力消耗的功率很小，可忽略不計(jì)，消耗的功率很小，可忽略不計(jì)，因而主運(yùn)動(dòng)消耗的功率即為總因而主運(yùn)動(dòng)消耗的功率即為總的切削功率，即的切削功率，即：3ccc1060F vP三、切削力的測量和實(shí)驗(yàn)公式知識點(diǎn)二切知識點(diǎn)二切 削削 力力1.1.切削力的測量切削力的測量1 1）間接測量法）間接測量法 電功率法電功率法 此方法測量較粗略，要較

9、精確測量，常使用 專門用于測切削力的儀 器，即測力儀。切削力的切削力的測量測量2 2）直接測量法）直接測量法 測力儀法測力儀法 測力儀按其工作原理可分為機(jī)械式測力儀、液壓式測力儀和電測式測力儀。三、切削力的測量和實(shí)驗(yàn)公式知識點(diǎn)二切知識點(diǎn)二切 削削 力力（1）電阻應(yīng)變電阻應(yīng)變式測力儀式測力儀（2）壓電式測壓電式測力儀力儀三、切削力的測量和實(shí)驗(yàn)公式知識點(diǎn)二切知識點(diǎn)二切 削削 力力2.2.切削力的實(shí)驗(yàn)公式切削力的實(shí)驗(yàn)公式 四、影響切削力的主要因素知識點(diǎn)二切知識點(diǎn)二切 削削 力力1.1.工件材料的影響工件材料的影響 工件材料強(qiáng)（硬）度增高，即工件材料的剪工件材料強(qiáng)（硬）度增高，即工件材料的剪切屈服強(qiáng)度

10、增大，切削力呈正比例增大，但隨著切屈服強(qiáng)度增大，切削力呈正比例增大，但隨著工件材料強(qiáng)（硬）度增高，摩擦系數(shù)工件材料強(qiáng)（硬）度增高，摩擦系數(shù) 減小，減小，摩擦角摩擦角 減小，剪切角減小，剪切角 增大，切屑變形系增大，切屑變形系數(shù)數(shù) 減小，使得切削力又有所減小。綜合上述減小，使得切削力又有所減小。綜合上述的兩種影響，切削力仍然增大，但不是呈正比例的兩種影響，切削力仍然增大，但不是呈正比例增大。增大。四、影響切削力的主要因素知識點(diǎn)二切知識點(diǎn)二切 削削 力力2.2.刀具幾何參數(shù)的影響刀具幾何參數(shù)的影響1 1）前角的影響前角的影響 2 2）主偏角的影響主偏角的影響 3 3）刃傾角的影響刃傾角的影響 四、

11、影響切削力的主要因素知識點(diǎn)二切知識點(diǎn)二切 削削 力力3.3.切削用量的影響切削用量的影響1 1） 切削速度的切削速度的 影響影響2 2） 背吃刀量和進(jìn)背吃刀量和進(jìn)給量的影響給量的影響四、影響切削力的主要因素知識點(diǎn)二切知識點(diǎn)二切 削削 力力4.4.其他因素的影響其他因素的影響 1 1）刀具材）刀具材料的影響料的影響 2 2）后刀面）后刀面磨損的影響磨損的影響 3 3）刀具刃）刀具刃磨質(zhì)量的影響磨質(zhì)量的影響 4 4）切削液的影響）切削液的影響一、切削熱的產(chǎn)生和傳出知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度1.1.切削熱的產(chǎn)生切削熱的產(chǎn)生 金屬塑性變形的能量金屬塑性變形的能量 全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏?/p>

12、散失。在全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏⑹?。在金屬切削過程中工件上有三金屬切削過程中工件上有三個(gè)塑性變形區(qū)，每個(gè)塑性變個(gè)塑性變形區(qū)，每個(gè)塑性變形區(qū)都是一個(gè)熱源。因此，形區(qū)都是一個(gè)熱源。因此，切削時(shí)共有三個(gè)熱源切削時(shí)共有三個(gè)熱源。切削熱的來源與傳導(dǎo)切削熱的來源與傳導(dǎo)一、切削熱的產(chǎn)生和傳出知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度三個(gè)變形區(qū)產(chǎn)生熱量的比例關(guān)系三個(gè)變形區(qū)產(chǎn)生熱量的比例關(guān)系 1 1第一變形區(qū)；第一變形區(qū)； 2 2第二變形區(qū)；第二變形區(qū)； 3 3第三變形區(qū)第三變形區(qū) 一、切削熱的產(chǎn)生和傳出知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度2.2.切削熱的傳出切削熱的傳出切屑、工件和刀具中切削熱的分

13、布切屑、工件和刀具中切削熱的分布二、切削溫度的測量方法知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度1. 熱電偶法熱電偶法 2. 輻射測溫法輻射測溫法 二、切削溫度的測量方法知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度利用自然熱電偶法測量切削溫度的裝置示意圖利用自然熱電偶法測量切削溫度的裝置示意圖11工件；工件； 2 2車刀；車刀； 3 3毫伏表；毫伏表； 4 4鋼頂尖；鋼頂尖； 5 5銅銷；銅銷； 6 6車床主軸尾部車床主軸尾部二、切削溫度的測量方法知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度用光電傳感器測量刀具與切屑接觸面溫度分布的示意圖用光電傳感器測量刀具與切屑接觸面溫度分布的

14、示意圖11激光管；激光管； 22光柵；光柵； 3 3、44透鏡；透鏡； 55光敏元件；光敏元件； 66刀片；刀片； 77刀體刀體三、切削溫度的分布知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度工件材料：工件材料：GCr15GCr15；刀具材料：刀具材料：YT15YT15切削用量：切削用量：vc = 1.3 m/s，f = 0.5 mm/r，ap = 4 mm三、切削溫度的分布知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度 （1）剪切平面上各點(diǎn)溫度變化不大，幾乎相同。）剪切平面上各點(diǎn)溫度變化不大，幾乎相同。 （2）不論刀具前刀面還是主后刀面上的最高溫度都處于離主切削刃）不論刀具前刀面還是主后

15、刀面上的最高溫度都處于離主切削刃一定距離處（該處稱為溫度中心）。一定距離處（該處稱為溫度中心）。 （3）切削底層（同刀具前刀面相接觸的一層）溫度最高，離切削底）切削底層（同刀具前刀面相接觸的一層）溫度最高，離切削底層越遠(yuǎn)溫度越低。層越遠(yuǎn)溫度越低。三、切削溫度的分布知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度 （4）塑性越大的工件材料，在刀具前刀面上切削溫度的分布越均勻，）塑性越大的工件材料，在刀具前刀面上切削溫度的分布越均勻，且最高溫度區(qū)距切削刃越遠(yuǎn)。且最高溫度區(qū)距切削刃越遠(yuǎn)。 （5）導(dǎo)熱系數(shù)越低的工件材料，其刀具前刀面和主后刀面上的溫度）導(dǎo)熱系數(shù)越低的工件材料，其刀具前刀面和主后刀面上的

16、溫度也就越高，且最高溫度區(qū)距切削刃越近，這就是一些高溫合金和鈦合金也就越高，且最高溫度區(qū)距切削刃越近，這就是一些高溫合金和鈦合金難切削和刀具容易磨損的主要原因之一。難切削和刀具容易磨損的主要原因之一。四、影響切削溫度的主要因素知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度1.1.工件材料工件材料的影響的影響2.2.刀具幾何刀具幾何參數(shù)的影參數(shù)的影響響3.3.切削用量切削用量的影響的影響4.4.刀具磨損刀具磨損和切削液和切削液的影響的影響五、切削溫度對切削過程的影響知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度知識點(diǎn)三切削熱與切削溫度 4. 利用切削溫度自動(dòng)控制切削速度或進(jìn)給量。 2.對刀具材料的影響。 1.對工件

17、材料機(jī)械性能的影響。 3.對工件尺寸精度的影響。一、刀具磨損的形態(tài)知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度一、刀具磨損的形態(tài)知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度刀具的磨損形態(tài)刀具的磨損形態(tài)二、刀具磨損的原因知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度（1）切屑、工件和刀具接觸面經(jīng)常是活性很高的新鮮表面，不存在氧化膜等的污染。（2）刀具前刀面和后刀面與工件表面的接觸壓力非常大，產(chǎn)生的應(yīng)力有時(shí)甚至超過被切材料的屈服強(qiáng)度。（3）切屑、工件和刀具接觸面的溫度很高。刀具刀具磨損的磨損的表表現(xiàn)：現(xiàn)：二、刀具磨損的原因知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度知識點(diǎn)四刀具磨

18、損與刀具耐用度硬質(zhì)點(diǎn)磨損硬質(zhì)點(diǎn)磨損黏結(jié)磨損黏結(jié)磨損化學(xué)磨損化學(xué)磨損擴(kuò)散磨損擴(kuò)散磨損三、刀具磨損過程與磨鈍標(biāo)準(zhǔn)知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度1.1.刀具磨損過程刀具磨損過程 隨著切削時(shí)間的延長，隨著切削時(shí)間的延長， 刀具后刀面磨損量刀具后刀面磨損量 VB（或前刀（或前刀面月牙洼磨損量面月牙洼磨損量KT）隨之增）隨之增加。如圖所示為典型的刀具磨加。如圖所示為典型的刀具磨損曲線，其磨損過程分為初期損曲線，其磨損過程分為初期磨損階段、正常磨損階段和急磨損階段、正常磨損階段和急劇磨損階段劇磨損階段。典型的刀具磨損曲線典型的刀具磨損曲線三、刀具磨損過程與磨鈍標(biāo)準(zhǔn)知識點(diǎn)四刀具磨損與

19、刀具耐用度知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度正常磨損階段正常磨損階段初期磨損階段初期磨損階段急劇磨損階段急劇磨損階段 因?yàn)樾氯心サ牡毒咔邢魅休^鋒利，其后刀面與加工表面接觸面很小，壓應(yīng)力較大，加之新刃磨的刀具的后面存在著微觀不平等缺陷，所以，這一階段的磨損很快。 經(jīng)過初期磨損后。刀具的粗糙不平表面已經(jīng)被磨平，刀具進(jìn)入正常磨損階段。 刀具經(jīng)過正常磨損階段后，切削刃變鈍，切削力、切削溫度迅速升高，磨損速度急劇增加，以致刀具損壞而失去切削能力。三、刀具磨損過程與磨鈍標(biāo)準(zhǔn)知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度2.2.刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 刀具磨損到一定限刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用，

20、否度就不能繼續(xù)使用，否則將降低工件的尺寸精則將降低工件的尺寸精度和表面質(zhì)量，這個(gè)度和表面質(zhì)量，這個(gè) 磨損限度稱為磨鈍磨損限度稱為磨鈍 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。四、刀具耐用度知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度1.1.刀具耐用度的定義刀具耐用度的定義 一把新刀從開始切削直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止總的切削時(shí)間，或者說是刀具兩次刃磨之間總的切削時(shí)間稱為 刀具耐用度，用符號 T 表示，單位為min。四、刀具耐用度知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度2.2.切削用量與刀具耐用度的關(guān)系切削用量與刀具耐用度的關(guān)系 1）切削速度與切削速度與刀具耐用度的關(guān)系刀具耐用度的關(guān)系 2）進(jìn)給量

21、、背進(jìn)給量、背吃刀量與刀具耐用度吃刀量與刀具耐用度的關(guān)系的關(guān)系知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度 引例引例 解析解析知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度 例如：當(dāng)用 YT15 硬質(zhì)合金車刀切削b0.637 GPa 的碳素鋼時(shí) （f0.70 mmr），切削用量三要素與刀具耐用度的關(guān)系式為：知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度（2）（3）（1） 如果其他切如果其他切削條件不變，當(dāng)削條件不變，當(dāng)切削速度切削速度 v vc c 提高提高一倍時(shí)，刀具耐一倍時(shí)，刀具耐用度將降低到原用度將降低到原來的來的3 3。 如果其他切如果其他切削條件不變，

22、當(dāng)削條件不變，當(dāng)進(jìn)給量進(jìn)給量 f 提高一提高一倍時(shí)，刀具耐用倍時(shí)，刀具耐用度將降低到原來度將降低到原來的的2121。 如果其他切如果其他切削條件不變，當(dāng)削條件不變，當(dāng)背吃刀量背吃刀量 ap 提高提高一倍時(shí)，刀具耐一倍時(shí)，刀具耐用度將降低到原用度將降低到原來的來的5959。四、刀具耐用度知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度3.3.刀具耐用度的合理選擇刀具耐用度的合理選擇（1）（2）（3） 使該工序的加工生產(chǎn)使該工序的加工生產(chǎn)率最高，即零件的加工時(shí)率最高，即零件的加工時(shí)間最短。間最短。 使該工序的生使該工序的生產(chǎn)成本最低，即所產(chǎn)成本最低，即所消耗的生產(chǎn)費(fèi)用最消耗的生產(chǎn)費(fèi)用最低。低。 使該工序使該工序所獲利潤最高所獲利潤最高知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度知識點(diǎn)四刀具磨損與刀具耐用度 （1 1）根據(jù)刀具的復(fù)雜程度、制造和刃磨成本的高低來選擇。）根據(jù)刀具的復(fù)雜程度、制造和刃磨成本的高低來選擇。 （2 2）多刀機(jī)床上的車刀和組合機(jī)床上的鉆頭、絲錐、銑刀）多刀機(jī)床