切削力、切削熱、切削液課件

1、第3-第6節(jié)切削力、切削熱、切削液南海一職：劉業(yè)貴第3-第6節(jié)切削力、切削熱、切削液南海一職：劉業(yè)貴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 教學(xué)目標(biāo) 教學(xué)重難點(diǎn)多媒體、動畫、視頻、實物演示 教學(xué)方法南海一職：劉業(yè)貴1.知道什么是切削力、切削熱、切削液切削力、切削熱、切削液的第三節(jié)、 切削力 切削過程中，刀具施加于工件使工件材料產(chǎn)生變形，并使多余材料變?yōu)榍行妓璧牧?，稱為切削力(cutting force) 。南海一職：劉業(yè)貴第三節(jié)、 切削力 切削過程中，刀具施加

2、于工件一、切削力的來源、切削合力及分力、切削功率1. 切削力的來源切削力來自于金屬切削過程中克服被加工材料的彈、塑性變形抗力和刀具與工件及刀具與切屑之間摩擦阻力。南海一職：劉業(yè)貴一、切削力的來源、切削合力及分力、切削功率1. 切削力的來源2.切削力的分解 通常將合力F分解為相互垂直的三個分力：切削力 Fc 、進(jìn)給力 Ff 、背向力 Fp 。切削力Fz(Fc)總切削力在主運(yùn)動方向的分力，大小約占總切削力的80%90% 。Fc消耗的功率最多，約占總功率的90%左右，是計算機(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)床部件及計算刀具強(qiáng)度等必不可少的參數(shù)。背向力 Fy（Fp）進(jìn)給力Fx (Ff)總

3、切削力在垂直于工作平面方向的分力，F(xiàn)p不消耗功率。但容易使工件變形，甚至可能產(chǎn)生振動，影響工件的加工精度。是進(jìn)行加工精度分析、計算工藝系統(tǒng)剛度以及分析工藝系統(tǒng)振動時，所必須的參數(shù)?？偳邢髁υ谶M(jìn)給方向的分力，進(jìn)給力也作功，但只占總功的1%5%。是設(shè)計、校核機(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)南海一職：劉業(yè)貴2.切削力的分解 通常將合力F分解為相互垂直的三個分力南海一職：劉業(yè)貴南海一職：劉業(yè)貴計算切削功率(cutting power) Pc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)它來選擇機(jī)床主電動機(jī)功率。主運(yùn)動消耗的切削功率 PcFcc/6010-3 （kW）機(jī)床電機(jī)功率 PE

4、 =Pcm（m0.750. 85）。 3切削功率南海一職：劉業(yè)貴計算切削功率(cutting power) Pc是用于核算三、影響切削力的因素1. 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。材料的強(qiáng)度、硬度越高，則屈服強(qiáng)度越高，切削力越大。在強(qiáng)度、硬度相近的情況下，材料的塑性、韌性越大，則刀具前面上的平均摩擦系數(shù)越大，切削力也就越大。2. 切削用量進(jìn)給量f和背吃刀量ap 進(jìn)給量f和背吃刀量ap增加，使切削力Fc增加。南海一職：劉業(yè)貴三、影響切削力的因素1. 工件材料影響較大的因素主要是工件材切削速度在520m/min區(qū)域內(nèi)增加時，積屑瘤高度逐漸增加，切削力減??；切削速度繼續(xù)在20

5、35m/min范圍內(nèi)增加，積屑瘤逐漸消失，切削力增加；在切削速度大于35m/min時，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90m/min時，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，刀屑界面上的摩擦也很小，所以切削速度c 對切削力Fc無明顯的影響。在實際生產(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，又能減小切削力。 切削速度c 南海一職：劉業(yè)貴切削速度在520m/min區(qū)域內(nèi)增加時，積屑瘤高度逐漸增加前角的影響: o 切削變形切削力。（塑性材料）主偏角的影響：Kr Fp , Ff 3. 刀具幾何參數(shù)南海一職：劉業(yè)貴前角的影響: o

6、 切削變形切削力。（塑性材料）3kr1Krkr2FpFf南海一職：劉業(yè)貴kr1Krkr2FpFf南海一職：劉業(yè)貴4. 刀具磨損5. 切削液6. 刀具材料 刀具材料與被加工材料間的摩擦系數(shù)，影響到摩擦力的變化，直接影響著切削力的變化。南海一職：劉業(yè)貴4. 刀具磨損5. 切削液6. 刀具材料 刀具第四節(jié)、 切削熱和切削溫度（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(cutting heat)的三個熱源：1)切屑變形所產(chǎn)生的熱量，是切削熱的主要來源； 2)切屑與刀具前刀面之間的摩擦所產(chǎn)生的熱量；3)工件與刀具后刀面之間的摩擦所產(chǎn)生的熱量。南海一職：劉業(yè)貴第四節(jié)、 切削熱和切削溫

7、度（一）、切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)金屬南海一職：劉業(yè)貴南海一職：劉業(yè)貴切削熱向切屑、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)致切削區(qū)內(nèi)的切削溫度(cutting temperatures)上升。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：切屑傳出的熱約為50%86%；工件傳出的熱約為40%10%；刀具傳出的熱約為9%3%；周圍介質(zhì)傳出的熱約為1%。 南海一職：劉業(yè)貴切削熱向切屑、工件、刀具以及周圍的介質(zhì)傳導(dǎo)，使它們的溫度上升（二）、切削溫度對切削加工過程的影響1.對刀具材料的影響 高速鋼刀具材料的耐熱性為600左右，超過該溫度刀具失效。硬質(zhì)合金刀具材料耐熱性好，在

8、高溫8001000時，強(qiáng)度反而更高，韌性更好。因此適當(dāng)提高切削溫度，可防止硬質(zhì)合金刀具崩刃，延長刀具壽命。2.對工件尺寸精度的影響 車削工件外圓時，工件受熱膨脹，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，因此控制好切削溫度，是保證加工精度的有效措施。南海一職：劉業(yè)貴（二）、切削溫度對切削加工過程的影響1.對刀具材料的影響 （三）、影響切削溫度的因素 1.工件材料 材料的強(qiáng)度、硬度越高，則切削抗力越大，消耗的功越多，產(chǎn)生的熱就越多； 導(dǎo)熱系數(shù)越小，傳散的熱越少，切削區(qū)的切削溫度就越高。 切削脆性材料時，由于塑性變形很小，崩碎切屑與前刀面的

9、摩擦也小，產(chǎn)生的切削熱較少。 熱處理狀態(tài)不同，切削溫度也不相同。 2.切削用量切削速度對切削溫度的影響最大，背吃刀量對切削溫度的影響最小。南海一職：劉業(yè)貴（三）、影響切削溫度的因素 1.工件材料 材料3.刀具幾何參數(shù)4.刀具磨損 5.切削液 1)前角o塑性變形和摩擦切削溫度。但前角不能太大，否則刀具切削部分的鍥角過小，容熱、散熱體積減小，切削溫度反而上升。 2)主偏角r切削刃工作接觸長度，切削寬度bD，散熱條件變差，故切削溫度。 刀具主后面磨損時，后角減小，后面與工件間摩擦加劇。刃口磨損時，切屑形成過程的塑性變形加劇，使切削溫度增大。 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

10、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。南海一職：劉業(yè)貴3.刀具幾何參數(shù)4.刀具磨損 5.切削液 1)前角o第五節(jié) 切削液1、切削液的作用 切削液(cutting fluid)的冷卻作用主要靠熱傳導(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）.切削液的冷卻作用2）.切削液的潤滑作用 使用切削液后，切屑、工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)很?。粚嶋H情況是屬于邊界潤滑摩擦，其摩擦系數(shù)大于流體潤滑，但小于干摩擦。3）切削液的清洗作用南海一職：劉業(yè)貴

11、第五節(jié) 切削液1、切削液的作用 切削液(2.切削液的分類水溶液:主要成分是水，并加入少量的防銹劑等添加劑,有良好的冷卻作用和清洗作用。（1）水溶液 礦物油 少量動植物油非溶性切削液主要起潤滑作用。（3）切削油（2）乳化液乳化液乳化油用水稀釋而成，具有良好的流動性和冷卻作用，并有一定的潤滑作用 南海一職：劉業(yè)貴2.切削液的分類水溶液:主要成分是水，并加入少量的防銹劑等添3. 切削液的選用按工件材料選用 加工鋼等塑性材料時，需要切削液；加工鑄鐵等脆性材料時，不用切削液。按刀具材料選用 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)使用潤滑性能好的極壓切削油或

12、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，一般不用切削液；按加工方法選用 對半封閉、封閉加工，選用極壓乳化液或極壓切削油，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質(zhì)量,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。南海一職：劉業(yè)貴3. 切削液的選用按工件材料選用 加工鋼等塑性材料時，第六節(jié)、 刀具磨損和耐用度（一）、刀具磨損的形態(tài)南海一職：劉業(yè)貴第六節(jié)、 刀具磨損和耐用度（一）、刀具磨損的形態(tài)南海一職：1）后面磨損 當(dāng)切削脆性材料或以較小的背吃刀量切削塑性材料時，由于刀具主后刀面 與工件過渡表面間存在著

13、強(qiáng)烈的摩擦，在后刀面毗鄰切削刃的部位磨損成小棱面。后刀面磨損量以后刀面上磨損寬度值VB表示， 3）前面和后面同時磨損 一般在以中等切削用量加工塑性金屬材料時會出現(xiàn)這種形式磨損。 在切削速度較高、背吃刀量較大且不用切削液的情況下加工塑性材料時， 切屑將在前刀面磨出月牙洼。前刀面的磨損量以月牙洼的最大深度KT表示， 2）前面磨損南海一職：劉業(yè)貴1）后面磨損 當(dāng)切削脆性材料或以較小的背吃刀（二）、刀具磨損過程1.刀具磨損過程初期磨損階段（）正常磨損階段（）急劇磨損階段（）南海一職：劉業(yè)貴（二）、刀具磨損過程1.刀具磨損過程初期磨損階段（）南海一（三）、影響刀具磨損的因素 切削用量、刀具材料、刀具幾何

14、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(tool wear) 。 在切削用量中，增大切削速度切削溫度隨之增高，對刀具磨損的影響最大，進(jìn)給量f次之，背復(fù)雜的吃刀量ap最小。 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，可減少刀具的磨損。南海一職：劉業(yè)貴（三）、影響刀具磨損的因素 切削用量、刀具材料、刀（四）、刀具耐用度1. 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)歷的實際切削時間。刀具耐用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)是否合理的重要參數(shù)。南海一職：劉業(yè)貴（四）、刀具耐用度

15、1. 刀具耐用度的定義刀具耐用度（現(xiàn)稱刀具2.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、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。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。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。南海一職：劉業(yè)貴2.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)刀具壽命：刀具從開始投入使用到完全報廢的總切削時間刀具幾何

16、參數(shù) 刀 具 材 料 工 件 材 料切 削 用 量（五）、影響刀具壽命的因素南海一職：劉業(yè)貴刀具壽命：刀具從開始投入使用到完全報廢的總切削時間（五）、影五、 切削用量的選擇1、選擇切削用量的原則 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)率和低加工成本的切削用量。南海一職：劉業(yè)貴五、 切削用量的選擇1、選擇切削用量的原則 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。半精加工時，被吃刀量取為0.52mm。精加工時，被吃刀量取為0.10.4mm1）、被吃刀量的選定2、被吃刀量、進(jìn)給量和切削速度的選定2）、進(jìn)給量的選定生產(chǎn)實際中

17、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。南海一職：劉業(yè)貴粗加工時，一次走刀盡可能切除全部余量，被吃刀量半精加工時，被3）、切削速度的選定 在ap、f 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。在生產(chǎn)中選擇切削速度的一般原則是： （1）粗車時， ap、f 較大，故選擇較低的v；精車 時， ap 、f 均較小，故選擇較高的v。 （2）工件材料強(qiáng)度、硬度高時，應(yīng)選較低的v。 （3）切削合金鋼比切削中碳鋼切削速度應(yīng)降低20 30；切削調(diào)質(zhì)狀態(tài)的鋼比正火、退火狀態(tài)鋼要 降低20 30；切削有色金屬比切削中碳鋼的 切削速度可提高100 300；南海一職：劉業(yè)貴3）、切削速度的選定 在ap、f 值選定后，根（4）刀具材料的切削性能愈好，切削速度也選得愈高。（5）精加工時，應(yīng)盡量避開積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生的區(qū)域。（6）斷續(xù)切削及加工大件、細(xì)長件和薄壁工件時，應(yīng) 適當(dāng)降低切