機(jī)械制造基礎(chǔ)pp3

金屬切削加工中的主要現(xiàn)象與規(guī)律知識點一切屑變形與切屑形成過程知識點二切削力知識點三切削熱與切削溫度知識點四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)金屬切削加工中的主要現(xiàn)象與規(guī)律

金屬切削加工時，刀具通過切削運動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。單元導(dǎo)讀金屬切削加工中的主要現(xiàn)象與規(guī)律一、金屬切削過程的變形知識點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)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)變化都是因為形成

切屑而引起的。一、金屬切削過程的變形知識點一切屑變形與切屑形成過程1.金屬切削過程變形區(qū)的劃分金屬切削過程三個變形區(qū)的示意圖1）第一變形區(qū)2）第二變形區(qū)3）第三變形區(qū)一、金屬切削過程的變形知識點一切屑變形與切屑形成過程2.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二、切屑的形態(tài)知識點一切屑變形與切屑形成過程4.崩碎切屑2.節(jié)狀切屑3.粒狀切屑1.帶狀切屑二、切屑的形態(tài)知識點一切屑變形與切屑形成過程切屑形態(tài)三、切屑變形程度的度量和計算知識點一切屑變形與切屑形成過程1.切屑變形系數(shù)2.相對滑移四、影響切屑變形的主要因素知識點一切屑變形與切屑形成過程1.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)

μ

越小，剪切角

φ

越大，切屑變形越小。2.刀具幾何參數(shù)的影響刀具幾何參數(shù)中影響切屑變形最大的是刀具前角

γo。刀具前角

γo

越大，剪切角

φ就越大，切屑變形越小。這是刀具前角γo

對切屑變形的直接影響。3.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一切屑變形與切屑形成過程課外提示：切削速度影響切屑變形的原因有以下兩點。

（1）切削塑性材料，當(dāng)切屑變形速度低于切削速度時，切屑塑性變形區(qū)變窄，使得剪切角φ增大，切屑變形系數(shù)ξ減小。

（2）隨著切削速度

vc

的提高，切削溫度升高，切屑底層金屬的剪切屈服強(qiáng)度τs

減小，摩擦系數(shù)μ

減小，摩擦角β減小，剪切角

φ增大，切屑變形系數(shù)

ξ

減小。注意哦！一、切削力的來源知識點二切削力

金屬切削時，刀具切入工件使切削層金屬轉(zhuǎn)變成切屑所需要的力稱為切削力。二、總切削力、分力和切削功率知識點二切削力1.總切削力、分力1）切削力

切削力Fc作用于切削平

面內(nèi)，即切削刃上選定點的切削速度方向上，消耗機(jī)床的主要功率，是計算切削功率，選取機(jī)床電動機(jī)功率和設(shè)計機(jī)床主傳動機(jī)構(gòu)的依據(jù)。2）背向力3）進(jìn)給力

背向力Fp作用于基面內(nèi)，與吃刀方向一致，它能使工件產(chǎn)生變形，是校驗機(jī)床主軸在水平面內(nèi)剛度及相應(yīng)零部件強(qiáng)度的依據(jù)。

進(jìn)給力又稱為軸向力，是進(jìn)給方向的分力。二、總切削力、分力和切削功率知識點二切削力2.切削功率

切削過程中，各分力消耗功率的總和稱為切削功率，用符號Pc

表示，單位為

kW。車削時，由于背面力和進(jìn)給力消耗的功率很小，可忽略不計，因而主運動消耗的功率即為總的切削功率，即：三、切削力的測量和實驗公式知識點二切削力1.切削力的測量1）間接測量法——電功率法

此方法測量較粗略，要較精確測量，常使用

專門用于測切削力的儀

器，即測力儀。切削力的測量2）直接測量法——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、切削力的測量和實驗公式知識點二切削力（1）電阻應(yīng)變式測力儀（2）壓電式測力儀三、切削力的測量和實驗公式知識點二切削力2.切削力的實驗公式2）切削力的計算

3）單位切削力

1）切削力實驗公式的建立四、影響切削力的主要因素知識點二切削力1.工件材料的影響

工件材料強(qiáng)（硬）度增高，即工件材料的剪切屈服強(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)

μ

減小，摩擦角β

減小，剪切角

φ

增大，切屑變形系數(shù)

ξ

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，但不是呈正比例增大。四、影響切削力的主要因素知識點二切削力2.刀具幾何參數(shù)的影響1）前角的影響

2）主偏角的影響

3）刃傾角的影響

四、影響切削力的主要因素知識點二切削力3.切削用量的影響1）切削速度的影響2）背吃刀量和進(jìn)給量的影響四、影響切削力的主要因素知識點二切削力4.其他因素的影響

1）刀具材料的影響

2）后刀面磨損的影響

3）刀具刃磨質(zhì)量的影響

4）切削液的影響一、切削熱的產(chǎn)生和傳出知識點三切削熱與切削溫度1.切削熱的產(chǎn)生

金屬塑性變形的能量

全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏⑹АＴ诮饘偾邢鬟^程中工件上有三個塑性變形區(qū)，每個塑性變形區(qū)都是一個熱源。因此，切削時共有三個熱源。切削熱的來源與傳導(dǎo)一、切削熱的產(chǎn)生和傳出知識點三切削熱與切削溫度三個變形區(qū)產(chǎn)生熱量的比例關(guān)系1—第一變形區(qū)；2—第二變形區(qū)；3—第三變形區(qū)

一、切削熱的產(chǎn)生和傳出知識點三切削熱與切削溫度2.切削熱的傳出切削熱傳入對象切屑工件刀具周圍介質(zhì)車削50%～86%3%～9%10%～40%1%鉆削28%52.5%14.5%5%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三切削熱與切削溫度1.

熱電偶法

2.輻射測溫法

二、切削溫度的測量方法知識點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1—工件；2—車刀；3—毫伏表；4—鋼頂尖；5—銅銷；6—車床主軸尾部二、切削溫度的測量方法知識點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1—激光管；2—光柵；3、4—透鏡；5—光敏元件；6—刀片；7—刀體三、切削溫度的分布知識點三切削熱與切削溫度工件材料：GCr15；刀具材料：YT15切削用量：vc

=

1.3m/s，f

=

0.5mm/r，ap

=

4mm三、切削溫度的分布知識點三切削熱與切削溫度（1）剪切平面上各點溫度變化不大，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，離切削底層越遠(yuǎn)溫度越低。三、切削溫度的分布知識點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，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。四、影響切削溫度的主要因素知識點三切削熱與切削溫度1.工件材料的影響2.刀具幾何參數(shù)的影響3.切削用量的影響4.刀具磨損和切削液的影響五、切削溫度對切削過程的影響知識點三切削熱與切削溫度

4.

利用切削溫度自動控制切削速度或進(jìn)給量。

2.對刀具材料的影響。

1.對工件材料機(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)知識點四刀具磨損與刀具耐用度2.刀面磨損1.前刀面磨損3.邊界磨損一、刀具磨損的形態(tài)知識點四刀具磨損與刀具耐用度刀具的磨損形態(tài)二、刀具磨損的原因知識點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。刀具磨損的表現(xiàn)：二、刀具磨損的原因知識點四刀具磨損與刀具耐用度硬質(zhì)點磨損黏結(jié)磨損化學(xué)磨損擴(kuò)散磨損

1

2

4

3

三、刀具磨損過程與磨鈍標(biāo)準(zhǔn)知識點四刀具磨損與刀具耐用度1.刀具磨損過程

隨著切削時間的延長，

刀具后刀面磨損量

VB（或前刀面月牙洼磨損量KT）隨之增加。如圖所示為典型的刀具磨損曲線，其磨損過程分為初期磨損階段、正常磨損階段和急劇磨損階段。典型的刀具磨損曲線三、刀具磨損過程與磨鈍標(biāo)準(zhǔn)知識點四刀具磨損與刀具耐用度正常磨損階段初期磨損階段急劇磨損階段因為新刃磨的刀具切削刃較鋒利，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)知識點四刀具磨損與刀具耐用度2.刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)

刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用，否則將降低工件的尺寸精度和表面質(zhì)量，這個

磨損限度稱為磨鈍

標(biāo)準(zhǔn)。四、刀具耐用度知識點四刀具磨損與刀具耐用度1.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)為止總的切削時間，或者說是刀具兩次刃磨之間總的切削時間稱為

刀具耐用度，用符號

T

表示，單位為min。四、刀具耐用度知識點四刀具磨損與刀具耐用度2.切削用量與刀具耐用度的關(guān)系1）切削速度與刀具耐用度的關(guān)系2）進(jìn)給量、背吃刀量與刀具耐用度的關(guān)系知識點四刀具磨損與刀具耐用度引例解析請看下面的案例知識點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σb＝0.637GPa

的碳素鋼時（f>0.70mm／r），切削用量三要素與刀具耐用度的關(guān)系式為：知識點四刀具磨損與刀具耐用度結(jié)論：（2）（3）（1）

如果其他切削條件不變，當(dāng)切削速度

vc

提高一倍時，刀具耐用度將降低到原來的3％。

如果其他切削條件不變，當(dāng)進(jìn)給量

f

提高一倍時，刀具耐用度將降低到原來的21％。

如果其他切削條件不變，當(dāng)背吃刀量

ap

提高一倍時，刀具耐用度將降低到原來的59％。四、刀具耐用度知識點四刀具磨損與刀具耐用度3.刀具耐用度的合理選擇（1）（2）（3）

使該工序的加工生產(chǎn)率最高，即零件的加工時間最短。

使該工序的生產(chǎn)成本最低，即所消耗的生產(chǎn)費用最低。

使該工序所獲利潤最高知識點四刀具磨損與刀具耐用度

（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。

（2）多刀機(jī)床上的車刀和組合機(jī)床上的鉆頭、絲錐、銑刀以及數(shù)控加工中心上的刀具，其耐用度應(yīng)選得高些。

（3）精加工大型工件時，為避免切削同一表面時中途換刀，所選用刀具的耐用度應(yīng)規(guī)定為至少能完成一次走刀所需的時間。

（4）當(dāng)車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個車間的生產(chǎn)率提高時，該工序的刀具耐用度要選得低些；當(dāng)某工序單位時間內(nèi)所分擔(dān)