機械制造基礎(第二講3學時)

§1-3切削過程及控制一切削的形成過程及切屑種類

1切屑形成過程切削塑性材料時,材料受到刀具的作用,材料發(fā)生彈性變形,隨著刀具繼續(xù)深入,金屬內(nèi)部的應力,應變繼續(xù)加大,達到屈服點時,工件產(chǎn)生塑性變形,刀具繼續(xù)前進,應力達到材料斷裂強度,金屬被擠壓,切屑形成.

2切屑的種類

A帶狀切屑:內(nèi)表面是光滑的,外表面是粗糙的.一般加工塑性材料,切削厚度較小,切削速度較高,刀具前角較大時易得該種切屑,采用斷屑措施.切屑種類金屬切削過程切屑種類B擠裂切屑:

外表面呈鋸齒狀,內(nèi)表面有裂紋,其內(nèi)應力在局部地方達到了材料的強度極限.

一般在加工塑性金屬,切削厚度較大,切削速度較低,刀具前角較大時易得該種切屑.

由于局部斷裂,切削力波動大.切削過程較平穩(wěn),已加工表面粗糙度也較大.C單元切屑:

呈粒狀,切削內(nèi)部的剪應力超過材料的強度極限,切屑沿某一截面破裂,不能形成連續(xù)的切屑.

一般加工塑性金屬,切削厚度較大,切削速度較低,刀具前角較小時易得該種切屑,切削力波動大.切削過程不平穩(wěn),已加工表面粗糙度也較大.切屑種類D崩碎切屑:

切削脆性材料時,由于材料的塑性很低,切削時,切削刃前方金屬在塑性變形很小時就被擠裂或在拉應力狀況下碎斷,形成不規(guī)則的碎塊切屑.

它與工件基體分離的表面很不規(guī)則,已加工表面粗糙度很大,切削力變化很大,當?shù)毒咔敖窃叫?切削厚度越大時,越容易產(chǎn)生這種切屑.

切屑基本分類,生產(chǎn)中通常介于以上四種之間的切屑.擠裂切屑單元切屑擠裂切屑蹦碎切屑積屑瘤二積屑瘤

切削加工中,常有一些金屬冷焊(拈法)沉積在前刀面上,形成硬度很高的鍥塊,它能代替前刀面和切削刃進行切削,這個稱之為積屑瘤.1積屑瘤的形成

底層金屬的流動速度降低而形成”滯流層”.2積屑瘤對切削加工的影響

A代替刀刃進行切削,保護刀刃,減少刀具磨損

B使刀刃的工作前角增大,減小切削力,使切削輕快,不易振動.C使切削層公稱厚度不斷變化,影響尺寸精度.

精加工時,應盡量避免積屑瘤的產(chǎn)生.積屑瘤積屑瘤積屑瘤作用3積屑瘤的影響因素及控制方法

A因素工件材料:塑性大切削速度:主要通過切削溫度和摩擦系數(shù)起作用

切削速度很低------不會產(chǎn)生積屑瘤切削速度提高-------容易產(chǎn)生積屑瘤切削速度對積屑瘤的影響切削速度的大小積屑瘤的產(chǎn)生

Vc<0.083m/s不易產(chǎn)生積屑瘤

0.083<Vc<0.83容易產(chǎn)生積屑瘤

Vc>1.67m/s不易產(chǎn)生積屑瘤切削鋼,Vc=0.33m/s,切削溫度300-350度,摩擦系數(shù)最大,積屑瘤也最高.積屑瘤影響因素及控制方法避免產(chǎn)生積屑瘤:

精車,精銑采用高的切削速度,而拉削,鉸孔和寬刃精刨采用低的切削速度;

增大前角以減小切削變形;

用油石摩前刀面以減小摩擦系數(shù);

選用合適工作液以減小摩擦和切削溫度;三切削力和切削功率切削力直接影響切削熱的產(chǎn)生,進一步影響刀具磨損,耐用度和工件表面質(zhì)量,生產(chǎn)中又是設計機床,刀具,夾具的必要依據(jù).1切削力的構成和分解A切削力Fc

計算車床動力和設計主運動傳動系統(tǒng)零件強度和剛度的主要依據(jù),消耗機床95%的功率.B進給力Ff

設計和使用車床驗算進給運動傳動系統(tǒng)零件強度的依據(jù),消耗機床1-5%的功率.軸向力.C背向力Fp

徑向力,加工細長軸,容易引起工件彎曲變形使車得工件中間大,兩頭小,有時容易引起振動.切削力的圖解切削力車長軸時,常采用主偏角Kr=90的車刀,就是為了減小背向力.三個切削分力與總切削力F如下關系:2切削力的估算經(jīng)驗公式

切削力的估算用單位切削力P來估算生產(chǎn)中常用單位切削力來估算其大小,單位切削力指作用在單位切削面積上的切削力,P的單位為N/mm2,其估算公式:3切削功率車削加工所消耗的總功率,應該是三個分力所消耗的功率之和,但Fp不做功,Ff消耗功率很小,小于1%,因此,通常車削外圓的功率可用下列公式計算:Pm=Fc*Vc/1000KW

考慮機床傳動效率x=0.75-0.85,故機床電動機功率Pe的計算公式:Pe大于Pm/x四切削熱和切削溫度

切削熱和切削溫度是金屬切削過程中重要物理現(xiàn)象,它直接影響著刀具磨損和刀具耐用度也影響著工件表面質(zhì)量及生產(chǎn)率.1切削熱的產(chǎn)生,傳出及對加工的影響

A來源切屑變形所產(chǎn)生的熱量------主要熱源切屑與刀具前刀面摩擦所產(chǎn)生的熱量工件與刀具后刀面摩擦所產(chǎn)生的熱源

B加工影響刀具:刀具摩擦工件:工件變形,產(chǎn)生形狀和尺寸誤差

切削熱的來源2切削溫度及其影響因素A概念:

切削溫度是指刀具與切屑,工件接觸區(qū)域的平均溫度.B影響因素

a切削用量對切削溫度的影響

根據(jù)上面公式選擇切削用量切削溫度影響因素b刀具幾何參數(shù)對切削溫度影響前角:前角大t小;

主偏角:Kr大t大;c工件材料對切削溫度影響強度和硬度;

材料導熱系數(shù);

脆性材料;d切削液對切削溫度影響e刀具磨損對切削溫度影響C切削溫度經(jīng)驗公式:

公式中指數(shù)和系數(shù)取決于切削條件,如工件材料,刀具材料,刀具角度及冷卻條件等.五刀具磨損和刀具耐用度1刀具磨損形式和過程

形式:前刀面,后刀面,前刀面與后刀面同時磨損.

過程:初期磨損,正常磨損,急劇磨損階段.

刃磨最好階段:正常磨損后期,急劇磨損階段前.2影響刀具磨損的因素

切削用量刀具材料刀具形狀,工件材料,是否使用切削液等.刀具磨損形式磨損過程刀具耐用度及其切削用量的關系刀具耐用度:

刀具開始切削直到磨損達到磨鈍標準為止的總的時間,用t表示.影響因素:工件材料,刀具材料,刀具幾何角度,切削用量等刀具耐用度與切削速度的關系用單因素實驗法求得:

選擇切削用量時,首先選擇較大的切削深度,然后根據(jù)加工要求選取最大進給量.最后在一定刀具耐用度和機床功率允許下選取最優(yōu)切削速度.m>n>p六切削用量的合理選擇1粗加工時選擇

原則:較高的生產(chǎn)率,保證必要刀具耐用度.

思路:在保證刀具耐用度前提下,使切削用量乘積盡可能大,優(yōu)先選擇大的背吃刀量,進給量,切削速度.

選擇方法:A背吃刀量:盡可能一次性進給全切除.B進給量:根據(jù)機床功率,傳動機構的強度及工件表面粗糙度,進給力小于機床允許最大值.C切削速度:根據(jù)耐用度,工件,刀具材料,手冊計算選用合理的切削速度.2精加工時選擇切削用量原則:保證加工精度和表面粗糙度,刀具耐用度和生產(chǎn)率,關鍵控制積屑瘤.方法:

硬質(zhì)合金車刀切削,選用高的切削速度;

高速鋼切削,選用低的切削速度.

精加工,采用較小的背吃刀量和進給量.常見:

高速精車:ap=0.3-0.5

低速光刀:ap=0.05-0.1f=0.05-0.2mm/r

硬質(zhì)合金:Vc=1.7-3.34m/s

車鑄鐵:Vc=1-1.7m/s1-4磨具與磨削過程一、磨料與磨具

磨削是用帶有磨粒的工具對工件進行加工；磨削工具：砂輪，油石，磨頭，砂瓦，紗布，砂紙，砂帶，研磨膏；砂輪是一種用結合劑把磨粒黏結起來，經(jīng)壓坯，干燥，陪燒及修整而成，具有很多氣孔，用磨粒進行切削的固結磨具。砂輪特性主要有：

A磨料B粒度C結合劑D硬度E組織

F形狀與尺寸G磨具標記砂輪特性：磨料制造磨具的主要原料，直接擔負切削工作；常見：棕剛玉A（硬度低的塑性材料）；白剛玉WA（硬度高的塑性材料）；黑碳化硅C（硬度低的脆性材料）；綠碳化硅GC（硬度高的脆性材料）。諸如：中、低碳鋼、低合金鋼；高碳鋼、高速鋼、淬硬鋼；鑄鐵、鑄銅；硬質(zhì)合金、寶石、陶瓷、瑪瑙、剛玉、玻璃。砂輪特性：粒度磨料顆粒的大小，用粒度號表示；具有：磨料和微粉兩種粒度號；粗磨選用較粗的磨粒（粒度號?。?；精磨選用較細的磨粒（粒度號大）；微粉多用于研磨等精密、超精密加工。砂輪特性：結合劑將磨料粘合成具有一定強度和形狀的砂輪，影響砂輪強度、耐熱性及抗腐蝕能力；常見：陶瓷結合劑V（適用外、內(nèi)圓、平面、無心磨和成形磨削砂輪）；樹脂結合劑B（切斷和開槽的薄片砂輪及高速磨削砂輪）；橡膠結合劑R（無心磨削導輪、拋光砂輪）；金屬結合劑M（金剛石砂輪）。砂輪特性：硬度磨具在外力作用下磨粒脫落的難易程度（結合度）；反映結合劑固結磨粒的牢固程度，磨粒脫落難則硬度高，反之硬度低；決定了砂輪的自銳性。常見：DEF（超軟）GHJ（軟）KL（中軟）MN（中）PQR（中硬）ST（硬）Y（超硬）共16個等級。砂輪特性：組織磨具中磨粒、結合劑、氣孔三者體積的比例關系；以磨粒率（磨粒占磨具體積的百分率）表示磨具的組織號。組織號大，砂輪的組織緊密、反之，組織疏松；常見：0號組織最緊密；14號最疏松，磨粒率最低。普通磨削采用4-7號組織號。砂輪形狀、代號和用途磨具標記砂輪選用原則砂輪選用的主要依據(jù)：被磨材料的性質(zhì)、要求達到的工件表面粗糙度值和金屬磨除率；1磨削時選用被剛玉類砂輪，磨削硬鑄鐵、硬質(zhì)合金和非鐵金屬時選用碳化硅砂輪；2磨削軟材料時選用硬砂輪，磨削硬材料時選軟砂輪；3磨削軟和韌性材料選用粗磨粒（12#-36#）；磨削硬而脆材料時選用細磨料（46#-100#）；4磨削表面粗糙度要求較低時選用細磨粒，金屬切除率要求高時選用粗磨料；5要求表面質(zhì)量高時選用樹脂或橡膠結合劑的砂輪，要求最大磨除率時選用陶瓷結合劑砂輪；油石形狀圖二、磨削過程中磨粒的作用磨削切削加工方法有磨削、珩磨、研磨和拋光等；一、磨削作用1砂輪上比較凸出的和比較鋒利的磨粒的切削作用；2砂輪上凸出高度較小或較鈍的磨粒的刻化作用；3砂輪磨鈍的或比較凹下的磨粒的拋光作用；二、磨削階段