切削過程的基本規(guī)律成都電子機械高等?？茖W校

2.2切削過程的根本規(guī)律2.2.1切削力1.切削力分析及切削功率〔1〕切削力的產(chǎn)生①、切削力的概念：刀具在切削過程中抑制加工阻力所需的力。②、切削力的產(chǎn)生A、抑制被加工資料對彈性變形的抗力B、抑制被加工資料對塑性變形的抗力C、抑制切屑對刀具前刀面的摩擦力和刀具后刀面對過渡外表和已加工外表間的摩擦力。切削力的產(chǎn)生〔2〕切削合力及分力Fr＝FD＝合力Fr＝Ff——進給力FP——背向力Fc——切削力FD為總合力在切削層尺寸平面上的投影切削合力及分解〔3〕切削功率概念：切削過程中所耗費的功率稱為切削功率Pc。背向力FP在力的方向無位移，不做功，因此切削功率為進給力Ff與切削力Fc所做的功。根據(jù)功率公式切削功率：Pc＝〔Fcυc＋Ffnf/1000〕×10-3KW式中，F(xiàn)c切削力〔N〕，υc切削速度〔m/min〕，F(xiàn)f進給力〔N〕，n工件轉速〔r/s〕，f進給量〔㎜〕由于Ff耗費功率普通小于1％～2％，可以忽略不計，因此功率公式可簡化為：Pc＝Fcυc×10-3KW２.切削力的計算：〔1〕指數(shù)公式指數(shù)公式運用較廣，它的方式如下：上式中，C、C、C為被加工金屬的切削條件系數(shù)，K、K、K為當加工條件與閱歷公式條件不同時的修正系數(shù)。〔2〕單位切削力公式①概念：單位切削力指單位切削面積上的切削力。公式：Kc==〔N/㎜2〕式中，F(xiàn)c切削力〔N〕，AD切削面積〔㎜2〕，ap背吃刀量(㎜)，f進給量〔㎜/r〕。Kc可以查表。３.影響切削力的要素〔1〕工件資料〔2〕切削用量①、背吃刀量ap與進給量f影響②、切削速度〔3〕刀具幾何參數(shù)①、刀具前角②、刀具主偏角κr和刀尖圓弧半徑③、刀具刃傾角λs〔4〕刀具資料與切削液〔1〕工件資料普通資料的強度愈高，硬度越大，加工硬化性越強，塑性變形越大，加工此資料所需的切削力也越大。有多種要素影響時，綜合思索。如奧氏體不銹鋼，雖然強度、硬度低，但加工硬化才干大，因此切削力也較大。銅、鋁塑性變形大，但加工硬化小，切削力較低?！?〕切削用量背吃刀量ap與進給量f影響由于切削面積AD＝apf，所以背吃刀量ap與進給量f的增大都將增大切削面積。切削面積的增大將使變形力和摩擦力增大，切削力也將增大，但兩者對切削力影響不同。由于進給量f的增大會減小切削層的變形，所以背吃刀量ap對切削力的影響比進給量f大。在消費中，如機床耗費功率相等，為提高消費效率，普通采用提高進給量而不是背吃刀量的措施。積屑瘤產(chǎn)生階段，由于刀具實踐前角增大，切削力減小。在積屑瘤消逝階段，切削力逐漸增大，積屑瘤消逝時，切削力Fc到達最大，以后又開場減小?！才c對變形系數(shù)的影響一樣，都有馬鞍形變化?！城邢魉俣葘η邢髁Φ挠绊憽?〕刀具幾何參數(shù)前角γO：對切削力影響最大。切削力隨著前角的增大而減小。這是由于前角的增大，切削變形與摩擦力減小，切削力相應減小。刀具主偏角κr：對切削力Fc的影響不大，κr＝60o～75o時，F(xiàn)c最小，因此，主偏角κr＝75o的車刀在消費中運用較多。背向力Fp隨主偏角κr的增大而減小。進給力Ff隨主偏角κr的增大而增大。刀尖圓弧半徑增大，切削變形增大，切削力也增大。相當于κr減小對切削力影響?！?〕刀具資料與切削液刀具資料影響到它與被加工資料摩擦力的變化，因此影響切削力的變化。同樣的切削條件，陶瓷刀切削力最小，硬質合金次之，高速鋼刀具切削力最大。切削液的正確運用，可以降低摩擦力，減小切削力。１.切削熱的產(chǎn)生與傳導切削熱產(chǎn)生的緣由:①、在金屬切削過程中，切削層發(fā)生彈性與塑性變形②、切屑、工件與刀具的摩擦也產(chǎn)生了大量的熱量。切削熱產(chǎn)生的區(qū)域：①、剪切面，②、切屑與刀具前刀面的接觸區(qū)，③、刀具后刀面與工件過渡外表接觸區(qū)。2.2.2切削熱與切削溫度金屬切削層的塑性變形產(chǎn)生的熱量最大，即主要在剪切面區(qū)產(chǎn)生。切削熱量的近似計算公式：Q＝Fcυc〔J/s〕實踐上是切削力所做的功。其中：切削力Fc〔N〕，切削主運動速度υc〔m/s〕。切削產(chǎn)生的熱量在各種介質中傳送的比例切削產(chǎn)生的熱量主要由切屑、刀具、工件和周圍介質〔空氣或切削液〕傳出，如不思索切削液，那么各種介質的比例參考如下：〔1〕車削加工切屑，50％～86％；刀具，10％～40％；工件，3％～9％；空氣，1％。切削速度越高，切削厚度越大，切屑傳出的熱量越多?！?〕鉆削加工切屑，28％；刀具，14.5％；工件，52.5％；空氣5％。切削溫度的分布〔1〕切削最高溫度并不在刀刃，而是離刀刃有一定間隔。對于45鋼，約在離刀刃1㎜處前刀面的溫度最高?！?〕后刀面溫度的分布與前刀面類似，最高溫度也在切削刃附近，不過比前刀面的溫度低?！?〕終剪切面后，沿切屑流出的垂直方向溫度變化較大，越接近刀面，溫度越高，這闡明切屑在刀面附近被摩擦升溫，而且切屑在前刀面的摩擦熱集中在切屑底層?！?〕切削用量閱歷公式：高速鋼刀具(加工資料45鋼)：θ＝140～170afv硬質合金刀具(加工資料45鋼)：θ＝320afv切削用量三要素υc、ap、f中，切削速度υc對溫度的影響最顯著，由于指數(shù)最大，切削速度添加一倍，溫度約添加32％；其次是進給量f，進給量添加一倍，溫度約升高18％，背吃刀量ap影響最小，約7％。主要的緣由是速度添加，使摩擦熱增多；f添加，切削變形減小，切屑帶走的熱量也增多，所以熱量添加不多；背吃刀量ap的添加，使切削寬度添加，顯著添加熱量的散熱面積。影響切削溫度的要素〔2〕刀具的幾何參數(shù)前角γo：前角γo增大，切削溫度降低。因前角增大時，單位切削力下降，切削熱減少。主偏角κr：主偏角κr減小，切削寬度bD增大，切削厚度減小，因此切削溫度也下降。〔3〕工件資料P54資料的強度與硬度增大時，單位切削力增大，因此切削熱增多，切削溫度升高。導熱系數(shù)影響資料的傳熱，因此導熱系數(shù)大，產(chǎn)生的切削溫度低。例如，低碳鋼，強度與硬度較低，導熱系數(shù)大，產(chǎn)生的切削溫度低。不銹鋼與45鋼相比，導熱系數(shù)小，因此切削溫度比45鋼高?！?〕切削液切削液對切削溫度的影響，與切削液的導熱性能、比熱、流量、澆注方式以及本身的溫度都有很大關系。切削液的導熱性越好，溫度越低，那么切削溫度也越低。從導熱性能方面來看，水基切削液優(yōu)于乳化液，乳化液優(yōu)于油類切削液。2.2.3刀具磨損與耐用度1.刀具的磨損方式〔1〕前刀面磨損①、特點：在前刀面上離切削刃小段間隔有一月牙洼，隨著磨損的加劇，主要是月牙洼逐漸加深，洼寬變化并不是很大。磨損程度用洼深KT表示?！?〕后刀面磨損①、特點：在刀具后刀面上出現(xiàn)與加工外表根本平行的磨損帶。②、C、B、N三個區(qū)C區(qū)是刀尖區(qū)，由于散熱差，強度低，磨損嚴重，最大值VC；B區(qū)處于磨損帶中間，磨損均勻，最大磨損量VBmax；N區(qū)處于切削刃與待加工外表的相交處，磨損嚴重，磨損量以VN表示，此區(qū)域的磨損也叫邊境磨損，加工鑄件、鍛件等外皮粗糙的工件時，N區(qū)區(qū)域容易磨損。〔3〕破損刀具破損比例較高，硬質合金刀具有50％～60％是破損。特別是用脆性大的刀具延續(xù)切削或加工高硬度資料時，破損較嚴重。它又分為以下幾種方式：①、崩刃特點是在切削刃產(chǎn)生小的缺口，尺寸與進給量相當。硬質合金刀具延續(xù)切削時容易產(chǎn)生。②、剝落特點是前后刀面上平行于切削刃剝落一層碎片，常與切削刃一同剝落。陶瓷刀具端銑常發(fā)生剝落，另外硬質合金刀具延續(xù)切削也發(fā)生。③、裂紋特點是垂直或傾斜于切削刃有熱裂紋。由于長時間延續(xù)切削，刀具疲勞而引起。④、塑性破損特點是刀刃發(fā)生塌陷。是由于切削時高溫高壓作用引起的。2.刀具的磨損緣由：〔1〕硬質點磨損〔2〕粘結磨損〔3〕分散磨損〔4〕氧化磨損〔5〕相變磨損〔1〕硬質點磨損由于工件資料中含有一些碳化物、氮化物、積屑瘤殘留物等硬質點雜質，在金屬加工過程中，會將刀具外表劃傷，呵斥機械磨損。低速刀具磨損的主要緣由是硬質點磨損?！?〕粘結磨損加工過程中，切屑與刀具接觸面在一定的溫度與壓力下，產(chǎn)生塑性變形而發(fā)生冷焊景象后，刀具外表粘結點被切屑帶走而發(fā)生的磨損。普通，具有較大的抗剪和抗拉強度的刀具抗粘結磨損才干強，如高速鋼刀具具有較強的抗粘結磨損才干?！?〕分散磨損由于切削時高溫作用，刀具與工件資料中的合金元素相互分散，而呵斥刀具磨損。硬質合金刀具和金剛石刀具切削鋼件溫度較高時，常發(fā)生分散磨損。金剛石刀具不宜加工鋼鐵資料。普通在刀具表層涂覆TiC、TiN、Al2O3等，能有效提高抗分散磨損才干。〔4〕氧化磨損硬質合金刀具切削溫度到達700o～800o時，刀具中一些C、CO、TiC等被空氣氧化，在刀具表層構成一層硬度較低的氧化膜，當氧化膜磨損掉后在刀具外表構成氧化磨損。〔5〕相變磨損在切削的高溫下，刀具金相組織發(fā)生改動，引起硬度降低呵斥的磨損。總的來說，刀具磨損能夠是其中的一種或幾種。對一定的刀具和工件資料，起主導作用的是切削溫度。在低溫區(qū)，普通以硬質點磨損為主；在高溫區(qū)以粘結磨損、分散磨損、氧化磨損等為主。積屑瘤對金屬切削過程產(chǎn)生的影響問題？〔1〕實踐刀具前角如何變化？〔2〕實踐切削厚度如何變化？〔3〕加工后外表粗糙度如何變化？〔4〕切削刀具的耐用度如何變化？〔1〕實踐刀具前角增大刀具前角γo指前刀面與基面之間的夾角，其概念將在后節(jié)詳細論述。如下圖，由于積屑瘤的粘附，刀具前角增大了一個γb角度，如把切屑瘤看成是刀具一部分的話，無疑實踐刀具前角增大,現(xiàn)為γo＋γb。刀具前角增大可減小切削力，對切削過程有積極的作用。而且，切削瘤的高度Hb越大，實踐刀具前角也越大，切削更容易。〔2〕實踐切削厚度增大由圖2-9可以看出，當切削瘤存在時，實踐的金屬切削層厚度比無切削瘤時添加了一個△hD，顯然，這對工件切削尺寸的控制是不利的。值得留意的是，這個厚度△hD的添加并不是固定的，由于切削瘤在不停變化，它是一個產(chǎn)生，長大，最后零落的周期性變化過程，這樣能夠在加工中產(chǎn)生振動。〔3〕加工后外表粗糙度增大積屑瘤的變化不但是整體，而且積屑瘤本身也有一個變化過程。積屑瘤的底部普通比較穩(wěn)定，而它的頂部極不穩(wěn)定，經(jīng)常會破裂，然后再構成。破裂的一部分隨切屑排除，另一部分留在加工外表上，使加工外表變得非常粗糙?？梢钥闯?，假設想提高外表加工質量，必需控制積屑瘤的發(fā)生?！?〕切削刀具的耐用度降低從積屑瘤在刀具上的粘附來看，積屑瘤應該對刀具有維護作用，它替代刀具切削，減少了刀具磨損。積屑瘤的粘附是不穩(wěn)定的，它會周期性的從刀具上零落，當它零落時，能夠使刀具外表金屬剝落，從而使刀具磨損加大。對于硬質合金刀具這一點表現(xiàn)尤為明顯。課堂問題防止積屑瘤的發(fā)生的措施？防止積屑瘤的發(fā)生的措施P45①、首先從加工前的熱處置工藝階段處理。經(jīng)過熱處置，提高零件資料的硬度，降低資料的加工硬化。②、調整刀具角度，增大前角，從而減小切屑對刀具前刀面的壓力。③、調低切削速度，使切削層與刀具前刀面接觸面溫度降低，防止粘結景象的發(fā)生?；虿捎幂^高的切削速度，添加切削溫度，由于溫度高到一定程度，積屑瘤也不會發(fā)生。⑤、改換切削液，采用光滑性能更好的切削液，減少切削摩擦。影響切削變形的要素問題？1．隨著工件資料強度的增大，切屑的變形如何變化？2．當?shù)毒咔敖铅肙增大時，金屬切屑的變形趨勢？刀尖圓弧半徑越大，外表的切削變形是增大還是減小？3．隨切削速度變化的資料變形系數(shù)曲線是不斷遞減的嗎？為什么？4．在無積屑瘤段，進給量f越大，資料的變形系數(shù)ξ如何變化？1．工件資料經(jīng)過實驗，可以發(fā)現(xiàn)工件資料強度和切屑變形有親密的關系。從圖可以看出，隨著工件資料強度的增大，切屑的變形越來越小。圖2-10資料強度對變形系數(shù)的影響2．刀具幾何參數(shù)由圖2-7可以看到，當?shù)毒咔敖铅肙增大時，沿刀面流出的金屬切削層將比較平緩的流出，金屬切屑的變形也會變小。刀尖圓弧半徑對切削變形也有影響，刀尖圓弧半徑越大，闡明刀尖越鈍，對加工外表擠壓也越大，外表的切削變形也越大。3、切削速度由圖2-11可以看出，隨切削速度變化的資料變形系數(shù)曲線并不是不斷遞減，而是在某一段有一個波峰，這實踐是積屑瘤產(chǎn)生的影響。所以切削速度對資料變形的影響分為兩個段，一個是積屑瘤這一段，另一個是無積屑瘤段。積屑瘤段情況切削速度對切屑變形的影響主要是經(jīng)過積屑瘤對切屑變形的影響來實現(xiàn)的。在積屑瘤增長階段，積屑瘤隨著切削速度的增大而增大，積屑瘤越大，實踐刀具前角也越大，切屑的變形相對減少，所以在此階段，切削速度添加時，資料變形系數(shù)ξ也減少。隨著速度的添加，積屑瘤增大到一定程度又會衰退，在衰退階段，積屑瘤隨著切削速度的添加而減小，同時，實踐刀具前角也減小，資料的變形將增大，在積屑瘤完全衰退時，資料變形將最大。在無積屑瘤段資料變形系數(shù)是隨著切削速度的添加而減小。主要是由于塑性變形的傳播速度比彈性變形的慢，速度低時，金屬始剪切面為OA，當速度增大到一定值時，金屬流動速度大于塑性變形速度，在OA面金屬并未充分變形，相當于始剪切面后移至OA`面〔見圖2-12〕，終剪切面OM也后移至OM`，第一變形區(qū)后移，使得資料變形系數(shù)減小。另外，速度越大，摩擦系數(shù)減小，資料變形系數(shù)也會減小。4．進給量如圖2-11所示，顯示了進給量對切屑變形的影響。在無積屑瘤段，進給量f越大，資料的變形系數(shù)ξ越小。課堂問題三個方向的分力Ff—進給力、FP—背向力、Fc—切削力中，哪個方向分力不做功？為什么？背向力FP在力的方向無位移，不做功，因此切削功率為進給力Ff與切削力Fc所做的功。影響切削力的要素問題？1、普通資料的強度愈高，硬度越大，加工硬化性越強，塑性變形越大，加工此資料所需的切削力也越大還是越??？2、在消費中，如機床耗費功率相等，為提高消費效率，普通采用提高背吃刀量而不是進給量的措施，對嗎？為什么？3、切削速度如何影響切削力的影響？〔1〕工件資料普通資料的強度愈高，硬度越大，加工硬化性越強，塑性變形越大，加工此資料所需的切削力也越大?！?〕切削用量背吃刀量ap與進給量f影響由于切削面積AD＝apf，所以背吃刀量ap與進給量f的增大都將增大切削面積。切削面積的增大將使變形力和摩擦力增大，切削力也將增大，但兩者對切削力影響不同。由于進給量f的增大會減小切削層的變形，所以背吃刀量ap對切削力的影響比進給量f大。在消費中，如機床耗費功率相等，為提高消費效率，普通采用提高進給量而不是背吃刀量的措施。積屑瘤產(chǎn)生階段，由于刀具實踐前角增大，切削力減小。在積屑瘤消逝階段，切削力逐漸增大，積屑瘤消逝時，切削力Fc到達最大，以后又開場減小。〔與對變形系數(shù)的影響一樣，都有馬鞍形變化?！城邢魉俣葘η邢髁Φ挠绊?、切削力隨著前角的增大如何變化？為什么？5、刀具主偏角κr：背向力Fp隨主偏角κr的增大如何變化？進給力Ff隨主偏角κr的增大如何變化？6、刀尖圓弧半徑增大，切削力如何變化？7、同樣的切削條件，陶瓷刀切削力、硬質合金、高速鋼刀具切削力中哪個力？哪個力??？〔3〕刀具幾何參數(shù)前角γO：對切削力影響最大。切削力隨著前角的增大而減小。這是由于前角的增大，切削變形與摩擦力減小，切削力相應減小。刀具主偏角κr：對切削力Fc的影響不大，κr＝60o～75o時，F(xiàn)c最小，因此，主偏角κr＝75o的車刀在消費中運用較多。背向力Fp隨主偏角κr的增大而減小。進給力Ff隨主偏角κr的增大而增大。刀尖圓弧半徑增大，切削變形增大，切削力也增大。相當于κr減小對切削力影響?！?〕刀具資料刀具資料影響到它與被加工資料摩擦力的變化，因此影響切削力的變化。同樣的切削條件，陶瓷刀切削力最小，硬質合金次之，高速鋼刀具切削力最大。1、切削速度υc、進給量f、背吃刀量ap哪一個對溫度的影響最顯著？闡明緣由？2、前角γo對切削溫度的影響？3、主偏角κr對切削溫度的影響？4、資料的強度與硬度增大時，切削溫度升高還是降低？5、從導熱性能方面來看，水基切削液優(yōu)于乳化液，油類切削液優(yōu)于乳化液。對嗎？為什么？〔1〕切削用量閱歷公式：高速鋼刀具(加工資料45鋼)：θ＝140～170afv硬質合金刀具(加工資料45鋼)：θ＝320afv切削用量三要素υc、ap、f中，切削速度υc對溫度的影響最顯著，由于指數(shù)最大，切削速度添加一倍，溫度約添加32％；其次是進給量f，進給量添加一倍，溫度約升高18％，背吃刀量ap影響最小，約7％。主要的緣由是速度添加，使摩擦熱增多；f添加，切削變形減小，切屑帶走的熱量也增多，所以熱量添加不多；背吃刀量ap的添加，使切削寬度添加，顯著添加熱量的散熱面積。影響切削溫度的要素〔2〕刀具的幾何參數(shù)前角γo：前角γo增大，切削溫度降低。因前角增大時，單位切削力下降，切削熱減少。主偏角κr：主偏角κr減小，切削寬度bD增大，切削厚度減小，因此切削溫度也下降?！?〕工件資料資料的強度與硬度增大時，單位切削力增大，因此切削熱增多，切削溫度升高。導熱系數(shù)影響資料的傳熱，因此導熱系數(shù)大，產(chǎn)生的切削溫度低?！?〕切削液從導熱性能方面來看，水基切削液優(yōu)于乳化液，乳化液優(yōu)于油類切削液。切削液的導熱性越好，溫度越低，那么切削溫度也越低。2.刀具的磨損緣由：〔1〕硬質點磨損〔2〕粘結磨損〔3〕分散磨損〔4〕氧化磨損〔5〕相變磨損問題？在低溫區(qū)，普通以哪些磨損為主？在高溫區(qū)又以哪些磨損等為主？總的來說，刀具磨損能夠是其中的一種或幾種。對一定的刀具和工件資料，起主導作用的是切削溫度。在低溫區(qū)，普通以硬質點磨損為主；在高溫區(qū)以粘結磨損、分散磨損、氧化磨損等為主。3．刀具破損緣由：在斷續(xù)切削條件下，由于劇烈的機械與熱沖擊，超