金屬切削原理與刀具課件

金屬切削原理與刀具？？？夾具的選用

？？夾具的選用

？？夾具的選用

？夾具l一夾具體；2一壓板；3、7一螺母；4、5一墊圈：6一螺栓；8一彈簧；9一定位鍵；10一菱形銷；11一圓柱銷？夾具？夾具？夾具的選用？夾具l一長方形基礎(chǔ)板；2一方形支撐件；3一菱形定位盤；4一快換鉆套；5一叉形壓板；6一螺栓；7一手柄桿；8一分度合件？夾具的選用2.1金屬切削過程2.1.1切削層與切削參數(shù)金屬切削的過程：刀具與工件相互運動、相互作用的過程。切削層：在切削過程中，刀具的刀刃在一次走刀中從工件待加工表面切下的金屬層。切削層參數(shù)：切削層的截面尺寸。主運動：使工件與刀具產(chǎn)生相對運動而進(jìn)行切削的最主要的運動。主運動特點是運動速度最高，消耗功率最大。主運動一般只有一個。進(jìn)給運動：保證金屬的切削能連續(xù)進(jìn)行的運動。進(jìn)給運動的特點是運動速度低，消耗功率小。進(jìn)給運動可以有幾個，可以是連續(xù)運動，也可以是間歇運動。

切削用量切削速度（υc

）：刀刃上選定點相對于工件的主運動速度稱為切削速度。進(jìn)給量（f）：工件或刀具每轉(zhuǎn)或每一行程時，工件和刀具在進(jìn)給運動方向的相對位移量。背吃刀量（ap

）：它是在與主運動和進(jìn)給運動方向所組成的平面相垂直的方向上測量的工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離。如圖的外圓的車削運動。υc為切削刃某點切削速度，υf為同一點的進(jìn)給運動速度，υe為兩個運動的合成速度。外圓車削的切削運動與加工表面1．車削切削層參數(shù)（1）切削層公稱厚度hD

：在主切削刃選定點的基面內(nèi)，垂直于過渡表面的切削層尺寸。切削層截面的切削厚度為：hD

＝fsinκr

（2）切削層公稱寬度bD切削層公稱寬度bD

：在主切削刃選定點的基面內(nèi)，沿過渡層表面度量的切削層尺寸切削層截面的公稱切削寬度為：

bD

＝ap/sinκr切削層公稱橫截面積AD

：在主切削刃選定點的基面內(nèi)，切削層的截面面積。車削切削層公稱橫截面為：

AD＝hD

bD＝fap2．銑削切削層參數(shù)（1）切削層公稱厚度hD

：在基面內(nèi)度量的相鄰刀齒主切削刃運動軌跡間的距離切削層厚度為：

hD

＝ab=acsinΦ＝fzsinΦ（2）切削層公稱寬度bD：銑削的切削層公稱寬度是指主切削刃與工件切削面的接觸長度(近似值)。銑削的背吃刀量：平行于銑刀軸線方向度量的被切削層尺寸bD

＝ap（3）切削層公稱橫截面積AD：切削厚度與背吃刀量的積：AD

＝

hDbD

2.1.2切削過程金屬在加工過程中會發(fā)生剪切和滑移，圖2-4表示了金屬的滑移線和流動軌跡，其中橫向線是金屬流動軌跡線，縱向線是金屬的剪切滑移線。圖2-5表示了金屬的滑移過程。由圖可知，金屬切削過程的塑性變形通?？梢詣澐秩齻€變形區(qū)。1．金屬切削過程的變形（1）第一變形區(qū)：切削層金屬從開始塑性變形到剪切滑移基本完成的過程區(qū)。OA與OM之間的區(qū)域就是第一變形區(qū)Ⅰ。第一變形區(qū)是金屬切削變形過程中最大的變形區(qū)，在這個區(qū)域內(nèi)，金屬將產(chǎn)生大量的切削熱，并消耗大部分功率。此區(qū)域較窄，寬度僅0.02～0.2㎜。（2）第二變形區(qū)產(chǎn)生塑性變形的金屬切削層材料經(jīng)過第一變形區(qū)后沿刀具前刀面流出，在靠近前刀面處形成第二變形區(qū)。在這個變形區(qū)域，由于切削層材料受到刀具前刀面的擠壓和摩擦，變形進(jìn)一步加劇，材料在此處纖維化，流動速度減慢，甚至停滯在前刀面上。而且，切屑與前刀面的壓力很大，高達(dá)2～3GPa，由此摩擦產(chǎn)生的熱量也使切屑與刀具面溫度上升到幾百度的高溫，切屑底部與刀具前刀面發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象。粘結(jié)現(xiàn)象時的摩擦狀況（3）第三變形區(qū)金屬切削層在已加工表面受刀具刀刃鈍圓部分的擠壓與摩擦而產(chǎn)生塑性變形部分的區(qū)域。刀刃鈍圓情況下已加工表面的形成過程

切屑經(jīng)過刀刃鈍圓B點后，受到后刀面BC段的擠壓和摩擦，經(jīng)過BC段后，這部分金屬開始彈性恢復(fù)，恢復(fù)高度為△h，在恢復(fù)過程中又與后刀面CD部分產(chǎn)生摩擦，這部分切削層在OB，BC，CD段的擠壓和摩擦后，形成了已加工表面的加工質(zhì)量。所以說第三變形區(qū)對工件加工表面質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。2．積屑瘤的形成及對加工影響概念：在一定的切削速度和保持連續(xù)切削的情況下，加工塑性材料時，在刀具前刀面常常粘結(jié)一塊剖面呈三角狀的硬塊，這塊金屬被稱為積屑瘤。

積屑瘤的成因：當(dāng)金屬切削層從終滑移面流出時，受到刀具前刀面的擠壓和摩擦，切屑與刀具前刀面接觸面溫度升高，擠壓力和溫度達(dá)到一定的程度時，就產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，也就是常說的“冷焊”。切屑流過與刀具粘附的底層時，產(chǎn)生內(nèi)摩擦，這時底層上面金屬出現(xiàn)加工硬化，并與底層粘附在一起，逐漸長大，成為積屑瘤，如圖2-9所示。積屑瘤的產(chǎn)生與不但與材料的加工硬化有關(guān)，而且也與刀刃前區(qū)的溫度和壓力有關(guān)。積屑瘤對金屬切削過程產(chǎn)生的影響：（1）實際刀具前角增大（2）實際切削厚度增大（3）加工后表面粗糙度增大（4）切削刀具的耐用度降低

（1）實際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(xì)論述。如圖所示，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，無疑實際刀具前角增大,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，實際刀具前角也越大，切削更容易。（2）實際切削厚度增大由圖2-9可以看出，當(dāng)切削瘤存在時，實際的金屬切削層厚度比無切削瘤時增加了一個△hD，顯然，這對工件切削尺寸的控制是不利的。值得注意的是，這個厚度△hD的增加并不是固定的，因為切削瘤在不停變化，它是一個產(chǎn)生，長大，最后脫落的周期性變化過程，這樣可能在加工中產(chǎn)生振動。（3）加工后表面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。積屑瘤的底部一般比較穩(wěn)定，而它的頂部極不穩(wěn)定，經(jīng)常會破裂，然后再形成。破裂的一部分隨切屑排除，另一部分留在加工表面上，使加工表面變得非常粗糙?？梢钥闯?，如果想提高表面加工質(zhì)量，必須控制積屑瘤的發(fā)生。（4）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(yīng)該對刀具有保護(hù)作用，它代替刀具切削，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脫落，當(dāng)它脫落時，可能使刀具表面金屬剝落，從而使刀具磨損加大。對于硬質(zhì)合金刀具這一點表現(xiàn)尤為明顯。問題某工廠車工師傅在粗加工一件零件時，他采用了在刀具上產(chǎn)生積屑瘤的加工方法，而在精加工時，他又努力避免積屑瘤的產(chǎn)生，請問這是為什么？在防止積屑瘤方面，你認(rèn)為能用哪些方法?；卮?、根據(jù)本節(jié)積屑瘤對加工的影響分析可知，積屑瘤能增大刀具實際前角，使切削更容易，所以這位師傅在粗加工時采用了利用積屑瘤的加工方法，2、積屑瘤很不穩(wěn)定，它會周期性地脫落，這就造成了刀具實際切削厚度在變化，影響零件的加工尺寸精度。3、積屑瘤的剝落和形狀的不規(guī)則又使零件加工表面變得非常粗糙，影響零件表面光潔度。所以在精加工階段，這位師傅又努力避免積屑瘤的發(fā)生。避免積屑瘤的發(fā)生的措施①、首先從加工前的熱處理工藝階段解決。通過熱處理，提高零件材料的硬度，降低材料的加工硬化。②、調(diào)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(diào)低切削速度，使切削層與刀具前刀面接觸面溫度降低，避免粘結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生?；虿捎幂^高的切削速度，增加切削溫度，因為溫度高到一定程度，積屑瘤也不會發(fā)生。⑤、更換切削液，采用潤滑性能更好的切削液，減少切削摩擦。2.1.3影響切削變形的因素1．工件材料2．刀具幾何參數(shù)

3．切削速度4．切削厚度1．工件材料通過試驗，可以發(fā)現(xiàn)工件材料強(qiáng)度和切屑變形有密切的關(guān)系。從圖可以看出，隨著工件材料強(qiáng)度的增大，切屑的變形越來越小。圖2-10材料強(qiáng)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(dāng)?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。通過對高速鋼刀具所作的切削試驗也證明了這一點。在同樣的切削速度下，刀具前角γO愈大，材料變形系數(shù)愈小。刀尖圓弧半徑對切削變形也有影響，刀尖圓弧半徑越大，表明刀尖越鈍，對加工表面擠壓也越大，表面的切削變形也越大。3、切削速度由圖2-11可以看出，隨切削速度變化的材料變形系數(shù)曲線并不是一直遞減，而是在某一段有一個波峰，這實際是積屑瘤產(chǎn)生的影響。所以切削速度對材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通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，實際刀具前角也越大，切屑的變形相對減少，所以在此階段，切削速度增加時，材料變形系數(shù)ξ也減少。隨著速度的增加，積屑瘤增大到一定程度又會消退，在消退階段，積屑瘤隨著切削速度的增加而減小，同時，實際刀具前角也減小，材料的變形將增大，在積屑瘤完全消退時，材料變形將最大。在無積屑瘤段材料變形系數(shù)是隨著切削速度的增加而減小。主要是因為塑性變形的傳播速度比彈性變形的慢，速