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文檔簡介
1.1金屬切削的基礎(chǔ)知識01切削運動及相關(guān)概念02切削用量與切削層參數(shù)03切屑的相關(guān)概念04切削過程中的相關(guān)概念1.1.1切削運動及相關(guān)概念1.零件的表面形狀圖1-1機械零件上常用的各種典型表面
1-平面2-圓柱面3-圓錐面4-螺旋面(成形面)5-回轉(zhuǎn)體成形面6-漸開線表面(直線成形面)2.零件表面的成形方法
各種典型表面都可以看成一條線(母線)沿著另一條線(導(dǎo)線)運動的軌跡。圖1-2零件表面的成形
1-母線2-導(dǎo)線3.發(fā)生線的形成
在機床加工零件表面過程中,需要工件、刀具之一或兩者同時按一定規(guī)律運動,形成兩條發(fā)生線,從而生成所需加工表面。圖1-3形成發(fā)生線所需的運動a)成形法b)軌跡法c)相切法d)展成法4.切削運動
在金屬切削加工中必須的相對運動稱為切削運動。圖1-4車削運動:vc主運動ap橫向進(jìn)給運動f縱向進(jìn)給運動切削層
:ABCD區(qū)域
工件上形成的表面:1待加工表面2過渡表面3
已加工表面
圖1-5切削過程中形成的表面1.1.2切削用量與切削層參數(shù)1.切削用量1)切削速度vc進(jìn)給量f背吃刀量ap2.切削層參數(shù)切削面積
AD切削層公稱橫截面面積(切削面積,AD)。是指工件被切下的金屬層沿垂直于主運動方向所截取的橫截面積。切削寬度
bD切削層公稱寬度(切削寬度,bD)。是指平行于工件加工表面測量的切削層橫截面尺寸。切削厚度hD切削層公稱厚度(切削厚度,hD)。是指垂直于工件加工表面測量的切削層橫截面尺寸。1.1.3切屑的相關(guān)概念1.金屬切削變形當(dāng)切削刃切入工件時,切削層材料會產(chǎn)生彈性變形和塑性變形,最后形成切屑從工件上分離出去。圖1-7
金屬切削過程的三變形區(qū)第I變形區(qū)。切削層材料在第I變形區(qū)內(nèi)會產(chǎn)生強烈的剪切滑移變形,同時出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象。第I變形區(qū)的寬度僅為0.02~0.2mm,切削速度越高,寬度越窄。經(jīng)過第I變形區(qū)的變形后,被切除材料層變成切屑,從刀具前面流出。第II變形區(qū)。切屑流經(jīng)前刀面時,在刀、屑界面上又受到嚴(yán)重擠壓、摩擦和塑性變形。第II變形區(qū)內(nèi)的擠壓、摩擦、變形及其溫升,對刀具磨損影響很大。第III變形區(qū)。已加工表面受到刀刃鈍圓部分和后刀面的擠壓、摩擦,也會產(chǎn)生顯著變形和纖維化,該變形區(qū)被稱為第III變形區(qū),其直接影響加工表面質(zhì)量和刀具磨損。2.切屑的類型圖1-8切屑的類型a)帶狀切屑b)節(jié)狀切屑c)單元切屑d)崩碎切屑
由于工件材料不同,切削過程中的變形程度也就不同,因而產(chǎn)生的切屑種類也就多種多樣,如圖1-8所示。圖a至圖c為切削塑性材料的切屑,圖d為切削脆性材料的切屑。
a)b)c)d)2.積屑瘤圖1-9積屑瘤
(1)積屑瘤的形成。如圖1-9所示,切削過程中,由于金屬的擠壓變形和強烈摩擦,使切屑與前刀面之間產(chǎn)生很大的壓力和很高的切削溫度。當(dāng)壓力和溫度條件適當(dāng)時,切屑底層與前刀面之間的摩擦阻力很大,使得切屑底層流出速度變得緩慢,形成很薄的一層“滯流層”。當(dāng)“滯流層”與前刀面的摩擦阻力超過切屑內(nèi)部的結(jié)合力時,滯流層的金屬與切屑分離而粘附在切削刃附近形成積屑瘤。積屑瘤實質(zhì)上是在切削過程中發(fā)生冷焊的結(jié)果。隨著切削過程的進(jìn)行,積屑瘤不斷長大,當(dāng)它達(dá)到一定高度后,又因受到切削沖擊和振動面會破裂和脫落,被切屑帶走或嵌附在工件表面上。這一過程基本上在重復(fù)進(jìn)行。積屑瘤處于穩(wěn)定狀態(tài)時,可代替切削刃進(jìn)行切削。(2)影響積屑瘤的主要因素工件材料
當(dāng)工件材料的硬度低、塑性大時,切削過程中的金屬變形大,切屑與前刀面間的摩擦系數(shù)和接觸區(qū)長度比較大。在這種條件下,易產(chǎn)生積屑瘤。當(dāng)工件塑性小、硬度較高時,積屑瘤產(chǎn)生的可能性和積屑瘤的高度也減小,如淬火鋼。切削脆性材料時產(chǎn)生積屑瘤的可能更小。刀具前角
刀具前角增大,可以減小切屑的變形、切屑與前刀面的摩擦、切削力和切削熱,可以抑制積屑瘤的產(chǎn)生或減小積屑瘤的高度。切削速度
切削速度主要是通過切削溫度和摩擦系數(shù)來影響積屑瘤的。當(dāng)?shù)毒邲]有負(fù)倒棱時,在極低的切削速度條件下,不產(chǎn)生積屑瘤。隨著切削速度增大,相應(yīng)的切削溫度提高,積屑瘤的高度逐漸減小。
精加工時,為了達(dá)到較低的已加工表面粗糙度的辦法是采用在刀具耐熱性允許范圍內(nèi)的高速切削,或采用低速切削,以防止積屑瘤的產(chǎn)生,提高已加工表面的質(zhì)量。
切削厚度
切塑性材料時,切削力、切屑與前刀面接觸區(qū)長度都將隨切削厚度的增加而增大,將增加生成積屑瘤的可能性。所以,在精加工時除選取較大的刀具前角,在避免積屑瘤的產(chǎn)生切削速度范圍內(nèi)切削外,應(yīng)采用減小進(jìn)給量或刀具主偏角來減小切削厚度。1.1.4切過程的相關(guān)概念1.切削力和切削分力的作用01在縱車外圓時,如果加工工藝系統(tǒng)剛性不足,F(xiàn)p是影響加工工件精度、引起切削振動的主要原因,但Fp不消耗切削功率。切削分力Fp的作用03切削力Fc是作用在工件上,并通過卡盤傳遞到機床主軸箱,它是設(shè)計機床主軸、齒輪和計算主運動功率的主要依據(jù);由于Fc的作用,使刀桿彎曲、刀片受壓,故用它決定刀桿、刀片尺寸;Fc也是設(shè)計夾具和選擇切削用量的重要依據(jù)。在縱車外圓時,如果加工工藝系統(tǒng)剛性不足,是影響加工工件精度、引起切削振動的主要原因,但不消耗切削功率。切削分力Fc的作用02合力在基面中的分力與各分力之間的關(guān)系:
Ff作用在機床進(jìn)給機構(gòu)上,是計算進(jìn)給機構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)零件的強度和檢測進(jìn)給機構(gòu)強度的主要依據(jù),F(xiàn)f消耗總功率
的1%~5%。0304切削分力Ff的作用切削力是工件材料抵抗刀具切削產(chǎn)生的阻力。2)切削功率主運動消耗的切削功率Pc(單位為kW)應(yīng)為:
式中
—主運動的切削速度。根據(jù)上式求出切削功率
后,再按下式計算主電動機的功率
(kW):式中
——機床傳動功率,一般取=0.75~0.85。您的內(nèi)容打在這里,在此框中選擇粘貼,并選擇只保留文字。標(biāo)題內(nèi)容您的內(nèi)容打在這里,在此框中選擇粘貼,并選擇只保留文字。標(biāo)題內(nèi)容您的內(nèi)容打在這里,在此框中選擇粘貼,并選擇只保留文字。標(biāo)題內(nèi)容您的內(nèi)容打在這里,在此框中選擇粘貼,并選擇只保留文字。標(biāo)題內(nèi)容
1)切削熱的來源與傳導(dǎo)
在切削加工中,由于切削變形和摩擦而產(chǎn)生熱量。切削熱
Q向切屑、刀具、工件和周圍介質(zhì)(空氣或切削液)中傳散。例如,在干車削鋼時,其傳熱比例為:2.切削熱與切削溫度
熱量傳散的比例與切削速度有關(guān),切削速度增加時,由摩擦生成的熱量增多,但切削帶走的熱量也增加,在刀具中熱量減少,在工件中熱量更少。Vc、ap和f增加,由于切削變形功和摩擦功增大,故切削溫度升高切削用量通過硬度、強度和導(dǎo)熱系數(shù)影響切削溫度。工件材料在刀具幾何參數(shù)中,影響切削溫度最為明顯的因素是前角和主偏角,其次是刀尖圓弧半徑。刀具幾何參數(shù)澆注切削液是降低切削溫度的重要措施。切削液
切削溫度高低決定于:產(chǎn)生熱量多少和傳散熱量的快慢兩方面因素。如果生熱少、散熱快,則切削溫度低,或者上述之一占主導(dǎo)作用,也會降低切削溫度。2)影響切削溫度的因素
3.刀具磨損與刀具耐用度正常磨損
正常磨損是指隨著切削時間的增加,磨損逐漸擴大的磨損,它包括前刀面磨損、后刀面磨損和副后刀面磨損。非正常磨損
非正常磨損也稱破損,常見的有塑性變形、切削刃崩刃、剝落、熱裂等。
1)刀具磨損的形態(tài)
刀具磨損是指切削時刀具在高溫條件下,受到工件、切屑的摩擦作用,刀具材料逐漸被磨耗或出現(xiàn)其它形式的損壞。2)磨損過程和磨損標(biāo)準(zhǔn)圖1-11磨損過程(1)刀具的磨損過程
刀具的磨損一般分為三個階段,以后刀面磨損為例,它的磨損量VB和切削時間的關(guān)系可用圖4-11來表示。初期磨損階段(圖1-11中Ⅰ區(qū)):由于刀面上表面粗糙度值大,表面組織不耐磨,磨損較快;正常磨損階段(圖1-11中Ⅱ區(qū)):隨著切削時間增加,磨損量VB逐漸加大,這是刀具工作的有效時間;急劇磨損階段(圖1-11中Ⅲ區(qū)):磨損量VB到了一定數(shù)值后,磨損急劇增大,引起切削力增大,切削溫度急劇升高,如果繼續(xù)使用,則刀具切削刃將產(chǎn)生破壞。(2)刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)
磨鈍標(biāo)準(zhǔn)亦稱磨損判據(jù),是指刀具從開始切削到不能繼續(xù)使用為止,在刀面上的那段磨損量。這個磨損量也叫磨損極限,刀具磨損值達(dá)到了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該重磨或更換切削刃。3)刀具使用耐用度(1)刀具耐用度的概念刀具耐用度
T
定義為刀具從開始切削至達(dá)到磨損極限為止的總切削時間(單位為min)。(2)影響刀具耐用度的因素①切削速度對刀具耐用度的影響提高切削速度,使切削溫度增高,磨損加劇,而使刀具耐用度T降低。②進(jìn)給量與背吃刀量的影響進(jìn)給量和背吃刀量增大,均使刀具耐用度T降低,但增大后,使切削溫度升高較多,故對T影響較大;而增大,使切削溫度升高較少,故對刀具耐用度影響較小。③刀具幾何參數(shù)的影響合理選擇刀具幾何參數(shù)能提高刀具耐用度。增大前角,切削溫度降低,刀具耐用度提高,但前角太大,強度低、散熱差,刀具耐用度反而會降低,因此,刀具前角有一個最佳值,該值可通過切削實驗求得。適當(dāng)減小主偏角、副偏角和增大刀尖圓弧半徑,可提高刀具強度和降低切削溫度,均能提高刀具耐用度。④工件材料加工材料的強度、硬度越高和韌性越高、延伸率越小,切削時均能使切削溫度升高,刀具耐用度較低。⑤刀具材料刀具材料是影響刀具耐用度的重要因素,合理選用刀具材料、采用涂層刀具材料和使用新型刀具材料,是提高刀具耐用度的有效途徑。4.切削用量
合理的切削用量應(yīng)該是在充分發(fā)揮機床效能、刀具切削性能和保證加工質(zhì)量的前提下,能夠獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本。1)切削用量的選擇原則
選取切削用量的合理順序應(yīng)是:首先選取盡可能大的吃刀量;其次根據(jù)機床動力與剛性限制條件或加工表面粗糙度的要求,選擇盡可能大的進(jìn)給量;最后在保證刀具耐用度的前提下,選取盡可能大的切削速度,以達(dá)到吃刀量、進(jìn)給量、切削速度三者乘積值最大。2)切削用量的選擇方法
(1)背吃刀量的選擇。粗加工時,除留下精加工余量外,一次走刀盡可能切除全部余量。也可分多次走刀。精加工的加工余量一般較小,可一次切除。在中等功率機床上,粗加工的背吃刀量可達(dá)8~10mm;半精加工的背吃刀量取0.5~5mm;精加工的背吃刀量取0.2~1.5mm。
(2)進(jìn)給速度(進(jìn)給量)的確定。粗加工時,由于對工件的表面質(zhì)量沒有太高的要求,這時主要根據(jù)機床進(jìn)給機構(gòu)的強度和剛性、刀桿的強度和剛性、刀具材料、刀桿和工件尺寸以及已選定的背吃刀量等因素來選取進(jìn)給速度。精加工時,則按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素來選取進(jìn)給速度。進(jìn)給速度νf可以按公式νf=f×n計算,式中f表示每轉(zhuǎn)進(jìn)給量,粗車時一般取0.3~0.8mm/r;精車時常取0.1~0.3mm/r;切斷時常取0.05~0.2mm/r。
(3)切削速度的確定。切削速度vc可根據(jù)己經(jīng)選定的背吃刀量、進(jìn)給量及刀具耐用度進(jìn)行選取。實際加工過程中,也可根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和查表的方法來選取。粗加工或工件材料的加工性能較差時,宜選用較低的切削速度。精加工或刀具材料、工件材料的切削性能較好時,宜選用較高的切削速度。切削速度vc確定后,可根據(jù)刀具或工件直徑(D)按公式n=l000vc/πD來確定主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)。3.選擇切削用量時應(yīng)注意的幾個問題
(1)主軸轉(zhuǎn)速。應(yīng)根據(jù)零件上被加工部位的直徑,并按零件和刀具的材料及加工性質(zhì)等條件所允許的切削速度來確定。切削速度除了計算和查表選取外,還可根據(jù)實踐經(jīng)驗確定,需要注意的是交流變頻調(diào)速數(shù)控車床低速輸出力矩小,因而切削速度不能太低。根據(jù)切削速度可以計算出主軸轉(zhuǎn)速。(2)車螺紋時的主軸轉(zhuǎn)速。數(shù)控車床加工螺紋時,因其傳動鏈的改變,原則上
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