机械制造与装配之认知金属切削规律(ppt 100页).ppt

机械制造与装配 2020 3 9 项目一认知金属切削规律 山东职业学院 新课导入 2020 3 9 看图思考 车床尾座螺母零件图 如何制造该零件 制造该零件需要哪些装备 可能需要哪些过程 2020 3 9 任务导航 任务1 1认知金属切削机床任务1 2认知金属切削刀具任务1 3认知切削加工基本规律 项目一认知金属切削规律 1 2020 3 9 任务1 1认知金属切削机床 1 机床 用于机械加工的设备 可分为热加工设备 冷加工设备 金属切削机床 1 1 1认知机床类别 热加工设备 进行铸造 锻压 热处理工艺加工的设备 冷加工设备 进行金属切削加工的设备 采用去除材料的方法进行加工 CA6140 M7130 项目一认知金属切削规律 1 2020 3 9 2 金属切削机床分类 项目一认知金属切削规律 1 1 1 2认知机床型号编写方法 1 通用机床型号 2020 3 9 1 机床类别代号 用大写汉语拼音字母表示机床大类 如C 车床 M 磨床等 每一类可以分若干分类 如磨床类可分为M 2M 3M三类 项目一认知金属切削规律 1 2020 3 9 2 机床特性代号 表示机床通用特性和结构特性 用相应大写汉语拼音字母表示 见下表 项目一认知金属切削规律 1 2020 3 9 3 机床组系代号 用阿拉伯数字表示 表示机床所处组 系类别 每大类机床分为10组 每组分为10系 4 主参数 主轴数 第二主参数 设计顺序号 主参数 表示机床规格大小 位于组系代号后 用折算值表示 表示机床与原机床相比结构形式 性能有了改进 在型号尾部用A B S D等字母表示 除I O外 5 机床重大改进顺序号 项目一认知金属切削规律 1 2020 3 9 2 机床型号表示举例 说明 MM7132的含义 项目一认知金属切削规律 1 2020 3 9 3 做一做 柔性调整环节 说明 C6136A Z3040 MG1432AY3150E的含义 项目一认知金属切削规律 1 2020 3 9 1 1 3分析表面成形运动 想一想 1 你会削苹果吗 有哪些运动形式 2 木工刮削桌面有哪些运动 3 加工一个新表面没有相对运动能实现吗 项目一认知金属切削规律 1 1 1 3分析表面成形运动 1 零件表面形状 机械零件外表直观特征明显 形态各异 但都是由基本的点 线 面组成的几何体 基本表面有平面 圆柱面 圆锥面 球面 曲面 成形面等 项目一认知金属切削规律 1 2020 3 9 1 1 3分析表面成形运动 1 零件表面形状 例 项目一认知金属切削规律 1 2020 3 9 1 1 3分析表面成形运动 项目一认知金属切削规律 1 2020 3 9 2 零件表面成形方法 1 1 3分析表面成形运动 工件表面可以看成是一条线沿着另一条线移动或旋转而形成的 并且我们把这两条线叫着母线和导线 统称发生线 项目一认知金属切削规律 1 2020 3 9 2 零件表面成形方法 1 1 3分析表面成形运动 轨迹法 成形法 展成法 相切法 a 轨迹法 b 成形法 c 展成法 d 相切法 项目一认知金属切削规律 1 2020 3 9 待加工表面已加工表面过渡表面 3 切削时工件上的表面 1 1 3分析表面成形运动 项目一认知金属切削规律 1 待加工表面工件上多余金属即将被切除的表面 随着切削的进行逐渐减小 直至多余金属被切完 已加工表面工件上多余金属被切除后形成的新表面 过渡表面工件上多余金属被切除过程中 待加工表面与已加工表面之间相连接表面 或刀刃正在切削着的表面 2020 3 9 3 切削时工件上的表面 项目一认知金属切削规律 1 外圆车削时切削运动及工件上三表面 项目一认知金属切削规律 1 2020 3 9 1 表面成形运动 就机床上运动的功能来看 可区分为表面成形运动和辅助运动两大类等 是保证得到工件要求的表面形状的运动 它是机床上最基本的运动 是机床上的刀具和工件为了形成表面发生线而作的相对运动 1 1 4认知机床运动 项目一认知金属切削规律 1 2020 3 9 1 简单成形运动由单独的相互独立的运动所构成的成形运动 如 车外圆表面 2 复合成形运动由两个 或以上 简单运动按照一定运动关系合成的成形运动 如 车螺纹 展成法加工齿轮等 1 表面成形运动 项目一认知金属切削规律 1 2020 3 9 1 主运动使刀具与工件产生相对运动 切除工件上多余金属的基本运动 特点 运动速度最高 消耗功率最大 注 1 主运动可为刀具 也可为工件 2 主运动可是直线运动 也可旋转运动 3 切削加工中 主运动只有一个 2 进给运动与主运动配合使切除多余金属连续进行 形成已加工表面的运动 注意 1 进给运动可以是一个或几个 2 进给运动可是直线运动 旋转运动或两者的组合 3 进给运动可由刀具或工件完成 2 切削运动 项目一认知金属切削规律 1 2020 3 9 使刀具切入工件表面一定深度 以使工件获得所需的尺寸 工作台或刀架的转位或移位 以顺序加工均匀分布的若干个相同的表面或使用不同的刀具作顺次加工 根据工件的尺寸大小 在加工之前调整机床上某些部件的位置 以便于加工 3 辅助运动 项目一认知金属切削规律 1 2020 3 9 切削前后 刀架 工作台快速移动的运动 变速 换向 启停控制的各种运动 3 辅助运动 项目一认知金属切削规律 1 小结 1 了解机床类别 会读机床编号 明确代号含义 2 理解切削加工时工件表面的变化 会分析表面成形所需运动形式 3 掌握主运动和进给运动的含义和性质 练习题 P29 1 2 4 项目一认知金属切削规律 1 新课导入 2020 3 9 思考与问答 车床尾座螺母零件图 1 机床的作用 2 零件表面是如何形成的 3 刀具在加工中的作用 项目一认知金属切削规律 2 2020 3 9 任务1 2认知金属切削刀具 1 2 1金属切削刀具的结构 刀具切削部分结构要素 三个刀面二个刀刃一个刀尖 项目一认知金属切削规律 2 1 三个刀面 前刀面 A 切屑沿其流出的刀面主后刀面 A 与工件过渡表面相对着的刀面副后刀面 A 与工件上已加工表面相对着的刀面 1 2 1金属切削刀具的结构 项目一认知金属切削规律 2 2 两个刀刃 主切削刃S 前刀面与主后刀面相交部位 承担主要的切削作用 副切削刃S 前刀面与副后刀面相交部位 协助主刀刃切除多余金属形成已加工表面 3 一个刀尖 刀尖 主刀刃与副刀刃相交部位 1 2 1金属切削刀具的结构 项目一认知金属切削规律 2 1 2 2金属切削刀具几何参数 刀具要从工件上切除金属 就必须具有一定的切削角度及几何形状 这些角度决定了刀具各切削部分要素 刀面 刀刃 刀尖 的空间位置 它们是在相应的参考平面为基础的条件下测量的 1 刀具标注角度 在刀具标注参考系中确定的切削刃与刀面的方位角 是制造 刀磨和检查刀具所需要的角度 刀具标注角度是不考虑进给运动而定义的 2 刀具的工作角度 刀具在工作状态下的角度 即考虑进给运动和实际装刀状态定义的刀具几何角度 1 刀具切削角度参考平面 项目一认知金属切削规律 2 1 刀具切削角度的参考平面 刀具标注角度参考系 正交平面参考系 Pr Ps Po 法平面参考系 Pr Ps Pn 背平面和假定工作平面参考系 Pp Pf Pr 2 正交平面参考系 1 基面Pr通过刀具切削刃上选定点 垂直于主运动方向的平面 2 切削平面Ps 通过刀刃上选定点 与切削刃相切并垂直于Pr的平面 3 正交平面Po 通过刀刃上选定点 同时垂直于Pr和Ps的平面 项目一认知金属切削规律 2 3 刀具的标注角度 在正交平面参考系中刀具的标注角度 1 主偏角Kr 主刀刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角 2 副偏角Kr 副刀刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角 刀尖角 r 主 副刀刃在基面上的投影之间的夹角 1 在基面Pr内能够标注的角度 项目一认知金属切削规律 2 3 刀具的标注角度 在正交平面参考系中刀具的标注角度 2 在正交平面Po内标注的角度 3 前角 o 前刀面与基面之间的夹角 有正 负之分 前刀面在基面下面 前角为正 反之为负 4 后角 o 主后刀面与切削平面之间的夹角 刀楔角 o 前刀面与主后刀面之间的夹角 显然 o 90 o o 项目一认知金属切削规律 2 3 刀具的标注角度 在正交平面参考系中刀具的标注角度 2 在切削平面Po内标注的角度 5 刃倾角 s 主刀刃与基面之间的夹角 s有正 负之分 刀尖是刀刃最高点时 s为正 反之为负 副后角 o 在副刀刃选定点的副正交剖面Po 内 副后刀面与副切削平面Ps 之间的夹角 项目一认知金属切削规律 2 1 刀具材料性能 金属切削的条件 高速 高温 高硬 力 形状复杂 刀具材料的基本要求 1 高硬度 2 高强度与强韧性 3 较强的耐磨性和耐热性 4 优良导热性 5 良好的工艺性与经济性 刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志 通常用高温下保持高硬度的性能来衡量 也称热硬性 1 2 3金属切削刀具材料 项目一认知金属切削规律 2 1 高硬度 切削是用刀具从工件上去除材料 所以刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度 刀具材料最低硬度应在60HRC以上 对于碳素工具钢材料 在室温条件下硬度应在62HRC以上 高速钢硬度为63HRC 70HRC 硬质合金刀具硬度为89HRC 93HRC 1 刀具材料性能 项目一认知金属切削规律 2 2 高强度与强韧性 刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击力 如车削45钢 在背吃刀量ap 4 进给量f 0 5 r的条件下 刀片所承受的切削力达到4000N 可见 刀具材料必须具有较高的强度和较强的韧性 一般刀具材料的韧性用冲击韧度aK P10 表示 反映刀具材料抗脆性和崩刃能力 1 刀具材料性能 项目一认知金属切削规律 2 3 高耐磨性和耐热性 1 刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力 一般刀具硬度越高 耐磨性越好 刀具金相组织中硬质点 如碳化物 氮化物等 越多 颗粒越小 分布越均匀 则刀具耐磨性越好 2 刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志 通常用高温下保持高硬度的性能来衡量 也称热硬性 刀具材料高温硬度越高 则耐热性越好 在高温抗塑性变形能力 抗磨损能力越强 1 刀具材料性能 项目一认知金属切削规律 2 4 优良导热性 刀具导热性好 表示切削产生的热量容易传导出去 降低了刀具切削部分温度 减少刀具磨损 刀具材料导热性好 其抗耐热冲击和抗热裂纹性能也强 5 良好的工艺性与经济性 刀具不但要有良好的切削性能 本身还应该易于制造 这要求刀具材料有较好的工艺性 如锻造 热处理 焊接 磨削 高温塑性变形等功能 经济性也是刀具材料的重要指标之一 选择刀具时 要考虑经济效果 以降低生产成本 1 刀具材料性能 项目一认知金属切削规律 2 2 常用刀具材料 1 高速钢 俗称白钢 高速钢是一种含有钨 钼 铬 钒等合金元素较多的工具钢 性质 高速钢具有良好的热稳定性 高速钢具有较高强度和韧性 高速钢具有一定的硬度 63 70HRC 和耐磨性 1 普通高速钢 P24 表1 3 2 高性能高速钢具有较强的耐热性 刀具耐用度是普通高速钢的1 5 3倍 但强度与韧性较普通高速钢低 高钒高速钢磨削加工性差 3 粉末冶金高速钢无碳化物偏析 提高钢的强度 韧性和硬度 硬度值达69 70HRC 适于制造切削难加工材料的刀具 大尺寸刀具 如滚刀和插齿刀 精密刀具和磨加工量大的复杂刀具 项目一认知金属切削规律 2 2 硬质合金 硬质合金由难熔金属碳化物和金属粘结剂经粉末冶金方法制成 性能特点 优点 硬质合金中高熔点 高硬度碳化物含量高 热熔性好 热硬性好 切削速度高 缺点 脆性大 抗弯强度和抗冲击韧性不强 抗弯强度只有高速钢的1 3 1 2 冲击韧性只有高速钢的1 4 1 35 常用硬质合金种类 按其化学成分的不同 1 钨钴类 WC Co 合金代号为YG 对应于国标K类 合金钴含量越高 韧性越好 适于粗加工 钴含量低 适于精加工 项目一认知金属切削规律 2 2 硬质合金 2 钨钛钴类 WC TiC Co 合金代号为YT 对应于国标P类 较高的硬度和耐热性 主要用于加工切屑成呈带状的钢件等塑性材料 TiC含量越高 耐磨性和耐热性提高 但强度降低 粗加工一般选择TiC含量少的牌号 精加工选择TiC含量多的牌号 3 钨钛钽 铌 钴类 WC TiC TaC Nb Co 代号为YW 对应国标M类 适用于加工冷硬铸铁 有色金属及合金的半精加工 也能用于高锰钢 淬火钢 合金钢及耐热合金钢的半精加工和精加工 4 碳化钛基类 WC TiC Ni Mo 合金代号YN 对应于国标P01类 用于精加工和半精加工 对于大长零件且加工精度较高的零件尤其适合 不适于有冲击载荷的粗加工和低速切削 项目一认知金属切削规律 2 3 陶瓷刀具 1 材料组成 主要由硬度和熔点都很高的Al2O3 Si3N4等氧化物 氮化物组成 另外还有少量的金属碳化物 氧化物等添加剂 通过粉末冶金工艺方法制粉 再压制烧结而成 2 常用种类 Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷 3 特点 有很高的硬度和耐磨性 刀具寿命比硬质合金高 具有很好的热硬性 摩擦系数低 切削力比硬质合金小 用该类刀具加工时能提高表面光洁度 强度和韧性差 热导率低 陶瓷最大缺点是脆性大 抗冲击性能很差 4 适用范围 高速精细加工硬材料 项目一认知金属切削规律 2 4 金刚石刀具 1 类型 天然金刚石刀具 人造聚晶金刚石刀具 复合聚晶金刚石刀具 2 特点 极高的硬度和耐磨性 人造金刚石硬度达10000HV 耐磨性是硬质合金的60 80倍 切削刃锋利 能实现超精密微量加工和镜面加工 耐热性差 强度低 脆性大 对振动很敏感 3 适用范围 用于高速条件下精细加工有色金属及其合金和非金属材料 项目一认知金属切削规律 2 5 立方氮化硼刀具 1 概念 立方氮化硼 简称CBN 是由六方氮化硼为原料在高温高压下合成 2 特点 硬度高 硬度仅次于金刚石 热稳定性好 较高的导热性和较小的摩擦系数 强度和韧性较差 抗弯强度仅为陶瓷刀具的1 5 1 2 3 适用范围 适用于加工高硬度淬火钢 冷硬铸铁和高温合金材料 它不宜加工塑性大的钢件和镍基合金 也不适合加工铝合金和铜合金 通常采用负前角的高速切削 项目一认知金属切削规律 2 3 常用刀具材料的应用 项目一认知金属切削规律 2 小结 1 刀具的结构形状与要素 2 外圆车刀的几何角度 3 刀具材料的应具备的几种性能 4 几种常用刀具材料 动手做 归纳总结你所认为的刀具材料的有关知识 要求完整 严谨 高度概括 项目一认知金属切削规律 2 1 3 1金属切削过程中的变形 金属切削过程实质是切削层金属的挤压变形形成切屑而被切除 一 切屑的种类及变化 切削时 被切离工件的金属以切屑形式与工件分离 不同工件材料和切削条件 切屑形态不同 常见的切屑有四种类型 前三种为切削塑性材料的切屑 最后一种为切削脆性材料的切屑 任务1 3认知切削加工基本规律 项目一认知金属切削规律 3 1 带状切屑最常见 内侧表面光滑 外侧表面呈毛茸状 通常加工塑性金属材料 切削厚度较小 切削速度较高 刀具前角较大时得到 切削力波动很小 切削过程平稳 已加工表面粗糙度较小 2 节状切屑 挤裂切屑 外侧面呈锯齿状 内侧面有时有裂纹加工塑性金属材料 切削厚度较大 切削速度较低 刀具前角较小时得到切削力波动较大 切削过程产生一定的振动 已加工表面较粗糙 项目一认知金属切削规律 3 3 粒状切屑在挤裂切屑的基础上切削厚度增大 切削速度 前角减小 使剪切裂纹进一步扩展而断裂成单元体 生产中很少见到 结论 从带状 节状 粒状切屑的变化 切削厚度由小到大 切削速度和刀具前角由大到小 意义 掌握其变化规律 就可改变切屑形态以达控制切屑 卷屑 断屑 和改善已加工表面质量的目的 4 崩碎切屑 切削脆性金属材料 如灰铸铁 时得到的 产生原因 材料受到拉应力已超过其抗拉强度 切削力波动甚大 有冲击负荷 已加工表面凹凸不平 改变切削条件 如大前角 大刃倾角 小切削厚度 高切削速度 可得到针状切屑或松散的带状切屑 此时切削过程平稳 已加工表面粗糙度较小 项目一认知金属切削规律 3 二 金属的切削变形 变形区的划分 根据实验 切削层金属在刀具作用下变成切屑大体可划分三个变形区 第 变形区 第 变形区 第 变形区 项目一认知金属切削规律 3 二 金属的切削变形 1 第 变形区从OA线 始滑移线 金属开始发生剪切变形 到OM线 终滑移线 金属晶粒剪切滑移基本结束 AOM区域叫第一变形区 是切屑变形的基本区 其特征是晶粒的剪切滑移 伴随产生加工硬化 项目一认知金属切削规律 3 二 金属的切削变形 2 第 变形区刀 屑接触区切屑沿前刀面流出时受到挤压和摩擦 使靠近前刀面的晶粒进一步剪切滑移 特征 晶粒剪切滑移剧烈呈纤维化 纤维化方向平行前刀面 有时有滞流层 3 第 变形区刀 工接触区 已加工表面受到刀具刃口钝圆和后刀面挤压和摩擦 晶粒进一步剪切滑移 有时也呈纤维化 其方向平行已加工表面 也产生加工硬化和回弹现象 项目一认知金属切削规律 3 三 积屑瘤 1 积屑瘤 由于刀 屑接触面的摩擦 当切削速度不高又形成连续切屑时 加工钢料和其它塑性材料时 常常在刀刃处粘着剖面呈三角状硬块 硬度为工件硬度的2 3倍 叫积屑瘤 成因 高温 高压 粘结 冷焊 项目一认知金属切削规律 3 三 积屑瘤 2 积屑瘤的作用有利方面 可增大实际前角 减少变形和切削力 可保护切削刃 降低刀具磨损 不利方面 积屑瘤不稳定 脱落时 有可能使脆性刀具颗粒剥落 反而加剧刀具磨损 产生积屑瘤后使切削厚度增大 ac值 影响工件尺寸精度 积屑瘤不稳定时 由于积屑瘤产生 成长 脱落周期动态变化 易引起振动 脱落的积屑瘤碎片影响工件表面粗糙度 也易划伤刀具使耐用度降低 项目一认知金属切削规律 3 四 影响切削变形的因素 1 工件材料 工件材料强度愈高 切屑变形愈小 原因 工件材料强度愈高 前刀面与切屑间的摩擦系数减小 摩擦角 减小 剪切角 增大 变形系数将随之减小 2 刀具前角 前角愈大 变形愈小 原因 前角影响切屑流出方向 影响作用角 o愈大 作用角 愈小 剪切角 愈大 变形愈小 3 切削用量 1 切削厚度的影响 切削厚度增加 变形减小 2 切削速度的影响 v对变形影响较复杂 在无积屑瘤情况下 高速 V增大 变形减小 项目一认知金属切削规律 3 一 切削力的来源 1 3 2切削力及其影响因素 1 切削力 金属切削时 刀具切除工件上切削层金属使之成为切屑所需要的力 2 切削力的来源 1 克服工件材料弹性变形的力 2 克服工件材料塑性变形的力 3 克服刀 屑 刀 工接触面上的摩擦力 项目一认知金属切削规律 3 二 切削力的合力与分力 合力F可分解成三个分力Fc Fp Ff 1 Fc 主切削力或切向力方向与主运动方向相同 切于过渡表面并垂直基面 是计算切削功率的主要力 也是设计机床零件和计算刀具强度的重要依据 项目一认知金属切削规律 3 合力F可分解成三个分力Fc Fp Ff 3 Ff 进给力 走刀抗力 或轴向力 在基面内并与刀杆轴线垂直的分力 是设计进给机构和计算进给功率的依据 2 Fp 切深抗力 背向力或径向力 是在基面内并垂直工件轴线的分力 使工件产生弯曲变形并可能引起振动 二 切削力的合力与分力 项目一认知金属切削规律 3 三 切削功率 切削功率Pm 切削力在切削过程中作功功率 式中Fc 切削力 N v 切削速度 m s Ff 进给力 N nw 工件转速 r s f 进给量 mm r 式中第二项相对第一项很小 1 2 可忽略不计 于是 Pm Fcv 10 3KW 由切削功率Pm可求得机床电机功率PE 即 式中 m 机床传动效率 一般为0 75 0 85 项目一认知金属切削规律 3 四 影响切削力的因素 1 工件材料的影响工件材料的强度 硬度越高 切削力越大 切削脆性材料时 被切材料的塑性变形及它与前刀面的摩擦都比较小 故其切削力相对较小 2 切削用量的影响 l 背吃刀量和进给量f背吃刀量ap和进给量f增大 都会使切削力增大 但两者的影响程度不同 ap增大时 变形系数不变 切削力成正比增大 f增大时 变形系数有所下降一故切削力不成正比增大 2 切削速度 Vc 切削铸铁等脆性材料时 被切材料的塑性变形及它与前刀面的摩擦均比较小 Vc对切削力没有显著影响 项目一认知金属切削规律 3 四 影响切削力的因素 1 前角切塑性金属时 Fc随前角增大而降低 原因 前角增大 切屑流出阻力减小 增大 减小 Fc降低 加工脆性材料时 前角对Fc的影响不明显 2 负倒棱通过负倒棱宽度b 1与刀 屑接触长度lf之比来影响切削力 b 1lf时 切屑沿负倒棱而不是前刀面流出 相当于负前角切削 F增大 3 刀具方面的影响 项目一认知金属切削规律 3 四 影响切削力的因素 3 刀具方面的影响 3 主偏角Kr75 时 虽然Kr ac 但是Kr 但刀尖圆弧刃工作长度 且占主导作用 Fc增大Kr Fp Kr Ff 对脆性材料 作用不明显 Kr Fc降低 4 刀尖圆弧半径r r ac 圆弧刃工作部分平均kr Fc增大r Fp r Ff 项目一认知金属切削规律 3 1 3 3切削热与切削温度 1 切削热的产生 一 切削热 切削热来源于两个方面 一是切削层金属发生弹性和塑性变形所消耗的能量 二是切屑与前刀面 工件与后刀面间产生的摩擦热 2 切削热的传导切屑 工件 刀具及周围的介质 空气 切削液 向外传导 影响散热的因素是 1 工件材料的导热系数 2 刀具材料的导热系数 3 周围介质 项目一认知金属切削规律 3 二 切削温度 切削区 切屑与前刀面接触区 的平均温度 1 切削温度的分布 二维切削中切削温度分布图 切削不同材料的温度分布图1 45钢 YT15 2 GCr15 YT14 3 钛合金BT2 YG8 4 BT2 YT15 1 前刀面及切屑接触面上温度高 且梯度很大 2 前后刀面的温度最高点不在切削刃上 3 刀具材料 工件材料的导热系数越小 前后刀面上的温度越高 项目一认知金属切削规律 3 2 影响切削温度的因素 1 切削用量 式中 实验时测得的切削区平均温度 C 切削温度系数 z y x 为v f ap影响切削温度的指数 当硬质合金刀具切削中碳钢时式 2 14 为 C v0 41 0 26f0 15ap0 05 切削速度对切削温度影响最大 原因 随v增加 摩擦热增加 又来不及传出 产生热积聚现象 但切削速度提高使变形减小 因此 不随v增加成正比 进给量f对切削温度影响较次 原因 f增加时 单位时间切削体积增加 但f增加时ac增加 变形减小 热容量增大 故对切削温度影响不及v 背吃刀量ap对切削温度影响为三者最小 原因 虽然ap对产生热成正比增加 但随ap增加aw增加 散热条件大大改善 故影响最小 所以 切削用量三要素对切削温度的影响规律与对切削力的影响规律顺序相反 项目一认知金属切削规律 3 2 影响切削温度的因素 2 刀具几何参数 l 前角主要是依据对变形和摩擦的影响 前角增大变形减小 切削力 产生热量 切削温度 但当 o大于18 20 时 虽然变形小产生热少 但散热条件恶化 故切削温度不但不降低 切削温度 2 主偏角主要是依据对切削刃工作长度和刀尖角变化而影响的 Kr 刀屑接触长度 散热面积 切削温度 项目一认知金属切削规律 3 2 影响切削温度的因素 3 工件材料方面 取决于工件材料的强度 硬度 导热性等 合金钢强度高 导热系数小 因此比普通钢消耗功率大 散热性差 故切削温度高 切削脆性材料时由于形成崩碎切屑 变形与摩擦都小 故切削温度也低 4 刀具磨损的影响 刀具磨损较严重时 刀具刀口变钝 刃前区变形增大 同时后刀面与工件之间摩擦增大 故切削温度增大 项目一认知金属切削规律 3 小结 1 切屑的种类 金属切削变形的变形区 积屑瘤 影响切削变形的因素 2 切削力的来源 切削力德合力与分力 切削功率及其意义 影响切削力的因素 3 切削热的产生与传导 切削温度分布特性 影响切削温度的因素 作业 P7 项目一认知金属切削规律 3 回顾 1 切屑的种类 积屑瘤 2 影响切削力的因素 3 影响切削温度的因素 刀具结构对变形 切削力 切削温度的影响 导入 1 刀具的磨损与刀具寿命2 刀具几何参数的选择 项目一认知金属切削规律 4 1 2 4刀具磨损与刀具寿命 切削过程中 刀具前刀面与切屑 后刀面与加工表面存在着剧烈的摩擦 产生磨损现象 一 刀具磨损的现象 1 前刀面磨损成因 切削塑性材料 切削厚度较大 前刀面承受巨大的压力和摩擦力 而且温度很高 使前刀面产生月牙洼磨损 CraterWear 月牙洼位于离切削刃有一定距离 其长度取决于切屑宽度 而其宽度决定于切屑厚度 随切削进行 月牙洼长度基本不变 宽度向切削刃扩大 深度逐渐加深 月牙洼磨损程度通常用月牙洼深度KT表示 前刀面磨损后刀面磨损边界磨损 项目一认知金属切削规律 4 一 刀具磨损的现象 2 后刀面磨损成因 切削过程中 后刀面与工件加工表面存在着压力和摩擦 使之产生磨损 通常加工脆性材料或较小切削厚度切削塑性材料时主要发生后刀面磨损 由于切削刃各点工作条件不同 其后刀面磨损带是不均匀的 C区和N区 notch 磨损严重 其磨损带最大宽度分别以VC和VN表示 中间磨损较均匀 B区 以平均磨损带宽度VB表示 而最大磨损宽度以VBmax表示 项目一认知金属切削规律 4 一 刀具磨损的现象 3 边界磨损边界磨损实际上属于后刀面磨损的边界部分 在主后刀面上 主切削刃与待加工表面对应位置处的磨损 在副后刀面上 副切削刃与已加工表面对应位置处的磨损 边界磨损在后刀面磨损带中最为严重 项目一认知金属切削规律 4 二 刀具磨损的原因 1 硬质点磨损 磨料磨损 磨粒磨损 工件材料中的硬质点或积屑瘤碎片对刀具表面的机械划伤 使刀具磨损 各种刀具都会产生硬质点磨损 硬质点磨损是硬度较低的刀具材料或低速刀具 如高速钢刀具及手工刀具等 主要的磨损原因 2 粘结磨损 刀具与工件材料 或切屑 接触面上 在压力和温度作用下 产生所谓的冷焊现象 粘结点因相对运动 晶粒或晶粒群受剪或受拉被对方带走而造成的磨损 3 扩散磨损 刀具表面与被切出的新鲜表面相接触 高温下 两摩擦面的化学元素获得足够的能量 相互扩散 改变接触面各方的化学成份 削弱了刀具材料性能 从而造成刀具的磨损 项目一认知金属切削规律 4 二 刀具磨损的原因 4 化学磨损 或氧化磨损 刀具与周围介质 如空气中的氧 切削液中的极压添加剂硫 氯等 在一定的温度下起化学作用 在刀具表面形成硬度低 耐磨性差的化合物 加速刀具的磨损 5 热电磨损 刀具与工件材料在高温下形成热电势 当形成闭合回路时将有热电流产生 在热电流的作用下 加快了元素的扩散速度 使刀具磨损加快 由于刀具材料 工件材料及切削条件不同 磨损原因不同 具体磨损原因可能属于其中一种 也可能几种原因同时作用 项目一认知金属切削规律 4 三 刀具磨损过程 三个阶段 初期磨损 正常磨损和急剧磨损 1 初期磨损 磨损率较大 新刃磨的刀面较粗糙 使刀 工接触面小造成压应力大以及变质层的影响 2 正常磨损 经初期磨损后 刀面处于良好状态 刀具后刀面磨损均匀而缓慢 切削时间较长 3 急剧磨损 当磨损带宽度增加到一定限度之后 切削力与切削温度迅速升高 磨损带宽度急剧增加 为合理使用刀具和保证加工质量 应在此阶段之前及时更换刀具 项目一认知金属切削规律 4 四 刀具磨钝标准 刀具磨损到一定限度不能继续使用 这个磨损限度称为磨钝标准 1 生产中怎样判断刀具是否达到磨钝标准 粗加工时观察切屑的颜色 加工表面是否出现挤压亮带 摩擦尖叫声以及切削振动情况等 精加工时常以表面粗糙度及尺寸精度为依据判断刀具是否达到磨钝标准 2 国际标准ISO统一规定以1 2背吃刀量处后刀面磨损带宽度VB作为刀具的磨钝标准 国际标准ISO推荐硬质合金车刀刀具寿命试验的磨钝标准 有下列三种可供选择 1 VB 0 3mm 2 若主后刀面为无规则磨损 取VBmax 0 6mm 3 前刀面磨损量KT 0 06 0 3f mm 项目一认知金属切削规律 4 五 刀具耐用度与刀具寿命 1 刀具耐用度刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止所经历的总切削时间 称为刀具耐用度 用T表示 2 刀具寿命刀具寿命指的是两次刃磨之间所经历的切削时间 用刀具耐用度乘以刃磨次数 为刀具总寿命 3 刀具耐用度影响因素 经验公式 项目一认知金属切削规律 4 六 刀具破损 刀具在切削过程中尚未达到磨钝标准受到损坏而不能继续使用 刀具的破损形式分为脆性破损和塑性破损 1 脆性破损 1 崩刃切削刃产生小的缺口 在继续切削中 缺口会不断扩大 导致更大的破损 陶瓷刀具 硬质合金刀具常发生这种破损 2 碎断切削刃发生小块碎裂或大块断裂 不能继续进行切削 硬质合金刀具 陶瓷刀具常发生这种破损 3 剥落在刀具的前 后刀面上出现剥落碎片 经常与切削刃一起剥落 陶瓷刀具端铣时常发生这种破损 4 裂纹破损长时间断续切削后 因疲劳而引起裂纹的一种破损 项目一认知金属切削规律 4 六 刀具破损 2 塑性破损在刀具前刀面与切屑 后刀面与工件接触面上 由于过高的温度和压力的作用 刀具表层材料因发生塑性流动而丧失切削能力 称为塑性破损 硬质合金和陶瓷的耐热性好 一般不易发生这种破损 高速钢耐热性较差 较易发生塑性破损 3 刀具破损的防治措施 1 正确选择刀具材料种类和牌号 2 合理选用切削用量 以控制切削力 切削温度 3 合理选择刀具参数 以控制刀具的受力状态 强化刀具 4 提高工艺系统的刚性 减少振动 项目一认知金属切削规律 4 一 切削液的种类 1 3 5切削液的选择 三大类 水溶液 水基切削液 油基切削液 1 水溶液 主要是水并加人防锈剂 冷却性能最好 润滑效果差 易生锈 也可以加人一定量的表面活性剂和油性添加剂 使其具有一定的润滑性能 2 乳化液 水基切削液 是由矿物油 乳化剂及其它添加剂配制的乳化油和95 98 的水稀释而成的乳白色切削液 具有良好的冷却性能和清洗作用 又有一定的润滑作用 3 油基切削液 主要是切削油 其中有各种矿物油 动植物油以及加入油性 极压添加剂配制的各种混合油 主要起润滑作用 减少摩擦 提高加工表面质量 项目一认知金属切削规律 4 二 切削液的作用 1 冷却作用 带走切削区大量热量 降低切削温度 提高刀具耐用度和加工表面质量 冷却效果取决于 切削液性质 如导热系数 比热容 汽化热和汽化速度 用量 如流量 流速和压力 使用方法 2 润滑作用 润滑的主要目的是减小刀具与工件之间的摩擦系数 实现润滑的基本原理是在刀具前刀面和切屑之间形成具有润滑作用的润滑薄膜 对切削加工进行润滑的方法主要有 1 采用具有润滑作用的切削液 2 在刀具表面进行润滑涂层 3 使用自润滑刀具 项目一认知金属切削规律 4 二 切削液的作用 3 清洗作用 4 防锈作用 加工脆性工件形成崩碎切屑或塑性工件形成粉屑时 如磨削 要求切削液具有良好的清洗和冲刷作用 保护机床导轨 由于切削液的飞溅 工件 机床 夹具 刀具等受到污染 因此要求切削液具备防锈性能 切削液防锈性能决定于防锈添加剂的作用 项目一认知金属切削规律 4 三 切削液的选择 1 根据刀具材料和加工要求选用 1 低速刀具 高速钢 为降低切削温度 减少摩擦应使用切削液 2 粗加工时选用冷却性能好的切削液 3 精加工时选用润滑性好的切削液 以保证加工表面质量 4 硬质合金刀具 由于耐热性好一般不使用切削液 2 根据工件材料选用 1 塑性材料 选用切削液 切削温度较高 且产生带状切屑 2 脆性材料 一般不选用切削液 原因 产生崩碎切屑以免污染工作地 如果必须使用 则采用煤油或轻柴油等切屑容易分离的切削液 3 高强度钢 高温合金钢等难加工材料 选用极压性能优良的切削液 适应极压润滑摩擦工况 降低切削温度和减少摩擦的效果 提高刀具耐用度和加工表面质量 项目一认知金属切削规律 4 三 切削液的选择 3 根据加工方法选用 1 钻孔 攻丝 铰孔和拉削等 由于导向和校准部分与已加工表面摩擦严重 选乳化液 极压乳化液和极压切削油 2 成形刀具 螺纹刀具及齿轮刀具 保证高耐用度 选润滑性能好的切削油或高浓度的极压乳化液和极压切削油 3 磨削加工 由于磨屑微小而且磨削温度很高 选冷却和清洗性能好的切削液如水溶液 乳化液 磨削难加工材料时 选用有一定润滑性能的水溶液和极压乳化液 四 切削液的使用方法 1 浇注法 直接浇到刀具和工件表面 2 高压冷却法 冷却液加压后作用到切削区 冷却效果较好 清洗效果好 3 喷雾法 将冷却液加压 雾化后喷到切削区 冷却效果好 项目一认知金属切削规律 4 一 前角及前刀面型式的选择 1 3 6刀具几何参数的选择 1 前角的功用增大 o 减小 Fr Pm 增大 o 改善刀 接触面的摩擦状况 降低 刀具磨损 提高T增大 o 减小或抑制积屑瘤 减少振动 改善加工表面质量 o太大时 使刀楔角减小 散热条件和刃口强度削弱 T反而下降 2 前角的选择合理前角选择原则 取决于工件材料和刀具材料的种类和性质 在一定切削条件下 存在一个刀具耐用度最大的前角值即合理前角 opt 项目一认知金属切削规律 4 一 前角及前刀面型式的选择 2 前角的选择 1 工件材料塑性越高 opt越大 塑性越低 opt越小 切塑性高材料时 增大 o可减小 F 刀具磨损 切脆性材料时 产生崩碎切屑 F集中在切削刃附近 o对 影响不大 为防止崩刃应选较小 o 2 工件材料硬度 强度低时 切削力 切削温度较低 可较大 o 工件材料硬度 强度高时 切削力 温度较高 为保证刃口强度 增大散热面积 应较小 o 3 刀具材料强度和冲击韧性越高 opt越大 刀具材料强度低 韧性低 则 opt越小 4 按加工条件选择 粗加工 F大 断切时冲击大 opt应小 精加工 F小 要求刃口锋利 opt应大 工艺系统刚性较差或机床功率小时 opt应大 自动机床加工刀具 opt应小 以提高切削性能的稳定性和尺寸耐用度 项目一认知金属切削规律 4 3 前刀面的形式 1 正前角平面型最基本型式 刃口锋利 强度差 常用于精加工 卷屑 断屑性能差 2 带倒棱正前角平面型增强了刀刃强度 用于脆性高的刀具如陶瓷 硬质合金 可用于断续切削 负倒棱宽度b 1 0 3 0 8 f 粗加工取大值 精加工取小值 负倒棱前角 01 5 10 硬质合金 3 正前角曲面带倒棱型 沿切削刃磨出曲面 曲面起卷屑作用 增大前角 改善切削条件 用于粗加工 半精加工塑性材料 项目一认知金属切削规律 4 3 前刀面的形式 4 负前角单平面型硬质合金 陶瓷刀具切削高强度 高硬度或淬火钢或带硬皮材料 及有冲击的粗加工等场合 特点 抗冲击能力强 5 负前角双平面型用于磨损发生在前 后刀面时 为减少前刀面刃磨面积 充分利用刀片材料 4 前刀面与切屑控制 1 切屑的种类 回顾 项目一认知金属切削规律 4 2 卷屑机理 在切屑流出时 受到额外作用力而发生附加变形弯曲 1 自然卷曲切屑沿正前角平面型前刀面流出时 v不很高时 切屑往往自行卷曲 2 卷屑槽卷曲前刀面上磨出卷屑槽或选择带卷屑槽的刀片 可转为刀具 当切屑流出并受到卷屑槽附加力后发生卷曲 3 断屑机理 切屑在切削过程中受到较大变形 基本变形 后 其硬度提高 塑性降低 性质变脆 为切屑的折断创造了条件 切屑流出时 受到卷屑槽或断屑台的阻挡 再次产生变形 附加变形 进一步脆化 当它碰到后刀面或工件的过渡表面时即可折断 项目一认知金属切削规律 4 二 后角的功用及选择 1 后角的功用后角大小影响到后刀面与工件加工表面之间 刀 工接触区 的摩擦 刀楔角大小 刃口强度 散热面积 1 增大 o 可减少刀具的磨损 提高加工表面质量 2 增大 o 楔角减小 刃口半径r 减小 刃口锋利 易切入工件 减小变质层深度 但 o 楔角 散热条件变差 刃口强度削弱 T 或刀具破损