机械制造工艺2ppt课件

1、工程二金属切削加工原理工程二金属切削加工原理 义务一根本定义义务一根本定义 义务二金属切削的过程义务二金属切削的过程 义务三刀具磨损与工件资料的切削加工性义务三刀具磨损与工件资料的切削加工性 义务四金属切削条件的选择义务四金属切削条件的选择义务一根本定文义务一根本定文 一、工件上的外表与切削运动一、工件上的外表与切削运动 1.工件上的外表工件上的外表 在切削过程中，工件上的金属层不断地被刀具在切削过程中，工件上的金属层不断地被刀具切除，从而加工出符合预定要求的新外表。外切除，从而加工出符合预定要求的新外表。外圆车削过程中，工件上有待加工外表、已加工圆车削过程中，工件上有待加工外表、已加工外表、

2、过渡外表三个不断变化着的外表，如图外表、过渡外表三个不断变化着的外表，如图2-1所示。所示。 2.切削运动切削运动 金属切削加工时刀具和工件之间的相对运动，金属切削加工时刀具和工件之间的相对运动，称为切削运动。图称为切削运动。图2-1所示的外圆切削中，切削所示的外圆切削中，切削运动是由工件的旋转运动和车刀的延续纵向直运动是由工件的旋转运动和车刀的延续纵向直线运动组成的。根据切削运动在切削加工过程线运动组成的。根据切削运动在切削加工过程中所起的作用不同，可分为主运动和进给运动。中所起的作用不同，可分为主运动和进给运动。下一页前往义务一根本定文义务一根本定文(1)主运动主运动促使刀具和工件之间产生

3、相对运动，并使刀具前刀面接近工件，从而促使刀具和工件之间产生相对运动，并使刀具前刀面接近工件，从而构成工件新外表的运动，称为主运动。主运动的特征是速度最高、耗构成工件新外表的运动，称为主运动。主运动的特征是速度最高、耗费功率最大。在切削加工中，主运动只需一个，其方式可以是旋转运费功率最大。在切削加工中，主运动只需一个，其方式可以是旋转运动或直线运动。图动或直线运动。图2-1中所示车削外圆时，工件的旋转运动是主运动。中所示车削外圆时，工件的旋转运动是主运动。(2)进给运动进给运动维持切削过程延续进展以逐渐切除整个工件外表的运动，称为进给运维持切削过程延续进展以逐渐切除整个工件外表的运动，称为进给

4、运动。动。进给运动的速度较低，耗费的功率较小。进给运动可以是延续的或延进给运动的速度较低，耗费的功率较小。进给运动可以是延续的或延续的，其方式可以是直线运动、旋转运动或两者的合成运动。图续的，其方式可以是直线运动、旋转运动或两者的合成运动。图2-1所示车削外圆时，车刀的纵向延续直线运动就是进给运动。所示车削外圆时，车刀的纵向延续直线运动就是进给运动。上一页 下一页前往义务一根本定文义务一根本定文总之，任何切削方法必需有一个主运动，而进给运动有一个、几个或总之，任何切削方法必需有一个主运动，而进给运动有一个、几个或者没有。主运动和进给运动可以由工件或刀具分别完成，也可由刀具者没有。主运动和进给运

5、动可以由工件或刀具分别完成，也可由刀具单独完成。单独完成。二、切削用量与合成切削速度二、切削用量与合成切削速度切削用量是切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。切削用量是切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。1.切削速度切削速度vc切削加工时，切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度。切削刃切削加工时，切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度。切削刃上各点的切削速度能够是不同的，计算时通常取最大值。切削速度的上各点的切削速度能够是不同的，计算时通常取最大值。切削速度的单位是米单位是米/秒秒(m/s)。上一页 下一页前往义务一根本定文义务一根本定文当主运动是旋转运动时当主运动是旋转运动时:式中，式

6、中，d完成主运动的工件或刀具的最大直径完成主运动的工件或刀具的最大直径(mm );n主运动的转速主运动的转速(r/s)。2.进给量进给量f进给量进给量f.指主运动一转或一个行程内，刀具在进给方向上相对于工件指主运动一转或一个行程内，刀具在进给方向上相对于工件的挪动量，单位是的挪动量，单位是mm/r(对于车削、锁削等对于车削、锁削等)或或mm/行程行程(对于刨削、对于刨削、磨削等磨削等)。上一页 下一页前往义务一根本定义义务一根本定义进给量是机床实践完成的进给运动的一种度量，也可以用也可以用进进给量是机床实践完成的进给运动的一种度量，也可以用也可以用进给速度给速度v(单位是单位是mm/r)或每齿

7、进给量关或每齿进给量关(单位是单位是mm/z)，用于铣刀、，用于铣刀、铰刀等多齿刀具来表示，那么铰刀等多齿刀具来表示，那么:vf=nf=nzf式中，式中，:z多刃刀具的刀齿数多刃刀具的刀齿数;n主运动的转速主运动的转速(r/s)。3.背吃刀量背吃刀量aD吃刀量吃刀量a是切削时刀具与工件的最大接触量。而沿平行刀杆底面且垂是切削时刀具与工件的最大接触量。而沿平行刀杆底面且垂直于进给运动方向丈量的接触长度称为背吃刀量，单位是直于进给运动方向丈量的接触长度称为背吃刀量，单位是mm。切削。切削外圆时，背吃刀量是已加工外表和待加工外表之间的垂直间隔，即外圆时，背吃刀量是已加工外表和待加工外表之间的垂直间隔

8、，即上一页 下一页前往义务一根本定文义务一根本定文式中，式中，dw工件待加工外表的直径工件待加工外表的直径(mm);dm工件已加工外表的直径工件已加工外表的直径(mm)。主运动和进给运动的合成运动即为合成切削运动。切削刃选定点相对主运动和进给运动的合成运动即为合成切削运动。切削刃选定点相对于工件的合成切削运动的瞬时速度，称为合成切削速度于工件的合成切削运动的瞬时速度，称为合成切削速度ve(m/s。外。外圆车削时的合成切削速度如图圆车削时的合成切削速度如图2-1所示。所示。上一页 下一页前往 刀具切削部分的构成要素刀具切削部分的构成要素1 前刀面：前刀面： 前刀面前刀面Ar是切屑流过的外表。分为

9、：与是切屑流过的外表。分为：与主切削刃毗邻的称为主前刀面；与副切削刃毗邻的称为副主切削刃毗邻的称为主前刀面；与副切削刃毗邻的称为副前刀面。前刀面。2后刀面：后刀面： 后刀面分为主后刀面与副后刀面。后刀面分为主后刀面与副后刀面。3切削刃：切削刃： 切削刃是前刀面上直接进展切削的边锋，切削刃是前刀面上直接进展切削的边锋，有主切削刃和副切削刃之分。有主切削刃和副切削刃之分。主切削刃指前刀面与主后刀面相交的锋边；副切削刃主切削刃指前刀面与主后刀面相交的锋边；副切削刃指前刀面与副后刀面相交的锋边。指前刀面与副后刀面相交的锋边。4刀尖刀尖 刀尖可以是主、副切削刃的实践交点，也可以刀尖可以是主、副切削刃的实

10、践交点，也可以是主、副两条切削刃衔接起来的一小段切削刃，它可以是是主、副两条切削刃衔接起来的一小段切削刃，它可以是圆弧，也可以是直线，通常都称为过渡刃。圆弧，也可以是直线，通常都称为过渡刃。义务一根本定文义务一根本定文 三、刀具的几何参数三、刀具的几何参数 1.刀具切削部分的构造要素刀具切削部分的构造要素 图图2-2所示为外圆车刀切削部分，它由以下要素所示为外圆车刀切削部分，它由以下要素构成构成: 前刀面前刀面Ar切削时切屑流经的刀具外表。切削时切屑流经的刀具外表。 主后刀面主后刀面Aa切削时与工件上过渡外表相对的切削时与工件上过渡外表相对的刀具外表。刀具外表。 副后刀面副后刀面A a切削时与

11、工件上已加工外表相切削时与工件上已加工外表相对的刀具外表。对的刀具外表。 主切削刃主切削刃S前刀面与主后刀面的交线，在切削前刀面与主后刀面的交线，在切削刃切削过程中完成主要切削任务。刃切削过程中完成主要切削任务。 副切削刃副切削刃S前刀面与副后刀面的交线，它参前刀面与副后刀面的交线，它参与部分切削任务最终构成已加工外表并影响已与部分切削任务最终构成已加工外表并影响已加工外表粗糙度的大小。加工外表粗糙度的大小。上一页 下一页前往义务一根本定文义务一根本定文2.刀具标注角度参考系刀具标注角度参考系为了确定构成刀具切削部分的各刀面、刀刃的空间位置，必需建立空为了确定构成刀具切削部分的各刀面、刀刃的空

12、间位置，必需建立空间坐标参考系。用于确定刀具角度的坐标参考系有两类间坐标参考系。用于确定刀具角度的坐标参考系有两类:静态参考系静态参考系(也称标注角度参考系也称标注角度参考系)是用于定义刀具的设计、制造、刃磨和丈量时是用于定义刀具的设计、制造、刃磨和丈量时几何参数的参考系几何参数的参考系;任务参考系是用于定义刀具在切削过程中几何参任务参考系是用于定义刀具在切削过程中几何参数的参考系，主要用来分析刀具切削时的实践角度数的参考系，主要用来分析刀具切削时的实践角度(即任务角度即任务角度)。(1)静态参考系静态参考系静态参考系中的各基准平面，是在以下假定条件下确定的。静态参考系中的各基准平面，是在以下

13、假定条件下确定的。假定切削刃上选定点和工件中心等高度假定切削刃上选定点和工件中心等高度;假定刀杆轴线垂直于机床进给运动方向假定刀杆轴线垂直于机床进给运动方向;假定刀具底面垂直于选定点的主运动方向。假定刀具底面垂直于选定点的主运动方向。上一页 下一页前往义务一根本定文义务一根本定文刀具静态参考系主要由以下坐标平面组成，如图刀具静态参考系主要由以下坐标平面组成，如图2-3所示。所示。基面基面Pr经过切削刃上选定点，并与该点的切削速度方向垂直的平面。经过切削刃上选定点，并与该点的切削速度方向垂直的平面。切削平面切削平面Ps经过切削刃上选定点，并与切削刃相切且垂直于基面经过切削刃上选定点，并与切削刃相

14、切且垂直于基面的平面。的平面。正交平面正交平面Po经过切削刃上选定点，并同时垂直于该点的基面和切经过切削刃上选定点，并同时垂直于该点的基面和切削平面的平面。削平面的平面。法平面法平面Pn经过切削刃上选定点，并与切削刃垂直的平面。经过切削刃上选定点，并与切削刃垂直的平面。假定任务平面假定任务平面Pf经过切削刃上选定点，且垂直于基面并平行于假定经过切削刃上选定点，且垂直于基面并平行于假定进给运动方向的平面。进给运动方向的平面。背平面背平面PD经过切削刃上选定点，并同时垂直于基面和假定任务平经过切削刃上选定点，并同时垂直于基面和假定任务平面的平面。面的平面。上一页 下一页前往义务一根本定文义务一根本

15、定文(2)刀具的标注角度刀具的标注角度刀具的标注角度是刀具设计图上需求标注的刀具角度，用于刀具的制刀具的标注角度是刀具设计图上需求标注的刀具角度，用于刀具的制造、刃磨和丈量。我国以正交平面参考系为主，兼用法平面参考系及造、刃磨和丈量。我国以正交平面参考系为主，兼用法平面参考系及假定任务平面和背平面参考系。静态参考系车刀标注角度如图假定任务平面和背平面参考系。静态参考系车刀标注角度如图2-4所所示，其根本定义如下示，其根本定义如下:正交平面参考系标注角度。正交平面参考系由正交平面参考系标注角度。正交平面参考系由Po、Pr和和PS组成，组成，其根本角度有以下几个其根本角度有以下几个:主偏角主偏角K

16、r主切削刃在基面上的投影与进给运动方向间的夹角，在基主切削刃在基面上的投影与进给运动方向间的夹角，在基面面Pr内丈量。内丈量。副偏角副偏角K r副切削刃在基面上的投影与进给运动方向间的夹角，在副切削刃在基面上的投影与进给运动方向间的夹角，在基面基面Pr内丈量。内丈量。上一页 下一页前往义务一根本定文义务一根本定文刃倾角刃倾角s主切削刃与基面间的夹角，在切削平面主切削刃与基面间的夹角，在切削平面PS内丈量。内丈量。前角前角o前刀面与基面间的夹角，在正交平面前刀面与基面间的夹角，在正交平面Po内丈量。内丈量。后角后角o主后刀面与切削平面间的夹角，在正交平面主后刀面与切削平面间的夹角，在正交平面Po

17、内丈量。内丈量。前角和后角一直为锐角，从切削刃选定点开场，前刀面前角和后角一直为锐角，从切削刃选定点开场，前刀面(或后刀面或后刀面)向向刀具实体倾斜为正，反之为负。刀具实体倾斜为正，反之为负。楔角楔角o前刀面与后刀面之间的夹角，在正交平面前刀面与后刀面之间的夹角，在正交平面Po内丈量。内丈量。刀尖角刀尖角r主切削刃和副切削刃在基面内投影之间的夹角，在基面主切削刃和副切削刃在基面内投影之间的夹角，在基面Po内丈量。内丈量。 法平面参考系标注角度。法平面参考系由法平面参考系标注角度。法平面参考系由Pr 、 PS和和Pn三个平面三个平面组成。组成。上一页 下一页前往义务一根本定文义务一根本定文法平面

18、参考系中的刀具角度的定义与正交平面参考系中的角度定义类法平面参考系中的刀具角度的定义与正交平面参考系中的角度定义类似，除法前角似，除法前角n、法后角、法后角n ，和法楔角，和法楔角n，是在法平面，是在法平面Pn ，内丈，内丈量外，其他三个角度与正交平面参考系角度完全一样。量外，其他三个角度与正交平面参考系角度完全一样。假定任务平面和背平面参考系。假定任务平面和背平面参考系由假定任务平面和背平面参考系。假定任务平面和背平面参考系由Pf、PD、 Pr三个平面组成。在假定任务平面三个平面组成。在假定任务平面Pf内丈量的角度有侧前角内丈量的角度有侧前角f侧后角侧后角f和侧楔角和侧楔角f ，在背平面，在

19、背平面PD内丈量的角度有背前角内丈量的角度有背前角D 、背后、背后角角D和背楔角和背楔角D。其他角度和正交平面参考系角度一样。其他角度和正交平面参考系角度一样。(3)刀具的任务角度刀具的任务角度在切削过程中，刀具因受安装位置和进给运动的影响，使静态参考系在切削过程中，刀具因受安装位置和进给运动的影响，使静态参考系中参考平面的位置发生变化，呵斥由任务参考系所确定的刀具角度即中参考平面的位置发生变化，呵斥由任务参考系所确定的刀具角度即任务角度与标注角度不一样。任务角度与标注角度不一样。上一页 下一页前往义务一根本定文义务一根本定文进给运动对刀具任务角度的影响。在切削过程中由于进给运动的影进给运动对

20、刀具任务角度的影响。在切削过程中由于进给运动的影响，使静态参考系中的基面、切削平面向进给方向倾斜了一个角度，响，使静态参考系中的基面、切削平面向进给方向倾斜了一个角度，成为任务坐标系中的基面、切削平面，如图成为任务坐标系中的基面、切削平面，如图2-5、图、图2-6所示，从而影所示，从而影响了刀具的前角、后角。响了刀具的前角、后角。a.横向进给横向进给(图图2-5所示所示)时，在正交平面内的任务角度时，在正交平面内的任务角度:在切断工件时，当进给量在切断工件时，当进给量f增大时，拜值增大增大时，拜值增大;工件直径工件直径dw减小，拜值减小，拜值也增大。切削刃接近工件中心时，也增大。切削刃接近工件

21、中心时，值急剧增大，任务后角值急剧增大，任务后角oe。变。变为负值，使工件最后被挤断。为负值，使工件最后被挤断。上一页 下一页前往义务一根本定文义务一根本定文b.纵向进给纵向进给(图图2-6所示所示)时，在假定任务平面内的任务角度时，在假定任务平面内的任务角度:进给量进给量f越大，工件直径越大，工件直径dw越小，任务角度变化值就越大。普通车削越小，任务角度变化值就越大。普通车削时时f值较小，其影响可不计。但在车削大螺距螺纹或螺杆时，进给量值较小，其影响可不计。但在车削大螺距螺纹或螺杆时，进给量f很大，很大，值较大，必需思索对刀具任务角度的影响。值较大，必需思索对刀具任务角度的影响。刀具安装位置

22、对任务角度的影响。刀具安装位置对任务角度的影响。a.刀具安装高度的影响，如图刀具安装高度的影响，如图2-7所示。所示。上一页 下一页前往义务一根本定文义务一根本定文假定车刀假定车刀s = o时，那么当刀尖安装高于工件轴心线时，在背平面时，那么当刀尖安装高于工件轴心线时，在背平面PD内，刀具的任务前角内，刀具的任务前角De增大，任务后角增大，任务后角De减小，两者的变化值减小，两者的变化值均为均为D。式中，式中，h刀尖高于工件中心线的数值。刀尖高于工件中心线的数值。在正交平面在正交平面PO，刀具任务前角，刀具任务前角oe和任务后角和任务后角oe的变化与上面情况的变化与上面情况类似。假设刀尖低于工

23、件轴线，那么上述任务角度的变化情况恰好相类似。假设刀尖低于工件轴线，那么上述任务角度的变化情况恰好相反。内孔锁削时装刀高度对任务角度的影响与外圆车削正好相反。反。内孔锁削时装刀高度对任务角度的影响与外圆车削正好相反。上一页 下一页前往义务一根本定文义务一根本定文b.车刀刀杆中心线与进给方向不垂直时，如图车刀刀杆中心线与进给方向不垂直时，如图2-8所示。所示。车刀刀杆中心线与进给方向不垂直时，那么任务主偏角将增大车刀刀杆中心线与进给方向不垂直时，那么任务主偏角将增大(或减或减小小)，而任务副偏角将减小，而任务副偏角将减小(或增大或增大)，其角度变化值为，其角度变化值为G，即，即:式中，符号由刀杆

24、偏斜方向决议式中，符号由刀杆偏斜方向决议;G刀杆中心线与进给方向的垂线的夹角。刀杆中心线与进给方向的垂线的夹角。车圆锥时，进给方向与工件轴线不平行，也会使车刀主偏角和副偏角车圆锥时，进给方向与工件轴线不平行，也会使车刀主偏角和副偏角发生变化。发生变化。上一页 下一页前往义务一根本定文义务一根本定文3.切削层切削层切削层是指刀具切削部分沿进给运动方向挪动一个进给量切削层是指刀具切削部分沿进给运动方向挪动一个进给量(或由一个或由一个刀齿刀齿)所切除的工件资料层。普通用经过起作用的一段主切削刃的中所切除的工件资料层。普通用经过起作用的一段主切削刃的中点，且垂直于切削速度平面内的切削层参数来表示。它的

25、外形和尺寸，点，且垂直于切削速度平面内的切削层参数来表示。它的外形和尺寸，如图如图2-9所示。所示。切削层公称厚度切削层公称厚度h。是在切削层尺寸平面内，垂直于过渡外表丈量。是在切削层尺寸平面内，垂直于过渡外表丈量的切削层参数。单位是的切削层参数。单位是mm。切削层公称宽度切削层公称宽度bD是在切削层尺寸平面内，沿过渡外表丈量的切是在切削层尺寸平面内，沿过渡外表丈量的切削层参数。单位是削层参数。单位是mm。上一页 下一页前往义务一根本定义义务一根本定义切削层公称横截面积切削层公称横截面积A。在切削层尺寸平面内，切削层公称厚度与。在切削层尺寸平面内，切削层公称厚度与公称宽度的乘积，单位是公称宽度

26、的乘积，单位是mm2。由于副偏角由于副偏角Kr0，故工件已加工外表上将留下一小块残留面积，如，故工件已加工外表上将留下一小块残留面积，如图图2-9所示中的所示中的B1DB2。残留面积普通较小，但其高度对已加工外。残留面积普通较小，但其高度对已加工外表粗糙度影响较大。表粗糙度影响较大。上一页前往 前角前角前刀面与基面之间的夹角。增大前前刀面与基面之间的夹角。增大前角，使主切削刃锋利，减小切削力和切削热。但角，使主切削刃锋利，减小切削力和切削热。但前角过大，刀刃很脆弱，易产生崩刃。前角有正前角过大，刀刃很脆弱，易产生崩刃。前角有正与负如图的区分。与负如图的区分。 后角后角主后刀面与切削平面之间的夹

27、角。主后刀面与切削平面之间的夹角。后角的主要作用是减少刀具后刀面与工件外表间后角的主要作用是减少刀具后刀面与工件外表间的摩擦和后刀面的磨损，并配合前角影响切削刃的摩擦和后刀面的磨损，并配合前角影响切削刃的锋利和强度。的锋利和强度。 主偏角主偏角 r主切削刃和假定进给方向在基主切削刃和假定进给方向在基面面Pr上投影的夹角。主偏角的大小影响切屑上投影的夹角。主偏角的大小影响切屑断面外形和切削分力的大小。有时主偏角也根据断面外形和切削分力的大小。有时主偏角也根据工件加工外形来定。工件加工外形来定。 车刀切削部分的主要角度 副偏角副偏角r副切削刃和假定进给的相反方向在基面副切削刃和假定进给的相反方向在

28、基面Pr上投影的夹角。副偏角的主要作用是减少副切削刃与工件已上投影的夹角。副偏角的主要作用是减少副切削刃与工件已加工外表的摩擦，减少刀具磨损和防止切削时产生振动。减加工外表的摩擦，减少刀具磨损和防止切削时产生振动。减小副偏角可减小切削残留面积，降低己加工外表的粗糙度小副偏角可减小切削残留面积，降低己加工外表的粗糙度如图如图 刃倾角刃倾角s在主切削平面在主切削平面Ps里丈量的主切削刃与里丈量的主切削刃与基面间的夹角。它与前角类似，也有正、负和零值之分如基面间的夹角。它与前角类似，也有正、负和零值之分如图。刃倾角主要影响刀头的强度、切削分力和排屑方向。图。刃倾角主要影响刀头的强度、切削分力和排屑方

29、向。 选择刀具几何角度时，应遵照选择刀具几何角度时，应遵照“锐字领先，锐中求固原那锐字领先，锐中求固原那么。即将刀具锋利放在第一位，同时保证刀具有一定的强固么。即将刀具锋利放在第一位，同时保证刀具有一定的强固。国内外先进刀具在角度的变革方面，大致有。国内外先进刀具在角度的变革方面，大致有“三大一小三大一小的趋势，即采用大的前角、刃倾角和主偏角，采用小的后角的趋势，即采用大的前角、刃倾角和主偏角，采用小的后角。义务二金属切削的过程义务二金属切削的过程 一、切屑的构成一、切屑的构成 1.变形区的划分变形区的划分 根据切削过程中整个切削区域金属资料的变形根据切削过程中整个切削区域金属资料的变形特点，

30、可将切削层划分为三个变形区，如图特点，可将切削层划分为三个变形区，如图2-10所示。所示。 第一变形区。从第一变形区。从OA线开场发生塑性变形，到线开场发生塑性变形，到OM线晶粒的剪切滑移根本完成，工件资料在被线晶粒的剪切滑移根本完成，工件资料在被切削层上构成切削变形区切削层上构成切削变形区。在。在OA到到OM之间之间整个第一变形区内，变形的主要特征是沿滑移整个第一变形区内，变形的主要特征是沿滑移面的剪切滑移变形，以及随之产生的加工硬化。面的剪切滑移变形，以及随之产生的加工硬化。其变形程度主要影响切屑形状。普通其变形程度主要影响切屑形状。普通OA与与OM之间的间隔只需之间的间隔只需0.020.

31、20 mm，可以把第一变，可以把第一变形区看作是一个剪切面。形区看作是一个剪切面。下一页前往义务二金属切削的过程义务二金属切削的过程第二变形区。切屑流出时，与刀具前面接触的切屑底层金属遭到前刀第二变形区。切屑流出时，与刀具前面接触的切屑底层金属遭到前刀面的挤压和摩擦作用后产生变形区面的挤压和摩擦作用后产生变形区。由于切屑与刀具之间存在着很。由于切屑与刀具之间存在着很大的压力，以及很高的温度，剧烈的挤压和摩擦所引起的切屑底层金大的压力，以及很高的温度，剧烈的挤压和摩擦所引起的切屑底层金属的猛烈变形和切屑与刀具界面温度的升高，是第二变形区的主要特属的猛烈变形和切屑与刀具界面温度的升高，是第二变形区

32、的主要特征，这些对刀具的磨损、切削力、切削热等都有影响。征，这些对刀具的磨损、切削力、切削热等都有影响。在一定条件下，切削塑性资料时，经常在刀具前刀面接近切削刃处豁在一定条件下，切削塑性资料时，经常在刀具前刀面接近切削刃处豁着一小块剖面呈三角形的硬块着一小块剖面呈三角形的硬块(硬度通常是工件资料的硬度通常是工件资料的23倍倍)，这就，这就是积屑瘤，如图是积屑瘤，如图2-11所示。切削时，由于豁结和加工硬化，使得切屑所示。切削时，由于豁结和加工硬化，使得切屑底层部分金属被分别并豁结在前刀面上，构成积屑瘤核，随着切屑延底层部分金属被分别并豁结在前刀面上，构成积屑瘤核，随着切屑延续流出，切屑底层依次

33、层层堆积，使积屑瘤不断长大。当切屑与刀具续流出，切屑底层依次层层堆积，使积屑瘤不断长大。当切屑与刀具前面的接触条件发生变化时，积屑瘤就会停顿生长。前面的接触条件发生变化时，积屑瘤就会停顿生长。上一页 下一页前往义务二金属切削的过程义务二金属切削的过程积屑瘤稳定时可以维护刀尖，替代切削刃进展切削，减轻刀具磨损，积屑瘤稳定时可以维护刀尖，替代切削刃进展切削，减轻刀具磨损，增大实践前角，减小切削变形。但由于积屑瘤不断地长大和零落使切增大实践前角，减小切削变形。但由于积屑瘤不断地长大和零落使切削层不断变化，呵斥削层不断变化，呵斥“切削刃的不规那么和不光滑，构成切削刃的不规那么和不光滑，构成“过切景过切

34、景象，象，使已加工外表粗糙，尺寸精度降低使已加工外表粗糙，尺寸精度降低;积屑瘤零落的碎片或损伤刀具外积屑瘤零落的碎片或损伤刀具外表或茹附于工件已加工外表，影响工件外表质量。因此，精加工时必表或茹附于工件已加工外表，影响工件外表质量。因此，精加工时必需设法抑制积屑瘤。需设法抑制积屑瘤。第三变形区。已加工外表遭到后刀面的挤压和摩擦作用后构成变形区第三变形区。已加工外表遭到后刀面的挤压和摩擦作用后构成变形区。由于刀具钝圆半径的存在，在已加工外表构成过程中，除了挤压、。由于刀具钝圆半径的存在，在已加工外表构成过程中，除了挤压、摩擦使外表层金属产生变形之外，外表层还遭到切削热的作用，这些摩擦使外表层金属

35、产生变形之外，外表层还遭到切削热的作用，这些都将影响已加工外表的质量。都将影响已加工外表的质量。上一页 下一页前往义务二金属切削的过程义务二金属切削的过程这三个变形区聚集在切削刃附近，使切削区域应力集中且复杂，资料这三个变形区聚集在切削刃附近，使切削区域应力集中且复杂，资料的被切削层在这里与工件本体分别，大部分变成切屑，小部分留在已的被切削层在这里与工件本体分别，大部分变成切屑，小部分留在已加工外表。切削过程中各种景象均与这三个区域的变形有关。加工外表。切削过程中各种景象均与这三个区域的变形有关。2.切屑的种类切屑的种类经过一、二变形区的根本变形而流出的切屑，可粗略地分为带状切屑、经过一、二变

36、形区的根本变形而流出的切屑，可粗略地分为带状切屑、挤裂切屑、单元切屑和崩碎切屑四个类型挤裂切屑、单元切屑和崩碎切屑四个类型(如图如图2-12所示所示)。(2)带状切屑带状切屑这是常见的一种切屑，它内面光滑，外面毛茸，形如带子，连绵不断。这是常见的一种切屑，它内面光滑，外面毛茸，形如带子，连绵不断。在切削中构成带状切屑时，切削力平稳，已加工外表光洁。但应思索在切削中构成带状切屑时，切削力平稳，已加工外表光洁。但应思索断屑问题。断屑问题。上一页 下一页前往义务二金属切削的过程义务二金属切削的过程(2)挤裂切屑挤裂切屑当被切金属经过第一变形区时，假设部分地方的切应力到达其强度极当被切金属经过第一变形

37、区时，假设部分地方的切应力到达其强度极限，那么被剪裂，切屑出现部分裂纹。这种外外表呈锯齿形而有部分限，那么被剪裂，切屑出现部分裂纹。这种外外表呈锯齿形而有部分裂纹，整个外形仍连绵不断的切屑，称为挤裂切屑。裂纹，整个外形仍连绵不断的切屑，称为挤裂切屑。(3)单元切屑单元切屑当剪切面上的切应力超越被切金属的强度极限时，整个剪切面被剪裂，当剪切面上的切应力超越被切金属的强度极限时，整个剪切面被剪裂，构成每粒外形很类似的单元切屑。在这种情况下，切削力动摇大，已构成每粒外形很类似的单元切屑。在这种情况下，切削力动摇大，已加工外表质量差。加工外表质量差。(4)崩碎切屑崩碎切屑切削脆性资料切削脆性资料(如灰

38、铸铁如灰铸铁)时，被切金属未经明显的塑性变形就在拉应时，被切金属未经明显的塑性变形就在拉应力作用下脆断，构成大小不等、外形各异的碎块状切屑。力作用下脆断，构成大小不等、外形各异的碎块状切屑。上一页 下一页前往22 金属切削过程一、切削的种类 义务二金属切削的过程义务二金属切削的过程这时，切削力动摇大，且集中于切削刃，已加工外表粗糙度值较大。这时，切削力动摇大，且集中于切削刃，已加工外表粗糙度值较大。前三种切屑是在切削塑性资料时构成的，在一定条件下可以相互转化。前三种切屑是在切削塑性资料时构成的，在一定条件下可以相互转化。二、切削力二、切削力切削加工时，刀具切入工件，使被加工资料发生变形而得到切

39、屑和已切削加工时，刀具切入工件，使被加工资料发生变形而得到切屑和已加工外表所需求的力称为切削力。切削力来源于变形抗力和摩擦阻力。加工外表所需求的力称为切削力。切削力来源于变形抗力和摩擦阻力。1.切削力的分析切削力的分析为了便于分析切削力的作用和丈量切削力的大小，常将总切削力为了便于分析切削力的作用和丈量切削力的大小，常将总切削力F分分解为如图解为如图2-13所示的三个相互垂直的切削分力所示的三个相互垂直的切削分力FC、Ff和和FD。上一页 下一页前往义务二金属切削的过程义务二金属切削的过程主切削力主切削力FC是总切削力在主运动方向的分力，是切削力中最大的是总切削力在主运动方向的分力，是切削力中

40、最大的一个切削分力，单位为牛一个切削分力，单位为牛(N)。主切削力是选择主电动机功率，计算。主切削力是选择主电动机功率，计算机床动力，校核刀具、夹具的强度与刚度的主要根据之一。机床动力，校核刀具、夹具的强度与刚度的主要根据之一。轴向力轴向力Ff是总切削力在进给运动方向上的分力，单位为牛是总切削力在进给运动方向上的分力，单位为牛(N)。轴。轴向力经过刀架作用在机床的进给机构上，它是计算和校验机床进给系向力经过刀架作用在机床的进给机构上，它是计算和校验机床进给系统的动力、强度和刚度的主要根据之一。统的动力、强度和刚度的主要根据之一。径向力径向力FD是总切削力在基面内垂直于工件轴线方向的分力，单位是

41、总切削力在基面内垂直于工件轴线方向的分力，单位为牛为牛(N)。径向力能够顶弯工件，对加工质量影响大，通常用来计算。径向力能够顶弯工件，对加工质量影响大，通常用来计算与加工精度有关的工件挠度、刀具和机床零件的强度等。与加工精度有关的工件挠度、刀具和机床零件的强度等。总切削力总切削力F与三个切削分力之间的关系如下与三个切削分力之间的关系如下:上一页 下一页前往 4、影响总切削抗力的要素、影响总切削抗力的要素 工件资料工件资料 工件资料的强度、硬度越高，韧性和塑性越工件资料的强度、硬度越高，韧性和塑性越好，越难切削，总切削抗力越大。好，越难切削，总切削抗力越大。 切削用量切削用量 切削用量中对切削力

42、影响最大的是切削深度切削用量中对切削力影响最大的是切削深度，其次是进给量，切削速度影响最小。因此，要减小切削，其次是进给量，切削速度影响最小。因此，要减小切削力或节省动力耗费时，可以把切削深度减小，取大一些的力或节省动力耗费时，可以把切削深度减小，取大一些的进给量。进给量。 刀具角度刀具角度 刀具前角、后角增大时，总切削抗力减小；刀具前角、后角增大时，总切削抗力减小；主偏角增大，切削抗力减小，但背向抗力和进给抗力增大主偏角增大，切削抗力减小，但背向抗力和进给抗力增大。 切削液切削液 合理选择运用切削液，使总切削抗力减小。合理选择运用切削液，使总切削抗力减小。义务二金属切削的过程义务二金属切削的

43、过程(2)切削用量切削用量切削用量中背吃刀量和进给量对切削力的影响较大。背吃刀量和进给切削用量中背吃刀量和进给量对切削力的影响较大。背吃刀量和进给量增大时，切削层面积增大，变形抗力和摩擦阻力增大，因此切削力量增大时，切削层面积增大，变形抗力和摩擦阻力增大，因此切削力随之增大。当背吃刀量增大随之增大。当背吃刀量增大1倍时，切削力约增大倍时，切削力约增大1倍倍;而进给量增大而进给量增大1倍时，切削力增大约倍时，切削力增大约70%。加工塑性金属资料时，切削速度对切削力的影响是经过积屑瘤和摩擦加工塑性金属资料时，切削速度对切削力的影响是经过积屑瘤和摩擦的作用实现的。如图的作用实现的。如图2-14所示，

44、在低速范围内，随着切削速度的添加，所示，在低速范围内，随着切削速度的添加，积屑瘤逐渐长大，刀具实践前角逐渐增大，使切削力逐渐减小积屑瘤逐渐长大，刀具实践前角逐渐增大，使切削力逐渐减小;在中在中速范围内，积屑瘤逐渐减小并消逝，使切削力逐渐增至最大速范围内，积屑瘤逐渐减小并消逝，使切削力逐渐增至最大;在高速在高速阶段，由于切削温度升高，资料硬度下降，使切削力得到稳定的降低。阶段，由于切削温度升高，资料硬度下降，使切削力得到稳定的降低。切削脆性资料时，切削变形、刀屑间摩擦都小，切削速度变化对切削切削脆性资料时，切削变形、刀屑间摩擦都小，切削速度变化对切削力的影响较小。力的影响较小。上一页 下一页前往

45、义务二金属切削的过程义务二金属切削的过程(3)刀具几何参数刀具几何参数加工塑性资料时，前角越大，切削层的变形及刀屑的摩擦力越小，切加工塑性资料时，前角越大，切削层的变形及刀屑的摩擦力越小，切削力也越小。加工脆性资料时，前角对切削力的影响很小。削力也越小。加工脆性资料时，前角对切削力的影响很小。主偏角主偏角r对主切削力对主切削力Fc的影响较小，对轴向力的影响较小，对轴向力Ff和径向力和径向力FD的影响的影响较大。主偏角较大。主偏角r变化时，影响变化时，影响FD与与Ff的比值。如图的比值。如图2-15所示，当主所示，当主偏角偏角r增大时，增大时， Ff增大，增大， FD减小。减小。刃倾角刃倾角s对

46、对FC影响较小，但影响较小，但s增大时，增大时， FD减小，减小， Ff增大。增大。此外，刀尖圆弧半径大小、刀具磨损量、切削液、刀具资料、加工方此外，刀尖圆弧半径大小、刀具磨损量、切削液、刀具资料、加工方式和负倒棱等对切削力也有一定的影响。式和负倒棱等对切削力也有一定的影响。上一页 下一页前往 1、切削热与切削温度、切削热与切削温度 由于被切削资料层的变形，分别及刀具和被切削资料间的由于被切削资料层的变形，分别及刀具和被切削资料间的摩擦而产生的热量称为切削热。切削过程中，切削区域的摩擦而产生的热量称为切削热。切削过程中，切削区域的温度称为切削温度。切削过程中，大部分的热量由切屑带温度称为切削温

47、度。切削过程中，大部分的热量由切屑带走，其次被刀具、工件和周围介质传导。传入刀具的温度走，其次被刀具、工件和周围介质传导。传入刀具的温度，致使刀具资料软化，切削性能降低，磨损加快，进而影，致使刀具资料软化，切削性能降低，磨损加快，进而影响加工质量和缩短刀具寿命。传入工件的切削热，会导致响加工质量和缩短刀具寿命。传入工件的切削热，会导致工件受伸长和膨胀，而影响加工精度。工件受伸长和膨胀，而影响加工精度。 2、减少切削热和降低切削温度的工艺措施、减少切削热和降低切削温度的工艺措施 合理选择刀具资料和刀具几何角度合理选择刀具资料和刀具几何角度 合理选择切削用量合理选择切削用量 适中选择和运用切削液适

48、中选择和运用切削液义务二金属切削的过程义务二金属切削的过程 三、切削热与切削温度三、切削热与切削温度 切削热是切削过程中产生的重要物理景象之一。切削热是切削过程中产生的重要物理景象之一。切削过程所耗费的能量几乎全部转变成热能，切削过程所耗费的能量几乎全部转变成热能，大量的切削热使切削温度升高。虽然有被切资大量的切削热使切削温度升高。虽然有被切资料受热软化使切削力降低以及积屑瘤等消逝的料受热软化使切削力降低以及积屑瘤等消逝的有利方面，但也因加剧了刀具磨损而缩短了刀有利方面，但也因加剧了刀具磨损而缩短了刀具的寿命。同时刀具、工件产生热变形会影响具的寿命。同时刀具、工件产生热变形会影响加工精度，在加

49、工外表生成热蜕变层而影响外加工精度，在加工外表生成热蜕变层而影响外表质量。总的来说切削温度升高是有害的。表质量。总的来说切削温度升高是有害的。 1.切削热的产生与传送切削热的产生与传送 切削热来自切削区域的三个变形区。切削塑性切削热来自切削区域的三个变形区。切削塑性资料时，切削热主要来源于第一、第二变形区资料时，切削热主要来源于第一、第二变形区;切削脆性资料时，切削热主要来源于第三变形切削脆性资料时，切削热主要来源于第三变形区。区。上一页 下一页前往义务二金属切削的过程义务二金属切削的过程切削热分别由切屑、工件、刀具和周围介质传导出去。各部分传出热切削热分别由切屑、工件、刀具和周围介质传导出去

50、。各部分传出热量的比例随工件资料、刀具资料及加工方式等不同而不同。量的比例随工件资料、刀具资料及加工方式等不同而不同。2.切削温度的分布切削温度的分布根据实验结果，并辅以传热学计算，所得的切屑、刀具和工件的温度根据实验结果，并辅以传热学计算，所得的切屑、刀具和工件的温度分布情况如图分布情况如图2-16所示。图所示。图2-16中的曲线为等温线，即每条曲线上各中的曲线为等温线，即每条曲线上各点温度相等。由图点温度相等。由图2-16可知，切削温度分布极不均匀，温度梯度很大。可知，切削温度分布极不均匀，温度梯度很大。所谓温度梯度是指在等温线的法线方向上，单位长度间隔上的温度降所谓温度梯度是指在等温线的

51、法线方向上，单位长度间隔上的温度降落量。在形生长切屑的情况下，切屑下层第二变形区的温度最高落量。在形生长切屑的情况下，切屑下层第二变形区的温度最高;在在刀具中，离切削刃和刀尖一定间隔的地方温度最高，相对地说，切削刀具中，离切削刃和刀尖一定间隔的地方温度最高，相对地说，切削刃的温度较低刃的温度较低;工件温度比切屑、刀具低得多，较高的切削温度仅存工件温度比切屑、刀具低得多，较高的切削温度仅存在于切削刃附近一个很窄小的范围，工件其他部分的温度和室温相近。在于切削刃附近一个很窄小的范围，工件其他部分的温度和室温相近。上一页 下一页前往义务二金属切削的过程义务二金属切削的过程3.影响切削温度的主要要素影

52、响切削温度的主要要素(1)切削用量切削用量增大切削用量时，耗费的切削功率增大，产生的切削热多，切削温度增大切削用量时，耗费的切削功率增大，产生的切削热多，切削温度就会上升，其中，背吃刀量对切削温度的影响最小，进给量次之，切就会上升，其中，背吃刀量对切削温度的影响最小，进给量次之，切削速度最大。因此，为控制切削温度，在机床允许的情况下，选用较削速度最大。因此，为控制切削温度，在机床允许的情况下，选用较大的背吃刀量和进给量比选用大的切削速度更有利。大的背吃刀量和进给量比选用大的切削速度更有利。(2)刀具几何参数刀具几何参数刀具的前角和主偏角对切削温度影响比较大。增大前角，可使切削变刀具的前角和主偏

53、角对切削温度影响比较大。增大前角，可使切削变形及切屑与前刀面的摩擦减小，产生的切削热减少，切削温度下降。形及切屑与前刀面的摩擦减小，产生的切削热减少，切削温度下降。但前角过大但前角过大(250)时，会使刀头的散热体积减小，使切削温度升高。时，会使刀头的散热体积减小，使切削温度升高。减小主偏角，可添加切削刃的任务长度，增大刀头的散热面积，降低减小主偏角，可添加切削刃的任务长度，增大刀头的散热面积，降低切削温度。切削温度。上一页 下一页前往义务二金属切削的过程义务二金属切削的过程(3)工件方面工件方面工件资料的强度硬度高，热导率低，高温硬度和高温强度高，都会使工件资料的强度硬度高，热导率低，高温硬

54、度和高温强度高，都会使切削温度升高。切削塑性金属比切削脆性金属温度高。切削温度升高。切削塑性金属比切削脆性金属温度高。(4)其他要素其他要素刀具后刀面磨损增大时，加剧了刀具与工件间的摩擦，使切削温度升刀具后刀面磨损增大时，加剧了刀具与工件间的摩擦，使切削温度升高。切削速度越高，刀具磨损对切削温度的升高越明显。适当浇注切高。切削速度越高，刀具磨损对切削温度的升高越明显。适当浇注切削液对降低切削温度有很好的效果。切削液的种类、导热性能、比热削液对降低切削温度有很好的效果。切削液的种类、导热性能、比热容、流量、运用方式及本身的温度等与切削温度有很大关系。容、流量、运用方式及本身的温度等与切削温度有很

55、大关系。上一页前往义务三刀具磨损与工件资料的切削加工义务三刀具磨损与工件资料的切削加工性性 一、刀具磨损方式一、刀具磨损方式 车刀的几种磨损方式，综合表示于图车刀的几种磨损方式，综合表示于图2-17，其，其中图中图2-17(a)为立体图。为立体图。 1.前面磨损前面磨损 当用较高切削速度和较大切削厚度加工塑性金当用较高切削速度和较大切削厚度加工塑性金属时，主要磨损刀具前面。常见的磨损痕迹是属时，主要磨损刀具前面。常见的磨损痕迹是月牙洼。月牙洼中心温度最高，磨损最大。普月牙洼。月牙洼中心温度最高，磨损最大。普通用月牙洼深度通用月牙洼深度KT作为刀具磨损量。作为刀具磨损量。 2.后面磨损后面磨损

56、切削脆性金属，或用小切削厚度、低速切削塑切削脆性金属，或用小切削厚度、低速切削塑性金属时，主要磨损刀具后面，用主后刀面磨性金属时，主要磨损刀具后面，用主后刀面磨损带的宽度损带的宽度VB作为刀具磨损量。作为刀具磨损量。下一页前往义务三刀具磨损与工件资料的切削加工义务三刀具磨损与工件资料的切削加工性性3.前面后面同时磨损前面后面同时磨损当用适中的切削厚度和切削速度加工塑性金属时，刀具前、后面都有当用适中的切削厚度和切削速度加工塑性金属时，刀具前、后面都有明显的磨损，难分主次，即称为前面后面同时磨损。普通用明显的磨损，难分主次，即称为前面后面同时磨损。普通用VB作为作为刀具磨损量。刀具磨损量。二、刀

57、具磨损缘由二、刀具磨损缘由为了有效地控制和减少刀具磨损，延伸刀具寿命，必需弄清刀具磨损为了有效地控制和减少刀具磨损，延伸刀具寿命，必需弄清刀具磨损的缘由。实验阐明，刀具磨损量是切削温度和相对滑动速度的函数。的缘由。实验阐明，刀具磨损量是切削温度和相对滑动速度的函数。1.磨料磨损磨料磨损这是切屑这是切屑(或工件或工件)外表的硬质点外表的硬质点(碳化物、氧化物等碳化物、氧化物等)，像磨料一样在，像磨料一样在刀具外表划出沟痕呵斥的刀具磨损。刀具外表划出沟痕呵斥的刀具磨损。上一页 下一页前往义务三刀具磨损与工件资料的切削加工义务三刀具磨损与工件资料的切削加工性性2.黏结磨损黏结磨损在切削塑性金属时，刀

58、屑界面间在高温高压下发生豁结景象。切屑在切削塑性金属时，刀屑界面间在高温高压下发生豁结景象。切屑(或工件或工件)比刀具软，黏结处的破裂往往发生在切屑比刀具软，黏结处的破裂往往发生在切屑(或工件或工件)一方。但一方。但由于疲劳、硬质合金豁结相的缺陷等缘由，黏结处的破裂也会发生在由于疲劳、硬质合金豁结相的缺陷等缘由，黏结处的破裂也会发生在刀具一方，从而使刀具外表的微粒被切屑粘走，呵斥豁结磨损。主要刀具一方，从而使刀具外表的微粒被切屑粘走，呵斥豁结磨损。主要发生在中等切削速度以及硬质合金刀具。发生在中等切削速度以及硬质合金刀具。3.相变磨损相变磨损当切削温度高于工具钢的相变温度时，马氏体转化为硬度较

59、低的金相当切削温度高于工具钢的相变温度时，马氏体转化为硬度较低的金相组织，从而使磨损加剧。组织，从而使磨损加剧。上一页 下一页前往义务三刀具磨损与工件资料的切削加工义务三刀具磨损与工件资料的切削加工性性4.分散磨损分散磨损在高温下，刀具资料中的在高温下，刀具资料中的C, Co, W和和Ti易分散到切屑和工件中去易分散到切屑和工件中去;而而工件中的工件中的Fe也会分散到刀具中。从而改动了刀具资料的化学成分，使也会分散到刀具中。从而改动了刀具资料的化学成分，使刀具切削部分硬度降低、磨损加剧。刀具切削部分硬度降低、磨损加剧。5.氧化磨损氧化磨损在高温在高温(700800 )下，空气中的氧易与硬质合金

60、中的下，空气中的氧易与硬质合金中的Co, W, C发发生氧化作用，生成疏松脆弱的氧化物，使刀具磨损加剧。生氧化作用，生成疏松脆弱的氧化物，使刀具磨损加剧。总之，当工件资料、刀具资料和切削条件不同时，刀具磨损的缘由也总之，当工件资料、刀具资料和切削条件不同时，刀具磨损的缘由也不同。其主要缘由能够是上述多种缘由的一、二种。切削温度对刀具不同。其主要缘由能够是上述多种缘由的一、二种。切削温度对刀具磨损具有决议性影响。磨损具有决议性影响。上一页 下一页前往义务三刀具磨损与工件资料的切削加工义务三刀具磨损与工件资料的切削加工性性 三、刀具磨损过程三、刀具磨损过程 刀具磨损过程如图刀具磨损过程如图2-18