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文档简介

1、Mechanical and Electrical Engineeering College1-3切削过程及控制切削过程及控制一一 切削的形成过程及切屑种类切削的形成过程及切屑种类 1 切屑形成过程切屑形成过程 切削塑性材料时切削塑性材料时,材料受到刀具的作用材料受到刀具的作用,材料发生材料发生 弹弹性变形性变形,随着刀具继续深入随着刀具继续深入,金属内部的应力金属内部的应力,应变继应变继续加大续加大,达到屈服点时达到屈服点时,工件产生塑性变形工件产生塑性变形,刀具继续刀具继续前进前进,应力达到材料断裂强度应力达到材料断裂强度,金属被挤压金属被挤压,切屑形成切屑形成. 2 切屑的种类切屑的种类

2、 A带状切屑带状切屑:内表面是光滑的内表面是光滑的,外表面是粗糙的外表面是粗糙的.一般一般加工塑性材料加工塑性材料,切削厚度较小切削厚度较小,切削速度较高切削速度较高,刀具前刀具前角较大时易得该种切屑角较大时易得该种切屑,采用断屑措施采用断屑措施.Mechanical and Electrical Engineeering College切屑种类切屑种类Mechanical and Electrical Engineeering College金属切削过程金属切削过程Mechanical and Electrical Engineeering College切屑种类切屑种类B挤裂切屑挤裂切屑:

3、 外表面呈锯齿状外表面呈锯齿状,内表面有裂纹内表面有裂纹,其内应力在局部地方达到了其内应力在局部地方达到了材料的强度极限材料的强度极限. 一般在加工塑性金属一般在加工塑性金属,切削厚度较大切削厚度较大,切削速度较低切削速度较低,刀具前角刀具前角较大时易得该种切屑较大时易得该种切屑. 由于局部断裂由于局部断裂,切削力波动大切削力波动大.切削过程较平稳切削过程较平稳,已加工表面粗已加工表面粗糙度也较大糙度也较大.C单元切屑单元切屑: 呈粒状呈粒状,切削内部的剪应力超过材料的强度极限切削内部的剪应力超过材料的强度极限,切屑沿某一切屑沿某一截面破裂截面破裂,不能形成连续的切屑不能形成连续的切屑. 一般

4、加工塑性金属一般加工塑性金属,切削厚度较大切削厚度较大,切削速度较低切削速度较低,刀具前角较刀具前角较小时易得该种切屑小时易得该种切屑,切削力波动大切削力波动大.切削过程不平稳切削过程不平稳,已加工表已加工表面粗糙度也较大面粗糙度也较大.Mechanical and Electrical Engineeering College切屑种类切屑种类D崩碎切屑崩碎切屑: 切削脆性材料时切削脆性材料时,由于材料的塑性很低由于材料的塑性很低,切削时切削时,切削刃切削刃前方金属在塑性变形很小时就被挤裂或在拉应力状况前方金属在塑性变形很小时就被挤裂或在拉应力状况下碎断下碎断,形成不规则的碎块切屑形成不规则的

5、碎块切屑. 它与工件基体分离的表面很不规则它与工件基体分离的表面很不规则,已加工表面粗糙度已加工表面粗糙度很大很大,切削力变化很大切削力变化很大,当刀具前角越小当刀具前角越小,切削厚度越大切削厚度越大时时,越容易产生这种切屑越容易产生这种切屑. 切屑基本分类切屑基本分类,生产中通常介于以上四种之间的切屑生产中通常介于以上四种之间的切屑.Mechanical and Electrical Engineeering College挤裂切屑挤裂切屑Mechanical and Electrical Engineeering College单元切屑单元切屑Mechanical and Electric

6、al Engineeering College挤裂切屑挤裂切屑Mechanical and Electrical Engineeering College蹦碎切屑蹦碎切屑Mechanical and Electrical Engineeering College积屑瘤积屑瘤二二 积屑瘤积屑瘤 切削加工中切削加工中,常有一些金属冷焊常有一些金属冷焊(拈法拈法)沉积在前刀面上沉积在前刀面上,形成硬度很形成硬度很高的锲块高的锲块,它能代替前刀面和切削刃进行切削它能代替前刀面和切削刃进行切削,这个称之为积屑瘤这个称之为积屑瘤.1积屑瘤的形成积屑瘤的形成 底层金属的流动速度降低而形成底层金属的流动速度降

7、低而形成”滞流层滞流层”.2 积屑瘤对切削加工的影响积屑瘤对切削加工的影响 A代替刀刃进行切削代替刀刃进行切削,保护刀刃保护刀刃,减少刀具磨损减少刀具磨损 B使刀刃的工作前角增大使刀刃的工作前角增大,减小切削力减小切削力,使切削使切削 轻快轻快,不易振动不易振动. C 使切削层公称厚度不断变化使切削层公称厚度不断变化,影响尺寸精度影响尺寸精度. 精加工时精加工时,应尽量避免积屑瘤的产生应尽量避免积屑瘤的产生.Mechanical and Electrical Engineeering College积屑瘤积屑瘤Mechanical and Electrical Engineeering Col

8、lege积屑瘤积屑瘤Mechanical and Electrical Engineeering College积屑瘤作用积屑瘤作用3 积屑瘤的影响因素及控制方法积屑瘤的影响因素及控制方法 A因素因素 工件材料工件材料:塑性大塑性大 切削速度切削速度:主要通过切削温度和摩擦系数起主要通过切削温度和摩擦系数起作用作用 切削速度很低切削速度很低-不会产生积屑瘤不会产生积屑瘤 切削速度提高切削速度提高-容易产生积屑瘤容易产生积屑瘤Mechanical and Electrical Engineeering College切削速度对积屑瘤的影响切削速度对积屑瘤的影响切削速度的大小切削速度的大小 积屑瘤

9、的产生积屑瘤的产生 Vc 0.083 m/s 不易产生积屑瘤不易产生积屑瘤 0.083 Vc 1.67 m/s 不易产生积屑瘤不易产生积屑瘤切削钢切削钢,Vc=0.33m/s,切削温度切削温度300-350度度,摩擦系数最大摩擦系数最大,积屑瘤也最高积屑瘤也最高.Mechanical and Electrical Engineeering College积屑瘤影响因素及控制方法积屑瘤影响因素及控制方法避免产生积屑瘤避免产生积屑瘤: 精车精车,精铣采用高的切削速度精铣采用高的切削速度,而拉削而拉削,铰孔和宽刃精铰孔和宽刃精刨采用低的切削速度刨采用低的切削速度; 增大前角以减小切削变形增大前角以减

10、小切削变形; 用油石摩前刀面以减小摩擦系数用油石摩前刀面以减小摩擦系数; 选用合适工作液以减小摩擦和切削温度选用合适工作液以减小摩擦和切削温度;三三 切削力和切削功率切削力和切削功率 切削力直接影响切削热的产生切削力直接影响切削热的产生,进一步影响刀具磨损进一步影响刀具磨损,耐用度和工件表面质量耐用度和工件表面质量,生产中又是设计机床生产中又是设计机床,刀具刀具,夹具的必要依据夹具的必要依据.Mechanical and Electrical Engineeering College1切削力的构成和分解切削力的构成和分解A切削力切削力Fc 计算车床动力和设计主运动传动系统零件强计算车床动力和设

11、计主运动传动系统零件强度和刚度的主要依据度和刚度的主要依据,消耗机床消耗机床95%的功率的功率.B进给力进给力Ff 设计和使用车床验算进给运动传动系统零件设计和使用车床验算进给运动传动系统零件强度的依据强度的依据,消耗机床消耗机床1-5%的功率的功率.轴向力轴向力.C背向力背向力Fp 径向力径向力,加工细长轴加工细长轴,容易引起工件弯曲变形容易引起工件弯曲变形使车得工件中间大使车得工件中间大,两头小两头小,有时容易引起振有时容易引起振动动.Mechanical and Electrical Engineeering College切削力的图解切削力的图解Mechanical and Elect

12、rical Engineeering College切削力切削力车长轴时车长轴时,常采用主偏角常采用主偏角Kr=90的车刀的车刀,就是为了减小就是为了减小背向力背向力.三个切削分力与总切削力三个切削分力与总切削力F如下关系如下关系:2切削力的估算切削力的估算 经验公式经验公式 222CfpFFFFFFcccCccxycFpFFpFFC afKCayccFF与工件材料和刀具材料有关系数背吃刀量,mmf-进给量 mm/sx指数 K与切削用量,刀具角度,刀具磨损,切削液体有关系数Mechanical and Electrical Engineeering College切削力的估算切削力的估算用单位

13、切削力用单位切削力P来估算来估算 生产中常用单位切削力来估算其大小生产中常用单位切削力来估算其大小,单位切削力指作用在单单位切削力指作用在单位切削面积上的切削力位切削面积上的切削力,P的单位为的单位为N/mm2,其估算公式其估算公式:3 切削功率切削功率 车削加工所消耗的总功率车削加工所消耗的总功率,应该是三个分力所消耗的功率之和应该是三个分力所消耗的功率之和,但但Fp不做功不做功,Ff消耗功率很小消耗功率很小,小于小于1%,因此因此,通常车削外圆通常车削外圆的功率可用下列公式计算的功率可用下列公式计算: Pm=Fc*Vc/1000KW 考虑机床传动效率考虑机床传动效率x=0.75-0.85,

14、故机床电动机功率故机床电动机功率Pe的的计算公式计算公式: Pe大于大于Pm/x ccpFPAPa fNMechanical and Electrical Engineeering College四切削热和切削温度四切削热和切削温度 切削热和切削温度是金属切削过程中重要物理现象切削热和切削温度是金属切削过程中重要物理现象,它直它直接影响着刀具磨损和刀具耐用度也影响着工件表面质接影响着刀具磨损和刀具耐用度也影响着工件表面质量及生产率量及生产率.1 切削热的产生切削热的产生,传出及对加工的影响传出及对加工的影响 A来源来源 切屑变形所产生的热量切屑变形所产生的热量-主要热源主要热源 切屑与刀具前刀

15、面摩擦所产生的热量切屑与刀具前刀面摩擦所产生的热量 工件与刀具后刀面摩擦所产生的热源工件与刀具后刀面摩擦所产生的热源 B加工影响加工影响 刀具刀具:刀具摩擦刀具摩擦 工件工件:工件变形工件变形,产生形状和尺寸误差产生形状和尺寸误差 Mechanical and Electrical Engineeering College切削热的来源切削热的来源Mechanical and Electrical Engineeering College2切削温度及其影响因素切削温度及其影响因素A概念概念: 切削温度是指刀具与切屑切削温度是指刀具与切屑,工件接触区域的平均温度工件接触区域的平均温度.B影响因素影

16、响因素 a切削用量对切削温度的影响切削用量对切削温度的影响 根据上面公式选择切削用量根据上面公式选择切削用量0.410.140.04pVfapCVCfCaMechanical and Electrical Engineeering College切削温度影响因素切削温度影响因素b刀具几何参数对切削温度影响刀具几何参数对切削温度影响 前角前角:前角大前角大 t小小; 主偏角主偏角:Kr大大 t大大;c工件材料对切削温度影响工件材料对切削温度影响 强度和硬度强度和硬度; 材料导热系数材料导热系数; 脆性材料脆性材料;d切削液对切削温度影响切削液对切削温度影响e刀具磨损对切削温度影响刀具磨损对切削温

17、度影响C切削温度经验公式切削温度经验公式: 公式中指数和系数取决于切削条件公式中指数和系数取决于切削条件,如工件材料如工件材料,刀具材料刀具材料,刀具角度及冷却条件等刀具角度及冷却条件等.xyepC VfaMechanical and Electrical Engineeering College五刀具磨损和刀具耐用度五刀具磨损和刀具耐用度1刀具磨损形式和过程刀具磨损形式和过程 形式形式:前刀面前刀面,后刀面后刀面,前刀面与后刀面同时磨损前刀面与后刀面同时磨损. 过程过程:初期磨损初期磨损,正常磨损正常磨损,急剧磨损阶段急剧磨损阶段. 刃磨最好阶段刃磨最好阶段:正常磨损后期正常磨损后期,急剧磨

18、损阶段前急剧磨损阶段前.2影响刀具磨损的因素影响刀具磨损的因素 切削用量切削用量 刀具材料刀具材料 刀具形状刀具形状,工件材料工件材料,是否使用切削液等是否使用切削液等.Mechanical and Electrical Engineeering College刀具磨损形式刀具磨损形式Mechanical and Electrical Engineeering College磨损过程磨损过程Mechanical and Electrical Engineeering College刀具耐用度及其切削用量的关系刀具耐用度及其切削用量的关系刀具耐用度刀具耐用度: 刀具开始切削直到磨损达到磨钝标准为

19、止的总的时刀具开始切削直到磨损达到磨钝标准为止的总的时间间,用用t表示表示.影响因素影响因素:工件材料工件材料,刀具材料刀具材料,刀具几何角度刀具几何角度,切削用切削用量等量等刀具耐用度与切削速度的关系用刀具耐用度与切削速度的关系用单因素实验法单因素实验法求得求得: 选择切削用量时选择切削用量时,首先选择较大的切削深度首先选择较大的切削深度,然后根然后根据加工要求选取最大进给量据加工要求选取最大进给量.最后在一定刀具耐用最后在一定刀具耐用度和机床功率允许下选取最优切削速度度和机床功率允许下选取最优切削速度.111vpmnpCtVfam n pMechanical and Electrical

20、Engineeering College六切削用量的合理选择六切削用量的合理选择1粗加工时选择粗加工时选择 原则原则:较高的生产率较高的生产率,保证必要刀具耐用度保证必要刀具耐用度. 思路思路:在保证刀具耐用度前提下在保证刀具耐用度前提下,使切削用量乘积尽可使切削用量乘积尽可能大能大,优先选择大的背吃刀量优先选择大的背吃刀量,进给量进给量,切削速度切削速度. 选择方法选择方法:A背吃刀量背吃刀量:尽可能一次性进给全切除尽可能一次性进给全切除.B进给量进给量:根据机床功率根据机床功率,传动机构的强度及工件表面粗传动机构的强度及工件表面粗糙度糙度,进给力小于机床允许最大值进给力小于机床允许最大值.

21、C切削速度切削速度:根据耐用度根据耐用度,工件工件,刀具材料刀具材料,手册计算选用手册计算选用合理的切削速度合理的切削速度.Mechanical and Electrical Engineeering College2精加工时选择切削用量精加工时选择切削用量原则原则:保证加工精度和表面粗糙度保证加工精度和表面粗糙度,刀具耐用度和生产刀具耐用度和生产率率,关键控制积屑瘤关键控制积屑瘤.方法方法: 硬质合金车刀切削硬质合金车刀切削,选用高的切削速度选用高的切削速度; 高速钢切削高速钢切削,选用低的切削速度选用低的切削速度. 精加工精加工,采用较小的背吃刀量和进给量采用较小的背吃刀量和进给量.常见常

22、见: 高速精车高速精车: ap=0.3-0.5 低速光刀低速光刀: ap=0.05-0.1 f=0.05-0.2mm/r 硬质合金硬质合金: Vc=1.7-3.34m/s 车铸铁车铸铁: Vc=1-1.7m/sMechanical and Electrical Engineeering College1-4磨具与磨削过程磨具与磨削过程一、磨料与磨具一、磨料与磨具 磨削是用带有磨粒的工具对工件进行加工;磨削是用带有磨粒的工具对工件进行加工; 磨削工具:砂轮,油石,磨头,砂瓦,纱布,砂纸,砂带,磨削工具:砂轮,油石,磨头,砂瓦,纱布,砂纸,砂带,研磨膏;研磨膏; 砂轮是一种用结合剂把磨粒黏结起来,

23、经压坯,干燥,陪烧砂轮是一种用结合剂把磨粒黏结起来,经压坯,干燥,陪烧及修整而成,具有很多气孔,用磨粒进行切削的固结磨具。及修整而成,具有很多气孔,用磨粒进行切削的固结磨具。砂轮特性主要有:砂轮特性主要有: A 磨料磨料 B 粒度粒度 C 结合剂结合剂 D 硬度硬度 E 组织组织 F 形状与尺寸形状与尺寸 G 磨具标记磨具标记 Mechanical and Electrical Engineeering College砂轮特性:磨料砂轮特性:磨料制造磨具的主要原料,直接担负切削工作;制造磨具的主要原料,直接担负切削工作;常见:棕刚玉常见:棕刚玉A(硬度低的塑性材料);(硬度低的塑性材料); 白

24、刚玉白刚玉WA(硬度高的塑性材料);(硬度高的塑性材料); 黑碳化硅黑碳化硅C(硬度低的脆性材料);(硬度低的脆性材料); 绿碳化硅绿碳化硅GC(硬度高的脆性材料)。(硬度高的脆性材料)。诸如:中、低碳钢、低合金钢;高碳钢、高速钢、诸如:中、低碳钢、低合金钢;高碳钢、高速钢、淬硬钢;铸铁、铸铜;硬质合金、宝石、陶淬硬钢;铸铁、铸铜;硬质合金、宝石、陶瓷、玛瑙、刚玉、玻璃。瓷、玛瑙、刚玉、玻璃。Mechanical and Electrical Engineeering College砂轮特性:粒度砂轮特性:粒度磨料颗粒的大小,用粒度号表示;磨料颗粒的大小,用粒度号表示;具有:磨料和微粉两种粒度

25、号;具有:磨料和微粉两种粒度号; 粗磨选用较粗的磨粒(粒度号小);粗磨选用较粗的磨粒(粒度号小); 精磨选用较细的磨粒(粒度号大);精磨选用较细的磨粒(粒度号大); 微粉多用于研磨等精密、超精密加工。微粉多用于研磨等精密、超精密加工。Mechanical and Electrical Engineeering College砂轮特性:结合剂砂轮特性:结合剂将磨料粘合成具有一定强度和形状的砂轮,影响将磨料粘合成具有一定强度和形状的砂轮,影响砂轮强度、耐热性及抗腐蚀能力;砂轮强度、耐热性及抗腐蚀能力;常见:陶瓷结合剂常见:陶瓷结合剂V(适用外、内圆、平面、无(适用外、内圆、平面、无心磨和成形磨削砂

26、轮);心磨和成形磨削砂轮); 树脂结合剂树脂结合剂B(切断和开槽的薄片砂轮及高(切断和开槽的薄片砂轮及高速磨削砂轮);速磨削砂轮); 橡胶结合剂橡胶结合剂R(无心磨削导轮、抛光砂轮);(无心磨削导轮、抛光砂轮); 金属结合剂金属结合剂M(金刚石砂轮)。(金刚石砂轮)。Mechanical and Electrical Engineeering College砂轮特性:硬度砂轮特性:硬度磨具在外力作用下磨粒脱落的难易程度(结合磨具在外力作用下磨粒脱落的难易程度(结合度);反映结合剂固结磨粒的牢固程度,磨度);反映结合剂固结磨粒的牢固程度,磨粒脱落难则硬度高,反之硬度低;粒脱落难则硬度高,反之硬度

27、低; 决定了砂轮的自锐性。决定了砂轮的自锐性。常见:常见:D E F(超软)(超软)G H J(软)(软)K L(中软)(中软)M N (中)(中)P Q R(中硬)(中硬)S T(硬)(硬)Y(超硬)共(超硬)共16个等级。个等级。Mechanical and Electrical Engineeering College砂轮特性:组织砂轮特性:组织磨具中磨粒、结合剂、气孔三者体积的比例关系;磨具中磨粒、结合剂、气孔三者体积的比例关系;以磨粒率(磨粒占磨具体积的百分率)表示以磨粒率(磨粒占磨具体积的百分率)表示磨具的组织号。组织号大,砂轮的组织紧密、磨具的组织号。组织号大,砂轮的组织紧密、反

28、之,组织疏松;反之,组织疏松;常见:常见:0 号组织最紧密;号组织最紧密;14号最疏松,磨粒率号最疏松,磨粒率最低。普通磨削采用最低。普通磨削采用4-7号组织号。号组织号。Mechanical and Electrical Engineeering College砂轮形状、代号和用途砂轮形状、代号和用途Mechanical and Electrical Engineeering College磨具标记磨具标记Mechanical and Electrical Engineeering College砂轮选用原则砂轮选用原则砂轮选用的主要依据:砂轮选用的主要依据:被磨材料的性质、要求达到的工件表面粗糙度值和金属磨除率;被磨材料的性质、要求达到的工件表面粗糙度值和金属磨除率;1 磨削时选用被刚玉类砂轮,磨削硬铸铁、硬质合金和非铁金属磨削时选用被刚玉类砂轮,磨削硬铸铁、硬质合金和非铁金属时选用碳化硅砂轮;时选用碳化硅砂轮;2 磨削软材料时选用硬砂轮,磨削硬材料时选软砂轮;磨削软材料时选用硬砂轮,磨削硬材料时选软砂轮;3 磨削软和韧性材料选用粗磨粒(磨削软和韧性材料选用粗磨粒(12#-36#);磨削硬而脆材);磨削硬而脆材料时选用细磨料(料时选用细磨料(46#-100#););4 磨削表面粗糙度要求较低时选用细磨粒,金属切除率要求高时磨削

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