金属切削过程及控制

1、安徽工程大学3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型 切削变形实验设备与录像装置教案九教案九安徽工程大学没有副刃参加切削，且没有副刃参加切削，且s s = 0= 0。直角、斜角自由切削与不自由切削直角、斜角自由切削与不自由切削a a）直角切削）直角切削b b）斜角切削）斜角切削c c）不自由切削）不自由切削3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案九教案九安徽工程大学一、切屑成形过程及切削变形区的划分一、切屑成形过程及切削变形区的划分切屑根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：=s剪切角金属切削变形过程（视频）金属切削变形过程（视频）3.1 3.1 切削过程与切屑

2、类型切削过程与切屑类型教案九教案九安徽工程大学金属切削过程中的滑移线和流线示意图3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案九教案九安徽工程大学第第变形区：变形区：金属切削金属切削过程的塑性变形主要集中过程的塑性变形主要集中于此区。于此区。切削部位三个变形区切削部位三个变形区第第变形区：变形区：造成已加工面加工硬化和纤维化的主要原因。造成已加工面加工硬化和纤维化的主要原因。第第变形区：变形区：此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。屑瘤的主要原因。3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案九教案九安徽工程大学第第3

3、3章章 金属切削过程与控制金属切削过程与控制3.1 3.1 切削过程和切屑切削过程和切屑3.2 3.2 切削力切削力3.3 3.3 切削热、切削温度和切削液切削热、切削温度和切削液3.4 3.4 刀具的磨损和刀具耐用度刀具的磨损和刀具耐用度3.6 3.6 切削用量的合理选择切削用量的合理选择教学目的：教学目的：掌握切削的三个变形区；了解切屑的基本类型；掌握切削的三个变形区；了解切屑的基本类型；掌握切削力的组成及计算方法；掌握切削热的产生以及对刀掌握切削力的组成及计算方法；掌握切削热的产生以及对刀具寿命的影响。具寿命的影响。教学重点：教学重点：1 1金属切削过程中所产生的物理现象及其金属切削过程

4、中所产生的物理现象及其内在规律及应用；内在规律及应用；2 2刀具耐用度和刀具总寿命；刀具耐用度和刀具总寿命；3 3合合理选择切削用量的原则和方法；理选择切削用量的原则和方法；教案九教案九安徽工程大学3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案九教案九安徽工程大学晶粒滑移示意图晶粒滑移示意图 3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案九教案九安徽工程大学二、变形程度的表示方法二、变形程度的表示方法变形系数变形系数hLchhDhchLD切屑与切削层尺寸厚度变形系数 cos()sinchhDhh长度变形系数chDLLL 变形系数Ah的计算3.1 3.1 切削过程与切屑类型切

5、削过程与切屑类型教案九教案九安徽工程大学影响切削变形的因素影响切削变形的因素1 1、切削厚度切削厚度2 2、刀具角度刀具角度3 3、切削速度、切削速度3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案十教案十安徽工程大学三、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响三、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响 1 1、形成前提：、形成前提：（1 1）工件材料的塑性；（）工件材料的塑性；（2 2）切削速度；）切削速度；（1 1）产生新鲜表面）产生新鲜表面（2 2）温度和压力下，产生）温度和压力下，产生 滞留层滞留层（3 3）滞留层脱离）滞留层脱离（4 4）新的滞留层产生）新的滞留层产生（5 5）积屑瘤不断的

6、生成、）积屑瘤不断的生成、 脱落脱落2、积屑瘤生成过程、积屑瘤生成过程3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案十教案十安徽工程大学 3、积屑瘤对切削过程的影响、积屑瘤对切削过程的影响3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案十教案十增大前角，减小切削变形增大前角，减小切削变形 和切削力和切削力 增大已加工表面粗糙度增大已加工表面粗糙度安徽工程大学4 4、控制积屑瘤的措施、控制积屑瘤的措施（1 1）正确选择切削速度）正确选择切削速度（2 2）使用润滑性能好的切削液）使用润滑性能好的切削液（3 3）增大刀具前角）增大刀具前角（4 4）适当提高工件材料硬度。）适当提高工

7、件材料硬度。教案十教案十3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型安徽工程大学切削塑性材料切削塑性材料 带状切屑带状切屑 挤裂切屑挤裂切屑 单元切屑单元切屑 切削平稳，力波动小切削平稳，力波动小 滑移量较大，局部滑移量较大，局部 切削不平稳，力波动大切削不平稳，力波动大 加工面光洁，断屑难加工面光洁，断屑难 剪应力达断裂强度剪应力达断裂强度 加工表面粗糙加工表面粗糙 少见少见切削脆性材料切削脆性材料 产生崩碎切屑，切削过程产生崩碎切屑，切削过程不平稳不平稳, ,表面粗糙度大，表面粗糙度大， 应应0 0v vh hD D3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型 四、切屑的类

8、型及控制四、切屑的类型及控制1 1、切屑的类型、切屑的类型安徽工程大学带状切屑带状切屑挤裂切屑挤裂切屑单元切屑单元切屑崩碎切屑崩碎切屑3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型切屑形态照片切屑形态照片切屑类型（视频）切屑类型（视频）教案十教案十安徽工程大学安徽工程大学控制切屑的意义控制切屑的意义断屑机理及措施断屑机理及措施 切屑经第切屑经第、第、第变形区的剧烈变形后，硬度变形区的剧烈变形后，硬度增加，塑性下降，脆性增加。在切屑排出过程中，增加，塑性下降，脆性增加。在切屑排出过程中，当碰到障碍时，如某一部位的应变超过了切屑材料当碰到障碍时，如某一部位的应变超过了切屑材料的断裂应变值，切

9、屑就会折断。的断裂应变值，切屑就会折断。 工件材料脆性越大、切屑厚度越大、切屑卷曲半工件材料脆性越大、切屑厚度越大、切屑卷曲半径越小，切屑就越容易折断。径越小，切屑就越容易折断。 2 2、切屑的控制、切屑的控制3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案十教案十安徽工程大学采用断屑槽采用断屑槽 对流动中的切屑施加一定的约束力，使切屑应变增大，对流动中的切屑施加一定的约束力，使切屑应变增大，切屑卷曲半径减小。切屑卷曲半径减小。 3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案十教案十安徽工程大学l 断屑槽在前刀面的位置有三种型式：断屑槽在前刀面的位置有三种型式：（a a）平行

10、式；（）平行式；（b b）外斜式；（）外斜式；（c c）内斜式。）内斜式。 其中外斜式最常用，平行式次之。内斜式主要用于其中外斜式最常用，平行式次之。内斜式主要用于 背吃刀量背吃刀量a ap p较小的半精加工和精加工。较小的半精加工和精加工。 3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案十教案十安徽工程大学 改变刀具角度改变刀具角度 增大刀具主偏角，切削厚度变大，有利于断屑。增大刀具主偏角，切削厚度变大，有利于断屑。 减小刀具前角可使切屑变形加大，切屑易于折断。减小刀具前角可使切屑变形加大，切屑易于折断。 刃倾角可以控制切屑的流向，为正值时，切屑常卷曲刃倾角可以控制切屑的流向，为正

11、值时，切屑常卷曲 后碰到后刀面折断形成后碰到后刀面折断形成C C形屑或自然流出形成螺卷屑；形屑或自然流出形成螺卷屑； 为负值时，切屑常卷曲后碰到已加工表面折断成为负值时，切屑常卷曲后碰到已加工表面折断成C C形形 屑或屑或6 6字形屑。字形屑。 3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案十教案十安徽工程大学 调整切削用量调整切削用量 提高进给量使切削厚度增大，对断屑有利；但增大提高进给量使切削厚度增大，对断屑有利；但增大会增大加工表面粗糙度。会增大加工表面粗糙度。 适当地降低切削速度使切削变形增大，也有利于断适当地降低切削速度使切削变形增大，也有利于断屑，但这会降低材料切除效率。

12、屑，但这会降低材料切除效率。3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案十教案十安徽工程大学一、切削力的来源、切削合力及分解、切削功率一、切削力的来源、切削合力及分解、切削功率 切削层金属、切切削层金属、切屑和工件表面金属屑和工件表面金属的弹、塑性的弹、塑性变形所变形所产生的抗力产生的抗力 切屑、工件与刀切屑、工件与刀具间具间摩擦阻力摩擦阻力1 1、切削力的来源、切削力的来源3.2 3.2 切削力切削力教案十教案十安徽工程大学2 2、切削合力及分解切削合力及分解1 1）主切削力主切削力F Fz 2 2）切深抗力切深抗力F Fy 3 3）进给力进给力F Fx 22222XYZXYZr

13、FFFFFF3.2 3.2 切削力切削力教案十教案十安徽工程大学3.2 3.2 切削力切削力教案十教案十安徽工程大学3 3、切削功率切削功率F Fz zv vc c1010-3-3（KWKW）主运动消耗的功率主运动消耗的功率 ，占总，占总 切切 削功率的削功率的95%95%左右。左右。1010-3-3（KWKW） 进给运动消耗的功率，占进给运动消耗的功率，占1000 xwF n f总消耗功率的总消耗功率的5%5%左右左右。总消耗功率：总消耗功率：P Pmm=（F Fz zv vc c+ +1000 xwF n f）10-3 切深抗力方向没有位移，因此不消耗功率。切深抗力方向没有位移，因此不消耗

14、功率。3.2 3.2 切削力切削力教案十教案十式中式中 机床传动效率，通常机床传动效率，通常= 0.75= 0.750.85 0.85 ()cEPPKW安徽工程大学二、切削力的计算及经验公式1 1、计算切削力的指数公式、计算切削力的指数公式zzFzFzFzFnYXpFzKVfaCFyyFyFyFyFnYXpFyKVfaCFxxFxFxFxFnYXpFxKVfaCFC CFzFz、C CFyFy、C CFxFx与被加工金属材料和切削条件有关的系数；与被加工金属材料和切削条件有关的系数；x xFzFz、x xFyFy、x xFxFx背吃刀量背吃刀量apap的影响指数；的影响指数；y yFzFz、y

15、 yFyFy、y yFxFx进给量进给量f f的影响指数；的影响指数；n nFzFz、n nFyFy、n nFxFx切削速度切削速度v v的影响指数；的影响指数；K KFzFz、K KFyFy、K KFxFx计算条件与实验条件不同时的总修正系数。计算条件与实验条件不同时的总修正系数。 3.2 3.2 切削力切削力教案十教案十切削深度对切削力的影响最大，进给量的影响次之，切削速度的影响最小。安徽工程大学2、用单位切削力计算主切削力zcFAzpFa f p=（N/mm2） F Fz z=pa=pap pfKfKf fp pK Kv vFzFzK KF Fz zF Fy y=pa=pap pfKfK

16、f fp pK Kv vF Fz z（F Fy y/F/Fz z）K KF Fy y F Fx x=pa=pap pfKfKf fp pK Kv vFzFz（F Fx x/F/Fz z）K KF Fx xK Kf fp p进给量对单位切削力的修正系数；进给量对单位切削力的修正系数；K Kv vF Fz z切削速度改变时对主切削力的修正系数；切削速度改变时对主切削力的修正系数；F Fy y/ /F Fz z、F Fx x/ /F Fz z主偏角不同时，主偏角不同时，F Fy y、FxFx与与FzFz的比值；的比值；K KF Fz z、K KF Fy y、K KF Fx x刀具几何参数不同时对切削

17、力的修正系数。刀具几何参数不同时对切削力的修正系数。3.2 3.2 切削力切削力教案十教案十DDzbhF安徽工程大学三、影响切削力的因素背吃刀量背吃刀量a ap p进给量进给量f fA AD D变形抗力变形抗力摩擦力摩擦力切削力切削力 标准切削试验： 刀具材料YT15，工件材料45，b = 650 Mpa，车刀几何参数为o =10、kr = 45、 ls =0。 FCFCK0.15-0.751.0CCSPCvfaF1 1）背吃刀量）背吃刀量a ap p 和进给量和进给量f f对切削力的影响对切削力的影响; ;3.2 3.2 切削力切削力教案十教案十安徽工程大学5 19 28 35 55 100

18、 130 切削速度 v（m/min） 981784588主切削力Fc（N）切削速度对切削力的影响2 2）切削速度）切削速度VcVc对切削力的影响对切削力的影响; ; 3.2 3.2 切削力切削力教案十教案十安徽工程大学前角对0切削力的影响前角0切削力F0 - Fc0 Fp0 Ff主偏角r对切削力的影响主偏角r / 切削力/ N3045607590r - Fcr Ffr Fp2 006 001 0 001 4 001 8 002 2 003.2 3.2 切削力切削力教案十教案十安徽工程大学3.2 3.2 切削力切削力教案十教案十安徽工程大学强度高加工硬化倾向大切削力大4、切削液 有润滑作用，使切

19、削力降低 ；5、刀具磨损 使切削力增大，对吃刀抗力Fp的影响最为显著 ；3.2 3.2 切削力切削力教案十教案十安徽工程大学一、切削热的产生与传导一、切削热的产生与传导3.3 3.3 切削热、切削温度、切削液切削热、切削温度、切削液1 1、切削热来源：、切削热来源： 切削层金属发生弹性和塑切削层金属发生弹性和塑性变形所消耗的能量；性变形所消耗的能量； 切屑与前刀面、工件与后切屑与前刀面、工件与后刀面间产生的摩擦热。刀面间产生的摩擦热。 切削热由切屑、工件、刀具及周围的介质（空气，切切削热由切屑、工件、刀具及周围的介质（空气，切削液）向外传导。影响散热的主要因素是：削液）向外传导。影响散热的主要

20、因素是： （1 1）工件材料的导热系数）工件材料的导热系数2 2、切削热传导、切削热传导（2 2）刀具材料的导热系数）刀具材料的导热系数 （3 3）周围介质）周围介质安徽工程大学加工方法加工方法切屑切屑工件工件刀具刀具车削车削5080%1040%5%铣削铣削70%50%15%磨削磨削4%80%12%安徽工程大学二、影响切削温度的主要因素1、 切削用量的影响 ZyxcpC vfa 刀具材料加工方法高速钢车削1401700.350.450.20.30.080.10铣削80钻削150硬质合金车削320f (mm/r)0.10.410.150.050.20.310.30.26表3-2 切削温度的系数及

21、指数切削速度对切削温度的影响最大，进给量的影响次之，切削深度的影响最小。k安徽工程大学2 2、刀具几何参数的影响、刀具几何参数的影响 安徽工程大学3、工件材料的影响 工件材料机械性能切削温度工件材料导热性 切削温度安徽工程大学4、刀具磨损的影响 安徽工程大学5、切削液的影响 安徽工程大学三、切削液三、切削液（1 1）作用机理）作用机理 冷却作用冷却作用 润滑作用润滑作用 清洗作用清洗作用 防锈作用防锈作用（2 2）类型）类型 水溶性和非水溶性切削液水溶性和非水溶性切削液安徽工程大学正常磨损非正常磨损一、刀具磨损形态及其原因1、刀具磨损形态脆性破损脆性破损塑性破损塑性破损3.4 3.4 刀具的磨

22、损和刀具耐用度刀具的磨损和刀具耐用度安徽工程大学安徽工程大学3.4 3.4 刀具的磨损和刀具耐用度刀具的磨损和刀具耐用度安徽工程大学44 后刀面磨损后刀面磨损安徽工程大学3.4 3.4 刀具的磨损和刀具耐用度刀具的磨损和刀具耐用度安徽工程大学2、刀具磨损原因 刀具磨损是机械的、热的和化学的三种作用的综合结果刀具磨损是机械的、热的和化学的三种作用的综合结果1）磨料磨损）磨料磨损2）黏结磨损）黏结磨损3）相变磨损）相变磨损4）扩散磨损）扩散磨损5）化学磨损）化学磨损低速切削刀具磨损的主要原因低速切削刀具磨损的主要原因中等偏低的切削速度下切削塑中等偏低的切削速度下切削塑性材料金属性材料金属 切削温度

23、超过了相变温度切削温度超过了相变温度 更高温度下产生的一种化学性质的更高温度下产生的一种化学性质的磨损，切削金属材料时磨损，切削金属材料时 3.4 3.4 刀具的磨损和刀具耐用度刀具的磨损和刀具耐用度安徽工程大学刀具磨损过程刀具磨损过程初期磨损初期磨损后刀面磨损量后刀面磨损量VBVB正常磨损正常磨损急剧磨损急剧磨损切削时间切削时间二、刀具磨损过程及磨钝标准1 1、刀具磨损过程、刀具磨损过程3.4 3.4 刀具的磨损和刀具耐用度刀具的磨损和刀具耐用度安徽工程大学2 2、磨钝标准、磨钝标准3.4 3.4 刀具的磨损和刀具耐用度刀具的磨损和刀具耐用度安徽工程大学三、刀具耐用度及其经验公式刀具从切削开

24、始至磨磨损量达到钝标准的切削时间， 用T 表示。刀具总寿命 一把新刀从投入切削开始至报废为止的总切削时间，其间包括多次重磨。安徽工程大学111TpmnpCTvfa对刀具耐用度的影响v 的显著，f 次之，ap 影响最小 。安徽工程大学 一、切削用量对切削加工的影响一、切削用量对切削加工的影响1 1、对加工质量的影响、对加工质量的影响（1）ap、f增大降低加工精度和增大表面粗糙度（2）vc的影响5 19 28 35 55 100 130 切削速度 v（m/min） 981784588主切削力Fc（N）切削速度对切削力的影响切削速度对切削力的影响安徽工程大学2 2、对、对生产生产效率的影响效率的影响

25、pcQa fv 机床的切削效率可以用单位时间内切除的材料体积Q(mm3/min)表示：切削用量三要素对切削效率影响的权重是完全相同的。3 3、对、对刀具寿命刀具寿命的影响的影响111TpmnpCTvfav v 的影响最显著；的影响最显著；f f 次之；次之；a ap p 影响最小影响最小 。安徽工程大学二、切削用量的选用原则二、切削用量的选用原则（1 1）粗加工阶段切削用量的选用原则）粗加工阶段切削用量的选用原则（2 2）精加工阶段切削用量的选用原则）精加工阶段切削用量的选用原则Pc 首先选取尽可能大的背吃刀量首先选取尽可能大的背吃刀量a ap p，其次选取尽可能大，其次选取尽可能大的进给量的

26、进给量f f，最后按照刀具耐用度的限制确定合理的切削速，最后按照刀具耐用度的限制确定合理的切削速度度v vc c。cP 选用较高的切削速度选用较高的切削速度v vc c 、尽可能大的背吃刀量、尽可能大的背吃刀量a ap p和较小和较小的进给量的进给量f f。 合理的切削用量，就是指在保证加工质量的前提下，能获得合理的切削用量，就是指在保证加工质量的前提下，能获得较高生产效率和较低生产成本的切削用量。较高生产效率和较低生产成本的切削用量。安徽工程大学三、切削用量三要素的选用三、切削用量三要素的选用1 1背吃刀量背吃刀量a ap p 的选用的选用根据加工余量确定根据加工余量确定2 2进给量进给量f

27、 f的选用的选用粗加工时，在保留半精加工和精加工余量的前提下，尽可能一次切除全部余量，余量过大时可分 2 次走刀或多次走刀，两次走刀时，第一次走刀的切削深度取单边余量的 2/33/4 。半精加工时，通常取ap=0.52mm，精加工时，通常取a ap p=0.10.4mm=0.10.4mm粗加工时根据工艺系统强度和刚度条件确定（计算或查表）精加工和半精加工时根据加工表面粗糙度和加工精度的要求确定（计算或查表）表3-7 硬质合金车刀粗车外圆及端面的进给量工件 材料车刀刀杆尺寸 /mm工件直径mm 背吃刀量ap/mm3355881212 进给量f/(mmr-1)碳素 结构 钢、 合金 结构 钢及 耐

28、热 钢1625200.30.4400.40.50.30.4600.50.70.40.60.30.51000.60.90.50.70.50.60.40.54000.81.20.71.00.60.80.50.62030 2525200.30.4400.40.50.30.4600.60.70.50.70.40.61000.81.00.70.90.50.70.40.74001.21.41.01.20.81.00.60.90.40.6铸铁 及钢 合金1625400.40.5600.60.80.50.80.40.61000.81.20.71.00.60.80.50.74001.01.41.01.20.81

29、.00.60.82030 2525400.40.5600.60.90.50.80.40.71000.91.30.81.20.71.00.50.84001.21.81.21.61.01.30.91.10.70.9工件材料表面粗糙度 Ra/m切削速度范围vc/(mmin-1) 刀尖圆弧半径r/mm0.512 进给量f/(mmr-1)铸铁、青铜、 铝合金105不限0.250.400.400.500.500.6052.50.150.250.250.400.400.602.51.250.100.150.150.200.200.35碳钢及合金钢105500.300.500.450.600.550.70500.400.550.550.650.650.7052.5500.180.250.250.300.300.40500.250.300.300.3