中职车削加工技术3、金属切削过程与控制课件

1、(中职）车削加工技术3、金属切削过程与控制课件2车加工技术任务三 金属切削基础知识金属切削过程与控制建议：2课时子任务2 金属切削过程与控制2022/9/5学习目的切屑的形成机理及其形成过程和切屑的种类影响工件切削所需切削力的因素；影响刀具寿命的原因；切削液的选择学习重点 学习难点 切屑的形成机理及其形成过程和切屑的种类影响工件切削所需切削力的因素；影响刀具寿命的原因；切削液的选择金属切削过程与如何控制2022/9/5知识目标技能目标德育目标切屑的形成机理及其形成过程和切屑的种类影响工件切削所需切削力的因素；影响刀具寿命的原因；切削液的选择 能通过查阅资料获取相关知识能具备良好的职业素养，熟练

2、掌握金属切削过程与如何控制严谨细致、一丝不苟的科学态度和探索精神实践操作能力、团队合作能力，自我学习能力。2022/9/5复习提问1、刃磨刀具，你是如何选择砂轮机的？2、刃磨刀具要注意哪些？3、刀具的几何角度，你是如何保证的？ 4、车床操作可以了，车刀也会刃磨了，那么切削过程咋样？2022/9/5一、切削力 切削加工时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力，称为切削力。切削力的分解根据生产实际需要及测量方便，通常将总切削力F分解为三个互相垂直的分力，即：主切削力、背向力、进给力。 切削力来源于三个方面：克服被加工材料对弹性变形的抗力；克服被加工材料对塑性变形的抗力；克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后

3、刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。2022/9/5 Fz主切削力或切向力。 它切于过渡表面并与基面垂直。Fz是计算车刀强度，设计机床零件，确定机床功率所必需的。Fx进给抗力、轴向力或走刀力。 是处于基面内并与工件轴线平行与走刀方向相反的力。Fx是设计进给（走刀）机构，计算车刀进给功率所必需的。Fy切深抗力、或背向力、径向力、吃刀力。 是处于基面内并与工件轴线垂直的力。 Fy用来确定与工件加工精度有关的工件挠度，计算机床零件和车刀强度。它与工件在切削过程中产生的振动有关。2022/9/5 切削力合成与分解 切削力的来源2022/9/5 影响切削力的因素很多，主要有设备自身的功率大小、工件材

4、料、切削用量、刀具几何参数、刀具材料、刀具磨损状态和切削液等。1、工件材料1）硬度或强度提高，剪切屈服强度s增大，切削力增大。2）塑性或韧性提高，切屑不易折断，切屑与前刀面摩擦增大，切削力增大。2、切削用量1）背吃刀量（切削深度）ap、进给量增大，切削层面积增大，变形抗力和摩擦力增大，切削力增大。由于背吃刀量ap对切削力的影响比进给量对切削力的影响大(通常XFz=1,YFz=0.75-0.9），所以在实践中，当需切除一定量的金属层时，为了提高生产率，采用大进给切削比大切深切削较省力又省功率。2022/9/5 2）切削速度vc 加工塑性金属时，切削速度Vc对切削力的影响规律如同对切削变形影响一样

5、，它们都是通过积屑瘤与摩擦的作用造成的。切削脆性金属时，因为变形和摩擦均较小，故切削速度Vc改变时切削力变化不大。 实践应用，从切削力观点分析，切削时不宜选用过大的负刃倾角s。特别是在工艺系统刚度较差的情况下，往往因负刃倾角s增大了切深抗力Fy的作用而产生振动。2022/9/53、刀具几何角度1）前角：前角增大，变形减小，切削力减小。2）主偏角：主偏角Kr在3060范围内增大，由切削厚度hD的影响起主要作用，使主切削力Fz减小；主偏角Kr在6090范围内增大，刀尖处圆弧和副前角的影响更为突出，故主切削力Fz增大。一般地，Kr=6075,所以主偏角Kr增大，主切削力Fz增大。实践应用，在车削轴类

6、零件，尤其是细长轴，为了减小切深抗力Fy的作用，往往采用较大的主偏角Kr60的车刀切削。(3)刃倾角s：s对Fz影响较小，但对Fx、Fy影响较大。s由正向负转变，则Fx减小、Fy增大。2022/9/5 4、其它因素 （1）刀具棱面：应选较小宽度,使Fy减小。（2）刀具圆弧半径：增大，切削变形、摩擦增大，切削力增大。（3）刀具磨损：后刀面磨损增大，刀具变钝，与工件挤压、摩擦增大，切削力增大。2022/9/5 二、切削热的产生和传导 被切削的金属在刀具的作用下，发生弹性和塑性变形而耗功，这是切削热的一个重要来源。此外，切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩擦也要耗功，也产生出大量的热量。因此，切削时共

7、有三个发热区域，即剪切面、切屑与前刀面接触区、后刀面与过渡表面接触区。三个发热区与三个变形区相对应。所以，切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。2022/9/5 1、影响切削温度的主要因素1）切削用量的影响 分析各因素对切削温度的影响，主要应从这些因素对单位时间内产生的热量和传出的热量的影响入手。如果产生的热量大于传出的热量，则这些因素将使切削温度增高；某些因素使传出的热量增大，则这些因素将使切削温度降低。切削速度对切削温度影响最大，随切削速度的提高，切削温度迅速上升。而背吃力量ap变化时，散热面积和产生的热量亦作相应变化，故ap对切削温度的影响很小。2022/9/5 2）刀具几何参

8、数的影响 切削温度随前角o的增大而降低。这是因为前角增大时，单位切削力下降，使产生的切削热减少的缘故。但前角大于1820后，对切削温度的影响减小，这是因为楔角变小而使散热体积减小的缘故。 主偏角r减小时，使切削宽度aw增大，切削厚度ac减小，故切削温度下降。负倒棱b1在(02)f范围内变化，刀尖圆弧半径re在01.5mm范围内变化，基本上不影响切削温度。因为负倒棱宽度及刀尖圆弧半径的增大，会使塑性变形区的塑性变形增大，但另一方面这两者都能使刀具的散热条件有所改善，传出的热量也有所增加，两者趋于平衡，所以对切削温度影响很小。2022/9/5 3）刀具磨损的影响 在后刀面的磨损值达到一定数值后，对

9、切削温度的影响增大；切削速度愈高，影响就愈显著。合金钢的强度大，导热系数小，所以切削合金钢时刀具磨损对切削温度的影响，就比切碳素钢时大。4）切削液的影响 切削液对切削温度的影响，与切削液的导热性能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度有很大的关系。从导热性能来看，油类切削液不如乳化液，乳化液不如水基切削液。2022/9/52、切削温度的分布1）剪切面上各点温度几乎相同。2）前刀面和后刀面上的最高温度都不在刀刃上，而是在离刀刃有一定距离的地方。3）在剪切区域中，垂直剪切面方向上的温度梯度很大。4）在切屑靠近前刀面的一层(简称底层)上温度梯度很大，离前刀面0.10.2mm，温度就可能下降一半。5）后

10、刀面的接触长度较小，因此温度的升降是在极短时间内完成的。6）工件材料塑性越大，则前刀面上的接触长度愈大，切削温度的分布也就较均匀些；反之，工件材料的脆性愈大，则最高温度所在的点离刀刃愈近。7）工件材料的导热系数愈低，则刀具的前、后刀面的温度愈高。 2022/9/53、切削温度对工件、刀具和切削过程的影响 切削温度高是刀具磨损的主要原因，它将限制生产率的提高；切削温度还会使加工精度降低，使已加工表面产生残余应力以及其它缺陷。1）切削温度对工件材料强度和切削力的影响? 切削时的温度虽然很高，但是切削温度对工件材料硬度及强度的影响并不很大；剪切区域的应力影响不很明显。2） 对刀具材料的影响 适当地提

11、高切削温度，对提高硬质合金的韧性是有利的。3）对工件尺寸精度的影响4）利用切削温度自动控制切削速度或进给量?5）利用切削温度与切削力控制刀具磨损2022/9/5三、刀具寿命 按规定的不能继续切削的判断标准。刀具的实际切削时间或切削工件的数量为刀具一次刃磨寿命，直至刀具失效为止。各次刃磨寿命之和为刀具的总寿命。 刀具寿命是指一把新刀具从开始投入使用直到报废为止的总切削时间，其中包含多次重磨（重磨次数以n表示）时间，所以刀具寿命等于刀具耐用度和（n+1)的乘积。2022/9/5影响刀具寿命的因素1、工件材料的强度、硬度、塑性越大时，刀具的寿命越短。2、切削用量中，对刀具寿命影响最大的是切削速度、其

12、次是进给量、最小的是背吃量。3、适当增大前角、减小主偏角、副偏角和增大刀尖圆弧半径，均能延长刀具寿命。4、选用新型材料的刀具，是提高刀具寿命的有效途径。5、合理选择切削液也能延长刀具寿命。2022/9/5四、切屑的种类 在切削过程中，刀具推挤工件，首先使工件上的一层金属产生弹性变形，刀具继续前进时，在切削力的作用下，金属产生不能恢复原状的滑移（塑性变形），当塑性变形超过金属的强度极限时，金属就从工件上断裂下来形成切屑。 由于工件材料不同，切削过程中的变形程度也就不同，因而产生的切屑种类也就多种多样，如图所示。图中从左至右前三者为切削塑性材料的切屑，最后一种为切削脆性材料的切屑。切屑的类型是由应

13、力-应变特性和塑性变形程度决定的。 2022/9/5积屑瘤 在一定的切削速度（速度不高）下切削塑性材料（能形成带状切屑）时，常发现在刀具前刀面上靠近刀刃的部位粘附着一小块很硬的金属，其硬度是工件材料硬度的23.5倍，可以代替刀刃进行切削，并且以一定的频率生长和脱落，这块冷焊在前刀面的金属称为积屑瘤 称为积屑瘤。积屑瘤的形成条件 工件材料：塑性材料；塑性越好越容易产生积屑瘤 切削速度：中等（1050m/min），温度约300； 刀具角度： 0 偏小； 冷却条件：不加切削液。 2022/9/5五、切削液 切削液是一种用在金属切、削、磨加工过程中，用来冷却和润滑刀具和加工件的工业用液体切削液是金属切

14、削加工的重要配套材料。18世纪中后期以来，切削液在各种金属加工领域中得到了广泛的应用。20世纪初，人们从原油中提炼出大量润滑油，发明了各种润滑油添加剂，真正拉开了现代切削液技术的历史序幕。一）切削液的组成及性能特点 切削液的品种繁多，作用各异，分为油基切削液和水基切削液两大类。油基切削液也叫切削油，它主要用于低速重切削加工和难加工材料的切削加工。 水基切削液分为3大类乳化切削液、微乳化切削液和合成切削液。2022/9/5二）切削液的作用 使用切削液的主要目的是为减少切削能耗，及时带走切削区内产生的热量以降低切削温度、减少刀具与工件间的摩擦和磨损、提高刀具使用寿命，保证工件加工精度和表面质量，提高加工效率，达到最佳经济效果。 切削液在加工过程中的这些效果主要来源于其润滑作用、冷却作用、清洗作用和防锈作用。此外，因为切削液是油脂化学制品，直接与操作人员、工件和机床相接触，对其安全性和腐蚀性也必须有一定的要求。 2022/9/5三）切削液的选用 切削液都是按照油基切削液和水基切削液来选用的。总体上看，在加工质量和刀具寿命方面，油基切削液比水基切削液要优越，尽管随被加工材料、加工方法、加工条件的不同其优劣程度会有所差异。所以，水基切削液应该用于存在着比加工质量和刀具寿命更优先的场合。1、根据机床的要求选择切削液 2、根据刀具材料选择切削液 3、根据工件材料选择切削液4、根据加工方法选择切