机械制造技术基础-金属切削过程的基本规律

第二节金属切削过程基本规律一、金属切削过程1.切屑的形成图3-10金属切削过程中的滑移线和流线1.切屑的形成图3-12切屑类型1.切屑的形成图3-10金属切削过程中的滑移线和流线1.切屑的形成衡量切屑变形程度的方法：切屑厚度压缩比Λh

图3-13切屑厚度压缩比Λh的计算2.

积屑瘤

图3-15积屑瘤与切削刃的金相显微照片2.

积屑瘤

图3-16积屑瘤高度及其实际工作前角2.积屑瘤（1）积屑瘤对切削过程的影响：1)

积屑瘤包围着切削刃，可以代替前面、后面和切削刃进行切削，从而保护了刀刃，减少了刀具的磨损。2)

积屑瘤使刀具的实际工作前角增大，而且，积屑瘤越高，实际工作前角越大，刀具越锋利。3)

积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。4)

积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。

2.

积屑瘤

（2）积屑瘤的成因：1）工件材料的塑性；

2.

积屑瘤

（2）积屑瘤的成因：1）工件材料的塑性；2）切削速度；图3-17切削速度对积屑瘤的影响2.积屑瘤（2）积屑屑瘤的成因因：1）工件材材料的塑性性；2）切削速速度；3）刀具前前角；2.积屑瘤（2））积积屑屑瘤瘤的的成成因因：：1））工工件件材材料料的的塑塑性性；；2））切切削削速速度度；；3））刀刀具具前前角角；；4））冷冷却却润润滑滑条条件件。。二、、切切削削力力1.总总切切削削力力的的分分解解和和切切削削功功率率（1））总切切削削力力的的分分解解1））切切削削力力Fc2））背背向向力力Fp3））进进给给力力Ff1.总总切切削削力力的的分分解解和和切切削削功功率率（1））总切切削削力力的的分分解解1.总总切切削削力力的的分分解解和和切切削削功功率率（2））切削削功功率率单位位：：kwFc———切削削力力，，单单位位：：N；；vc———切削削速速度度，，单单位位：：m/min。。1.总总切切削削力力的的分分解解和和切切削削功功率率（2））切削削功功率率单位位：：kwc———机床床传传动动效效率率，，一一般般，，取取c=0.75～0.85。二、、切切削削力力2.切切削削力力的的经经验验公公式式切削削力力2.切切削削力力的的经经验验公公式式切削削力力背向向力力进给给力力切削削时时消消耗耗的的功功率率2.切切削削力力的的经经验验公公式式[计算算举举例例]：用YT5硬质质合合金金车车刀刀外外圆圆纵纵车车σb=630MPa的热热轧轧45钢，，车车刀刀几几何何参参数数为为go=10°°、kr=75°°、ls=–5°°，切削削用用量量为为asp=2mm、f=0.3mm/r、vc=100m/min。试计算切切削力Fc、Fp、Ff及切削功功率Pc。2.切切削力的的经验公公式[解]：查表3-2得：：CFC=2795xFC=1.0yFC=0.75zFC=-0.152.切切削力的的经验公公式[解]：2.切切削力的的经验公公式[解]：当b=630MPa时2.切切削力的的经验公公式续：按kr=75°°查表3-4，得按go=10°查表3-4，得按ls=-5°查表3-4，得2.切切削力的的经验公公式续：二、切削削力3.影影响切削削力的因因素总切削力力的来源源有两个个方面：：一是克服服被加工工材料对对弹性变变形和塑塑性变形形的抗力力；二是克服服切屑对对刀具前前面的摩摩擦阻力力和工件件表面对对刀具后后面的摩摩擦阻力力。3.影影响切削削力的因因素1）工件材料料的性能能对切削削力有显显著的影影响。工件材料料的硬度度或强度度愈高，，材料的的剪切屈屈服强度度也愈高高，发生生剪切变变形的抗抗力也愈愈大，故故切削力力也愈大大。3.影影响切削削力的因因素2）切削削用量对切削力力的影响响。a）背吃刀量量asp和进给量量f对切削力力的影响响;背吃刀量asp进给量fAD↑↑↑↑变形抗力摩擦力切削力↑二、切削削力标准切削削试验：：刀具材料料P10，，工件材料料45钢钢σb=650Mpa，，车刀几何何参数为为go=10°°、kr=45°、ls=0°。。即，asp增大一倍倍，FC也增大一一倍；而而f增大一倍倍，FC只能增大大68%～80％。二、切削削力由此可见见，从减小切切削力和和节省动动力消耗耗的观点点出发，，在切除除相同余余量的条条件下，，增大f比增大asp更为有利利。3.影影响切削削力的因因素2）切削削用量对切削力力的影响响。b）切削速度度Vc对切削力力的影响响;切削塑性性材料时时3.影影响切削削力的因因素2）切削削用量对切削力力的影响响。b）切削速度度Vc对切削力力的影响响;3.影影响切削削力的因因素3）刀具具几何参参数对切削力力的影响响。a）前角go对切削力力的影响响;↑刀刃锋利利↑↓前角go变形抗力力切削力↓3.影影响切削削力的因因素3）刀具具几何参参数对切削力力的影响响。a）前角go对切削力的的影响;图3-25前前角角对切削削力的影影响asp=

4mmf=

0.25mm/r3.影影响切削削力的因因素3）刀具具几何参参数对切削力力的影响响。b）主偏角kr对切削力力的影响响;3.影影响切削削力的因因素3）刀具具几何参参数对切削力力的影响响。c）刃倾角ls对切削力力的影响响;ls↑↓背前角gp↑侧前角gfFp↓Ff↑3.影影响切削削力的因因素3）刀具具几何参参数对切削力力的影响响。d）刀尖圆弧弧半径re对切削力力的影响响;3.影影响切削削力的因因素3）刀具具几何参参数对切削力力的影响响。e）使用切削削液对切削力力的影响响;三、切削削热和切切削温度度1.切削削热的来来源与传传出图3-29切切削削热的来来源与传传出三、切削削热和切切削温度度1.切削削热的来来源与传传出式中Q——单位时间间产生的的热量，，单位：：J

/s；Fc——切削力，，单位：：N；vc———切削速度度单位：：m

/s。三、切削削热和切切削温度度1.切削削热的来来源与传传出图3-30不不同同切削速速度下的的热量传传出比例例三、切削削热和切切削温度度1.切削削热的来来源与传传出加工方法切屑工件刀具车削50~80%10~40%<5%铣削70%<30%5%钻、镗削30%>50%15%磨削4%>80%12%三、切削削热和切切削温度度2.切切削温度度的分布布a）法平面内内的切削削温度分分布b）刀具前面面上的切切削温度度分布图3-33切切削削温度的的分布三、切削削热和切切削温度度3.影响响切削温温度的主主要因素素(1)工件材料料工件材料料的强度度、硬度度越高，，总切削削力越大大，单位位时间内内产生的的热量越越多，切切削温度度也就越越高。工件材料料的导热热性好，，从切屑屑和工件件传出的的切削热热相应增增多，切切削区的的平均温温度降低低。例如，合合金结构构钢的强强度普遍遍高于45钢，而导导热系数数又一般般均低于于45钢，所以以切削合合金结构构钢的切切削温度度高于切切削45钢的切削削温度。。3.影响响切削温温度的主主要因素素(2)切削用量量在切削用用量中，，切削速度度对切削削温度的的影响最最大。随着切削削速度的的提高，，材料切切除率随随之成正正比例的的增加。。但随着着切削速速度的提提高，切切屑变形形相应减减小，所所以，切切削功和和切削热热虽然有有所增高高，但不不可能成成正比例例的增高高，因此此，切削削温度也也不会成成正比例例的增高。3.影响响切削温温度的主主要因素素(2)切削用量量切削速度度3.影响响切削温温度的主主要因素素(2)切削用量量进给量材料切除除率Q=

1000vcaspf3.影响响切削温温度的主主要因素素(2)切削用量量背吃刀量量材料切除除率Q=

1000vcaspf3.影响响切削温温度的主主要因素素综上所述述，切削削用量对对切削温温度的影影响程度度以切削削速度为为最大，，进给量量次之，，背吃刀刀量最小小。因此，若若要切除除给定的的余量，，又要求求切削温温度较低低，则在在选择切切削用量量时，应应优先考考虑采用用大的背背吃刀量量，然后后选择一一个适当当的进给给量，最最后再选选择合理理的切削削速度。。上述切削削用量选选择原则则是从最最低切削削温度出出发考虑虑的，这这也是制制订零件件加工工工艺规程程时，确确定切削削用量的的原则。。3.影响响切削温温度的主主要因素素(3)刀具几何何参数1）前角2）主偏角3.影响响切削温温度的主主要因素素(4)切削液4.切削削温度的的试验公公式切削温度度的实验验公式是是由标准准切削实实验得来来的。实验条件件如下：：C620-1改装无级级调速车车床，工工件与刀刀片材料料切削对对为YT15

–45钢，切削削速度vc=

60m

/min～200m/

min，进给量f=

0.4mm/

r～0.6mm/r，背吃刀量量asp=

0.5mm～3.0mm。四、刀具具磨损与与刀具寿寿命刀具失效效刀具磨损损刀具破损损四、刀具具磨损与与刀具寿寿命1.刀刀具磨损损的形式式图3-36车车刀刀典型磨磨损形式式示意图图四、刀具具磨损与与刀具寿寿命2.刀具具磨损的的原因(1)擦擦伤磨磨损（任何切切削温度度）(2)粘粘结磨磨损(3)扩扩散磨磨损（高速切切削）(4)氧氧化磨磨损（高速切切削）四、刀具具磨损与与刀具寿寿命2.刀具具磨损的的原因(1)擦擦伤磨磨损(2)粘粘结磨磨损(3)扩扩散磨磨损(4)氧氧化磨磨损图3-37切切削温温度对磨磨损影响响的示意意图①擦伤磨磨损②粘结磨损损③扩散磨磨损④④氧氧化磨损损四、刀具具磨损与与刀具寿寿命3.刀具具磨损过过程及磨磨钝标准准(1)刀刀具的磨磨损过程程图3-38硬硬质质合金车车刀的典典型磨损损曲线YD05-30CrMnSiA；go=4º，ao=8º，kr=45º，ls=-4º；vc=150m/min，，f=0.2mm.r，asp=0.5mm四、刀具具磨损与与刀具寿寿命3.刀具具磨损过过程及磨磨钝标准准(2)刀刀具的磨磨钝标准准刀具允允许达达到的的最大大的磨磨损量量，称称为“磨钝标标准”。对于一一般刀刀具，，常以以后面磨磨损带带高度度VB的允许许极限限值作为磨磨钝标标准，，定尺寸寸刀具具和自自动化化生产产中的的精加加工刀刀具，，常以以径向磨磨损量量NB的允许许值作为磨磨钝标标准。。四、刀刀具磨磨损与与刀具具寿命命3.刀刀具磨磨损过过程及及磨钝钝标准准(2)刀具具的磨磨钝标标准图3-39车车刀的的径向向磨损损（2））刀具具的磨磨钝标标准1）精加工工VB＝0.1mm～0.3mm；粗加工工VB＝0.6mm～0.8mm。2）工艺系系统刚刚性较较差时时，应应规定定较小小的磨磨钝标标准；；3）粗车钢钢件，，特别别是粗粗车合合金钢钢和高高温合合金时时，磨磨钝标标准要要比粗粗车铸铸铁时时取得得小些些。4）加加工工同一一种工工件材材料时时，硬硬质合合金刀刀具的的磨钝钝标准准要比比高速速钢刀刀具取取得小小些。。四、刀刀具磨磨损与与刀具具寿命命4.刀刀具寿寿命(1)定定义刃磨或或换刃刃后的的刀具具，自自开始始切削削直到到磨损损量达达到磨磨钝标标准为为止的的切削削时间间，称称为刀刀具寿寿命，，符号号用T，单位用用min或s。四、刀刀具磨磨损与与刀具具寿命命4.刀刀具寿寿命(2)刀刀具寿寿命与与切削削用量量的关关系式中，，Cv、CT是与切切削条条件有有关的的常数数；m、n、p为指数数．其其值为为：四、刀刀具磨磨损与与刀具具寿命命4.刀刀具寿寿命(2)刀刀具寿寿命与与切削削用量量的关关系例如，，当用用硬质质合金金车刀刀车削削sb=0.65GPa的中碳碳钢