切削瘤专题专家讲座

第2章金属切削原理与刀具切削瘤专题专家讲座第1页第2章

金属切削原理与刀具2.1金属切削过程2.1.1切削层与切削参数2.1.2切削过程2.1.3影响切削变形原因切削瘤专题专家讲座第2页2.2切削过程基本规律2.2.1切削力2.2.2切削热与切削温度2.2.3刀具磨损和耐用度2.3切削参数选择2.3.1刀具几何角度2.3.2刀具几何参数合理选择2.3.3切削用量选择

切削瘤专题专家讲座第3页2.4切削过程基本规律应用2.4.1切屑控制2.4.2材料切削加工性2.4.3切削液2.5刀具材料2.5.1刀具材料基本要求2.5.2普通刀具材料2.5.3特殊刀具材料2.5.4涂层刀具切削瘤专题专家讲座第4页？？？夹具选取切削瘤专题专家讲座第5页？？夹具选取切削瘤专题专家讲座第6页？？夹具选取切削瘤专题专家讲座第7页

？夹具l一夹详细；2一压板；3、7一螺母；4、5一垫圈：6一螺栓；8一弹簧；9一定位键；10一菱形销；11一圆柱销？夹具切削瘤专题专家讲座第8页？夹具？夹具选取切削瘤专题专家讲座第9页？夹具l一长方形基础板；2一方形支撑件；3一菱形定位盘；4一快换钻套；5一叉形压板；6一螺栓；7一手柄杆；8一分度合件？夹具选取切削瘤专题专家讲座第10页2.1金属切削过程2.1.1切削层与切削参数金属切削过程：刀具与工件相互运动、相互作用过程。切削层：在切削过程中，刀具刀刃在一次走刀中从工件待加工表面切下金属层。切削层参数：切削层截面尺寸。切削瘤专题专家讲座第11页主运动：使工件与刀具产生相对运动而进行切削最主要运动。主运动特点是运动速度最高，消耗功率最大。主运动普通只有一个。进给运动：确保金属切削能连续进行运动。进给运动特点是运动速度低，消耗功率小。进给运动能够有几个，能够是连续运动，也能够是间歇运动。

切削瘤专题专家讲座第12页切削用量切削速度（υc）：刀刃上选定点相对于工件主运动速度称为切削速度。进给量（f）：工件或刀具每转或每一行程时，工件和刀具在进给运动方向相对位移量。背吃刀量（ap）：它是在与主运动和进给运动方向所组成平面相垂直方向上测量工件上已加工表面和待加工表面间垂直距离。切削瘤专题专家讲座第13页如图外圆车削运动。υc为切削刃某点切削速度，υf为同一点进给运动速度，υe为两个运动合成速度。外圆车削切削运动与加工表面切削瘤专题专家讲座第14页1．车削切削层参数（1）切削层公称厚度hD：在主切削刃选定点基面内，垂直于过渡表面切削层尺寸。切削层截面切削厚度为：hD＝fsinκr

切削瘤专题专家讲座第15页（2）切削层公称宽度bD切削层公称宽度bD：在主切削刃选定点基面内，沿过渡层表面度量切削层尺寸切削层截面公称切削宽度为：

bD＝ap/sinκr切削瘤专题专家讲座第16页切削层公称横截面积AD：在主切削刃选定点基面内，切削层截面面积。车削切削层公称横截面为：

AD＝hDbD＝fap切削瘤专题专家讲座第17页2．铣削切削层参数（1）切削层公称厚度hD：在基面内度量相邻刀齿主切削刃运动轨迹间距离切削层厚度为：

hD＝ab=acsinΦ＝fzsinΦ切削瘤专题专家讲座第18页（2）切削层公称宽度bD：铣削切削层公称宽度是指主切削刃与工件切削面接触长度(近似值)。铣削背吃刀量：平行于铣刀轴线方向度量被切削层尺寸bD＝ap切削瘤专题专家讲座第19页（3）切削层公称横截面积AD：切削厚度与背吃刀量积：AD＝hDbD

切削瘤专题专家讲座第20页2.1.2切削过程金属在加工过程中会发生剪切和滑移，图2-4表示了金属滑移线和流动轨迹，其中横向线是金属流动轨迹线，纵向线是金属剪切滑移线。切削瘤专题专家讲座第21页图2-5表示了金属滑移过程。由图可知，金属切削过程塑性变形通常能够划分三个变形区。切削瘤专题专家讲座第22页1．金属切削过程变形（1）第一变形区：切削层金属从开始塑性变形到剪切滑移基本完成过程区。OA与OM之间区域就是第一变形区Ⅰ。第一变形区是金属切削变形过程中最大变形区，在这个区域内，金属将产生大量切削热，并消耗大部分功率。此区域较窄，宽度仅0.02～0.2㎜。切削瘤专题专家讲座第23页（2）第二变形区产生塑性变形金属切削层材料经过第一变形区后沿刀具前刀面流出，在靠近前刀面处形成第二变形区。在这个变形区域，因为切削层材料受到刀具前刀面挤压和摩擦，变形深入加剧，材料在此处纤维化，流动速度减慢，甚至停滞在前刀面上。而且，切屑与前刀面压力很大，高达2～3GPa，由此摩擦产生热量也使切屑与刀具面温度上升到几baidu高温，切屑底部与刀具前刀面发生粘结现象。切削瘤专题专家讲座第24页粘结现象时摩擦情况切削瘤专题专家讲座第25页（3）第三变形区金属切削层在已加工表面受刀具刀刃钝圆部分挤压与摩擦而产生塑性变形部分区域。切削瘤专题专家讲座第26页刀刃钝圆情况下已加工表面形成过程切屑经过刀刃钝圆B点后，受到后刀面BC段挤压和摩擦，经过BC段后，这部分金属开始弹性恢复，恢复高度为△h，在恢复过程中又与后刀面CD部分产生摩擦，这部分切削层在OB，BC，CD段挤压和摩擦后，形成了已加工表面加工质量。所以说第三变形区对工件加工表面质量产生很大影响。切削瘤专题专家讲座第27页2．积屑瘤形成及对加工影响概念：在一定切削速度和保持连续切削情况下，加工塑性材料时，在刀具前刀面经常粘结一块剖面呈三角状硬块，这块金属被称为积屑瘤。切削瘤专题专家讲座第28页

积屑瘤成因：当金属切削层从终滑移面流出时，受到刀具前刀面挤压和摩擦，切屑与刀具前刀面接触面温度升高，挤压力和温度到达一定程度时，就产生粘结现象，也就是常说“冷焊”。切屑流过与刀具粘附底层时，产生内摩擦，这时底层上面金属出现加工硬化，并与底层粘附在一起，逐步长大，成为积屑瘤，如图2-9所表示。积屑瘤产生与不但与材料加工硬化相关，而且也与刀刃前区温度和压力相关。切削瘤专题专家讲座第29页积屑瘤对金属切削过程产生影响：（1）实际刀具前角增大（2）实际切削厚度增大（3）加工后表面粗糙度增大（4）切削刀具耐用度降低

切削瘤专题专家讲座第30页（1）实际刀具前角增大刀具前角γo指前刀面与基面之间夹角，其概念将在后节详细叙述。如图所表示，因为积屑瘤粘附，刀具前角增大了一个γb角度，如把切屑瘤看成是刀具一部分话，无疑实际刀具前角增大,现为γo

＋γb

。刀具前角增大可减小切削力，对切削过程有主动作用。而且，切削瘤高度Hb越大，实际刀具前角也越大，切削更轻易。切削瘤专题专家讲座第31页（2）实际切削厚度增大由图2-9能够看出，当切削瘤存在时，实际金属切削层厚度比无切削瘤时增加了一个△hD，显然，这对工件切削尺寸控制是不利。值得注意是，这个厚度△hD增加并不是固定，因为切削瘤在不停改变，它是一个产生，长大，最终脱落周期性改变过程，这么可能在加工中产生振动。切削瘤专题专家讲座第32页（3）加工后表面粗糙度增大积屑瘤改变不不过整体，而且积屑瘤本身也有一个改变过程。积屑瘤底部普通比较稳定，而它顶部极不稳定，经常会破裂，然后再形成。破裂一部分随切屑排除，另一部分留在加工表面上，使加工表面变得非常粗糙。能够看出，假如想提升表面加工质量，必须控制积屑瘤发生。切削瘤专题专家讲座第33页（4）切削刀具耐用度降低从积屑瘤在刀具上粘附来看，积屑瘤应该对刀含有保护作用，它代替刀具切削，降低了刀具磨损。积屑瘤粘附是不稳定，它会周期性从刀具上脱落，当它脱落时，可能使刀具表面金属剥落，从而使刀具磨损加大。对于硬质合金刀具这一点表现尤为显著。切削瘤专题专家讲座第34页问题某工厂车工师傅在粗加工一件零件时，他采取了在刀具上产生积屑瘤加工方法，而在精加工时，他又努力防止积屑瘤产生，请问这是为何？在预防积屑瘤方面，你认为能用哪些方法。切削瘤专题专家讲座第35页回答1、依据本节积屑瘤对加工影响分析可知，积屑瘤能增大刀具实际前角，使切削更轻易，所以这位师傅在粗加工时采取了利用积屑瘤加工方法，2、积屑瘤很不稳定，它会周期性地脱落，这就造成了刀具实际切削厚度在改变，影响零件加工尺寸精度。3、积屑瘤剥落和形状不规则又使零件加工表面变得非常粗糙，影响零件表面光洁度。所以在精加工阶段，这位师傅又努力防止积屑瘤发生。切削瘤专题专家讲座第36页防止积屑瘤发生办法①、首先从加工前热处理工艺阶段处理。经过热处理，提升零件材料硬度，降低材料加工硬化。②、调整刀具角度，增大前角，从而减小切屑对刀具前刀面压力。③、调低切削速度，使切削层与刀具前刀面接触面温度降低，防止粘结现象发生。或采取较高切削速度，增加切削温度，因为温度高到一定程度，积屑瘤也不会发生。⑤、更换切削液，采取润滑性能更加好切削液，降低切削摩擦。切削瘤专题专家讲座第37页2.1.3影响切削变形原因1．工件材料2．刀具几何参数

3．切削速度4．切削厚度切削瘤专题专家讲座第38页1．工件材料经过试验，能够发觉工件材料强度和切屑变形有亲密关系。从图能够看出，伴随工件材料强度增大，切屑变形越来越小。图2-10材料强度对变形系数影响切削瘤专题专家讲座第39页2．刀具几何参数由图2-7能够看到，当刀具前角γO增大时，沿刀面流出金属切削层将比较平缓流出，金属切屑变形也会变小。经过对高速钢刀具所作切削试验也证实了这一点。在一样切削速度下，刀具前角γO愈大，材料变形系数愈小。刀尖圆弧半径对切削变形也有影响，刀尖圆弧半径越大，表明刀尖越钝，对加工表面挤压也越大，表面切削变形也越大。切削瘤专题专家讲座第40页3、切削速度由图2-11能够看出，随切削速度改变材料变形系数曲线并不是一直递减，而是在某一段有一个波峰，这实际是积屑瘤产生影响。所以切削速度对材料变形影响分为两个段，一个是积屑瘤这一段，另一个是无积屑瘤段。切削瘤专题专家讲座第41页积屑瘤段情况切削速度对切屑变形影响主要是经过积屑瘤对切屑变形影响来实现。在积屑瘤增加阶段，积屑瘤伴随切削速度增大而增大，积屑瘤越大，实际刀具前角也越大，切屑变形相对降低，所以在此阶段，切削速度增加时，材料变形系数ξ也降低。伴随速度增加，积屑瘤增大到一定程度又会消退，在消退阶段，积屑瘤伴随切削速度增加而减小，同时，实际刀具前角也减小，材料变形将增大，在积屑瘤完全消退时，材料变形将最大。切削瘤专题专家讲座第42页在无积屑瘤段材料变形系数是伴随切削速度增加而减小。主要