切削过程的基本规律成都电子机械高等专科学校

2.2切削过程的根本规律2.2.1切削力1.切削力分析及切削功率〔1〕切削力的产生①、切削力的概念：刀具在切削过程中抑制加工阻力所需的力。②、切削力的产生A、抑制被加工资料对弹性变形的抗力B、抑制被加工资料对塑性变形的抗力C、抑制切屑对刀具前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡外表和已加工外表间的摩擦力。切削力的产生〔2〕切削合力及分力Fr＝FD＝合力Fr＝Ff——进给力FP——背向力Fc——切削力FD为总合力在切削层尺寸平面上的投影切削合力及分解〔3〕切削功率概念：切削过程中所耗费的功率称为切削功率Pc。背向力FP在力的方向无位移，不做功，因此切削功率为进给力Ff与切削力Fc所做的功。根据功率公式切削功率：Pc＝〔Fcυc＋Ffnf/1000〕×10-3KW式中，Fc切削力〔N〕，υc切削速度〔m/min〕，Ff进给力〔N〕，n工件转速〔r/s〕，f进给量〔㎜〕由于Ff耗费功率普通小于1％～2％，可以忽略不计，因此功率公式可简化为：Pc＝Fcυc×10-3KW２.切削力的计算：〔1〕指数公式指数公式运用较广，它的方式如下：上式中，C、C、C为被加工金属的切削条件系数，K、K、K为当加工条件与阅历公式条件不同时的修正系数。〔2〕单位切削力公式①概念：单位切削力指单位切削面积上的切削力。公式：Kc==〔N/㎜2〕式中，Fc切削力〔N〕，AD切削面积〔㎜2〕，ap背吃刀量(㎜)，f进给量〔㎜/r〕。Kc可以查表。３.影响切削力的要素〔1〕工件资料〔2〕切削用量①、背吃刀量ap与进给量f影响②、切削速度〔3〕刀具几何参数①、刀具前角②、刀具主偏角κr和刀尖圆弧半径③、刀具刃倾角λs〔4〕刀具资料与切削液〔1〕工件资料普通资料的强度愈高，硬度越大，加工硬化性越强，塑性变形越大，加工此资料所需的切削力也越大。有多种要素影响时，综合思索。如奥氏体不锈钢，虽然强度、硬度低，但加工硬化才干大，因此切削力也较大。铜、铝塑性变形大，但加工硬化小，切削力较低。〔2〕切削用量背吃刀量ap与进给量f影响由于切削面积AD＝apf，所以背吃刀量ap与进给量f的增大都将增大切削面积。切削面积的增大将使变形力和摩擦力增大，切削力也将增大，但两者对切削力影响不同。由于进给量f的增大会减小切削层的变形，所以背吃刀量ap对切削力的影响比进给量f大。在消费中，如机床耗费功率相等，为提高消费效率，普通采用提高进给量而不是背吃刀量的措施。积屑瘤产生阶段，由于刀具实践前角增大，切削力减小。在积屑瘤消逝阶段，切削力逐渐增大，积屑瘤消逝时，切削力Fc到达最大，以后又开场减小。〔与对变形系数的影响一样，都有马鞍形变化。〕切削速度对切削力的影响〔3〕刀具几何参数前角γO：对切削力影响最大。切削力随着前角的增大而减小。这是由于前角的增大，切削变形与摩擦力减小，切削力相应减小。刀具主偏角κr：对切削力Fc的影响不大，κr＝60o～75o时，Fc最小，因此，主偏角κr＝75o的车刀在消费中运用较多。背向力Fp随主偏角κr的增大而减小。进给力Ff随主偏角κr的增大而增大。刀尖圆弧半径增大，切削变形增大，切削力也增大。相当于κr减小对切削力影响。〔4〕刀具资料与切削液刀具资料影响到它与被加工资料摩擦力的变化，因此影响切削力的变化。同样的切削条件，陶瓷刀切削力最小，硬质合金次之，高速钢刀具切削力最大。切削液的正确运用，可以降低摩擦力，减小切削力。１.切削热的产生与传导切削热产生的缘由:①、在金属切削过程中，切削层发生弹性与塑性变形②、切屑、工件与刀具的摩擦也产生了大量的热量。切削热产生的区域：①、剪切面，②、切屑与刀具前刀面的接触区，③、刀具后刀面与工件过渡外表接触区。2.2.2切削热与切削温度金属切削层的塑性变形产生的热量最大，即主要在剪切面区产生。切削热量的近似计算公式：Q＝Fcυc〔J/s〕实践上是切削力所做的功。其中：切削力Fc〔N〕，切削主运动速度υc〔m/s〕。切削产生的热量在各种介质中传送的比例切削产生的热量主要由切屑、刀具、工件和周围介质〔空气或切削液〕传出，如不思索切削液，那么各种介质的比例参考如下：〔1〕车削加工切屑，50％～86％；刀具，10％～40％；工件，3％～9％；空气，1％。切削速度越高，切削厚度越大，切屑传出的热量越多。〔2〕钻削加工切屑，28％；刀具，14.5％；工件，52.5％；空气5％。切削温度的分布〔1〕切削最高温度并不在刀刃，而是离刀刃有一定间隔。对于45钢，约在离刀刃1㎜处前刀面的温度最高。〔2〕后刀面温度的分布与前刀面类似，最高温度也在切削刃附近，不过比前刀面的温度低。〔3〕终剪切面后，沿切屑流出的垂直方向温度变化较大，越接近刀面，温度越高，这阐明切屑在刀面附近被摩擦升温，而且切屑在前刀面的摩擦热集中在切屑底层。〔1〕切削用量阅历公式：高速钢刀具(加工资料45钢)：θ＝140～170afv硬质合金刀具(加工资料45钢)：θ＝320afv切削用量三要素υc、ap、f中，切削速度υc对温度的影响最显著，由于指数最大，切削速度添加一倍，温度约添加32％；其次是进给量f，进给量添加一倍，温度约升高18％，背吃刀量ap影响最小，约7％。主要的缘由是速度添加，使摩擦热增多；f添加，切削变形减小，切屑带走的热量也增多，所以热量添加不多；背吃刀量ap的添加，使切削宽度添加，显著添加热量的散热面积。影响切削温度的要素〔2〕刀具的几何参数前角γo：前角γo增大，切削温度降低。因前角增大时，单位切削力下降，切削热减少。主偏角κr：主偏角κr减小，切削宽度bD增大，切削厚度减小，因此切削温度也下降。〔3〕工件资料P54资料的强度与硬度增大时，单位切削力增大，因此切削热增多，切削温度升高。导热系数影响资料的传热，因此导热系数大，产生的切削温度低。例如，低碳钢，强度与硬度较低，导热系数大，产生的切削温度低。不锈钢与45钢相比，导热系数小，因此切削温度比45钢高。〔4〕切削液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都有很大关系。切削液的导热性越好，温度越低，那么切削温度也越低。从导热性能方面来看，水基切削液优于乳化液，乳化液优于油类切削液。2.2.3刀具磨损与耐用度1.刀具的磨损方式〔1〕前刀面磨损①、特点：在前刀面上离切削刃小段间隔有一月牙洼，随着磨损的加剧，主要是月牙洼逐渐加深，洼宽变化并不是很大。磨损程度用洼深KT表示。〔2〕后刀面磨损①、特点：在刀具后刀面上出现与加工外表根本平行的磨损带。②、C、B、N三个区C区是刀尖区，由于散热差，强度低，磨损严重，最大值VC；B区处于磨损带中间，磨损均匀，最大磨损量VBmax；N区处于切削刃与待加工外表的相交处，磨损严重，磨损量以VN表示，此区域的磨损也叫边境磨损，加工铸件、锻件等外皮粗糙的工件时，N区区域容易磨损。〔3〕破损刀具破损比例较高，硬质合金刀具有50％～60％是破损。特别是用脆性大的刀具延续切削或加工高硬度资料时，破损较严重。它又分为以下几种方式：①、崩刃特点是在切削刃产生小的缺口，尺寸与进给量相当。硬质合金刀具延续切削时容易产生。②、剥落特点是前后刀面上平行于切削刃剥落一层碎片，常与切削刃一同剥落。陶瓷刀具端铣常发生剥落，另外硬质合金刀具延续切削也发生。③、裂纹特点是垂直或倾斜于切削刃有热裂纹。由于长时间延续切削，刀具疲劳而引起。④、塑性破损特点是刀刃发生塌陷。是由于切削时高温高压作用引起的。2.刀具的磨损缘由：〔1〕硬质点磨损〔2〕粘结磨损〔3〕分散磨损〔4〕氧化磨损〔5〕相变磨损〔1〕硬质点磨损由于工件资料中含有一些碳化物、氮化物、积屑瘤残留物等硬质点杂质，在金属加工过程中，会将刀具外表划伤，呵斥机械磨损。低速刀具磨损的主要缘由是硬质点磨损。〔2〕粘结磨损加工过程中，切屑与刀具接触面在一定的温度与压力下，产生塑性变形而发生冷焊景象后，刀具外表粘结点被切屑带走而发生的磨损。普通，具有较大的抗剪和抗拉强度的刀具抗粘结磨损才干强，如高速钢刀具具有较强的抗粘结磨损才干。〔3〕分散磨损由于切削时高温作用，刀具与工件资料中的合金元素相互分散，而呵斥刀具磨损。硬质合金刀具和金刚石刀具切削钢件温度较高时，常发生分散磨损。金刚石刀具不宜加工钢铁资料。普通在刀具表层涂覆TiC、TiN、Al2O3等，能有效提高抗分散磨损才干。〔4〕氧化磨损硬质合金刀具切削温度到达700o～800o时，刀具中一些C、CO、TiC等被空气氧化，在刀具表层构成一层硬度较低的氧化膜，当氧化膜磨损掉后在刀具外表构成氧化磨损。〔5〕相变磨损在切削的高温下，刀具金相组织发生改动，引起硬度降低呵斥的磨损。总的来说，刀具磨损能够是其中的一种或几种。对一定的刀具和工件资料，起主导作用的是切削温度。在低温区，普通以硬质点磨损为主；在高温区以粘结磨损、分散磨损、氧化磨损等为主。积屑瘤对金属切削过程产生的影响问题？〔1〕实践刀具前角如何变化？〔2〕实践切削厚度如何变化？〔3〕加工后外表粗糙度如何变化？〔4〕切削刀具的耐用度如何变化？〔1〕实践刀具前角增大刀具前角γo指前刀面与基面之间的夹角，其概念将在后节详细论述。如下图，由于积屑瘤的粘附，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的话，无疑实践刀具前角增大,现为γo＋γb。刀具前角增大可减小切削力，对切削过程有积极的作用。而且，切削瘤的高度Hb越大，实践刀具前角也越大，切削更容易。〔2〕实践切削厚度增大由图2-9可以看出，当切削瘤存在时，实践的金属切削层厚度比无切削瘤时添加了一个△hD，显然，这对工件切削尺寸的控制是不利的。值得留意的是，这个厚度△hD的添加并不是固定的，由于切削瘤在不停变化，它是一个产生，长大，最后零落的周期性变化过程，这样能够在加工中产生振动。〔3〕加工后外表粗糙度增大积屑瘤的变化不但是整体，而且积屑瘤本身也有一个变化过程。积屑瘤的底部普通比较稳定，而它的顶部极不稳定，经常会破裂，然后再构成。破裂的一部分随切屑排除，另一部分留在加工外表上，使加工外表变得非常粗糙。可以看出，假设想提高外表加工质量，必需控制积屑瘤的发生。〔4〕切削刀具的耐用度降低从积屑瘤在刀具上的粘附来看，积屑瘤应该对刀具有维护作用，它替代刀具切削，减少了刀具磨损。积屑瘤的粘附是不稳定的，它会周期性的从刀具上零落，当它零落时，能够使刀具外表金属剥落，从而使刀具磨损加大。对于硬质合金刀具这一点表现尤为明显。课堂问题防止积屑瘤的发生的措施？防止积屑瘤的发生的措施P45①、首先从加工前的热处置工艺阶段处理。经过热处置，提高零件资料的硬度，降低资料的加工硬化。②、调整刀具角度，增大前角，从而减小切屑对刀具前刀面的压力。③、调低切削速度，使切削层与刀具前刀面接触面温度降低，防止粘结景象的发生。或采用较高的切削速度，添加切削温度，由于温度高到一定程度，积屑瘤也不会发生。⑤、改换切削液，采用光滑性能更好的切削液，减少切削摩擦。影响切削变形的要素问题？1．随着工件资料强度的增大，切屑的变形如何变化？2．当刀具前角γO增大时，金属切屑的变形趋势？刀尖圆弧半径越大，外表的切削变形是增大还是减小？3．随切削速度变化的资料变形系数曲线是不断递减的吗？为什么？4．在无积屑瘤段，进给量f越大，资料的变形系数ξ如何变化？1．工件资料经过实验，可以发现工件资料强度和切屑变形有亲密的关系。从图可以看出，随着工件资料强度的增大，切屑的变形越来越小。图2-10资料强度对变形系数的影响2．刀具几何参数由图2-7可以看到，当刀具前角γO增大时，沿刀面流出的金属切削层将比较平缓的流出，金属切屑的变形也会变小。刀尖圆弧半径对切削变形也有影响，刀尖圆弧半径越大，阐明刀尖越钝，对加工外表挤压也越大，外表的切削变形也越大。3、切削速度由图2-11可以看出，随切削速度变化的资料变形系数曲线并不是不断递减，而是在某一段有一个波峰，这实践是积屑瘤产生的影响。所以切削速度对资料变形的影响分为两个段，一个是积屑瘤这一段，另一个是无积屑瘤段。积屑瘤段情况切削速度对切屑变形的影响主要是经过积屑瘤对切屑变形的影响来实现的。在积屑瘤增长阶段，积屑瘤随着切削速度的增大而增大，积屑瘤越大，实践刀具前角也越大，切屑的变形相对减少，所以在此阶段，切削速度添加时，资料变形系数ξ也减少。随着速度的添加，积屑瘤增大到一定程度又会衰退，在衰退阶段，积屑瘤随着切削速度的添加而减小，同时，实践刀具前角也减小，资料的变形将增大，在积屑瘤完全衰退时，资料变形将最大。在无积屑瘤段资料变形系数是随着切削速度的添加而减小。主要是由于塑性变形的传播速度比弹性变形的慢，速度低时，金属始剪切面为OA，当速度增大到一定值时，金属流动速度大于塑性变形速度，在OA面金属并未充分变形，相当于始剪切面后移至OA`面〔见图2-12〕，终剪切面OM也后移至OM`，第一变形区后移，使得资料变形系数减小。另外，速度越大，摩擦系数减小，资料变形系数也会减小。4．进给量如图2-11所示，显示了进给量对切屑变形的影响。在无积屑瘤段，进给量f越大，资料的变形系数ξ越小。课堂问题三个方向的分力Ff—进给力、FP—背向力、Fc—切削力中，哪个方向分力不做功？为什么？背向力FP在力的方向无位移，不做功，因此切削功率为进给力Ff与切削力Fc所做的功。影响切削力的要素问题？1、普通资料的强度愈高，硬度越大，加工硬化性越强，塑性变形越大，加工此资料所需的切削力也越大还是越小？2、在消费中，如机床耗费功率相等，为提高消费效率，普通采用提高背吃刀量而不是进给量的措施，对吗？为什么？3、切削速度如何影响切削力的影响？〔1〕工件资料普通资料的强度愈高，硬度越大，加工硬化性越强，塑性变形越大，加工此资料所需的切削力也越大。〔2〕切削用量背吃刀量ap与进给量f影响由于切削面积AD＝apf，所以背吃刀量ap与进给量f的增大都将增大切削面积。切削面积的增大将使变形力和摩擦力增大，切削力也将增大，但两者对切削力影响不同。由于进给量f的增大会减小切削层的变形，所以背吃刀量ap对切削力的影响比进给量f大。在消费中，如机床耗费功率相等，为提高消费效率，普通采用提高进给量而不是背吃刀量的措施。积屑瘤产生阶段，由于刀具实践前角增大，切削力减小。在积屑瘤消逝阶段，切削力逐渐增大，积屑瘤消逝时，切削力Fc到达最大，以后又开场减小。〔与对变形系数的影响一样，都有马鞍形变化。〕切削速度对切削力的影响4、切削力随着前角的增大如何变化？为什么？5、刀具主偏角κr：背向力Fp随主偏角κr的增大如何变化？进给力Ff随主偏角κr的增大如何变化？6、刀尖圆弧半径增大，切削力如何变化？7、同样的切削条件，陶瓷刀切削力、硬质合金、高速钢刀具切削力中哪个力？哪个力小？〔3〕刀具几何参数前角γO：对切削力影响最大。切削力随着前角的增大而减小。这是由于前角的增大，切削变形与摩擦力减小，切削力相应减小。刀具主偏角κr：对切削力Fc的影响不大，κr＝60o～75o时，Fc最小，因此，主偏角κr＝75o的车刀在消费中运用较多。背向力Fp随主偏角κr的增大而减小。进给力Ff随主偏角κr的增大而增大。刀尖圆弧半径增大，切削变形增大，切削力也增大。相当于κr减小对切削力影响。〔4〕刀具资料刀具资料影响到它与被加工资料摩擦力的变化，因此影响切削力的变化。同样的切削条件，陶瓷刀切削力最小，硬质合金次之，高速钢刀具切削力最大。1、切削速度υc、进给量f、背吃刀量ap哪一个对温度的影响最显著？阐明缘由？2、前角γo对切削温度的影响？3、主偏角κr对切削温度的影响？4、资料的强度与硬度增大时，切削温度升高还是降低？5、从导热性能方面来看，水基切削液优于乳化液，油类切削液优于乳化液。对吗？为什么？〔1〕切削用量阅历公式：高速钢刀具(加工资料45钢)：θ＝140～170afv硬质合金刀具(加工资料45钢)：θ＝320afv切削用量三要素υc、ap、f中，切削速度υc对温度的影响最显著，由于指数最大，切削速度添加一倍，温度约添加32％；其次是进给量f，进给量添加一倍，温度约升高18％，背吃刀量ap影响最小，约7％。主要的缘由是速度添加，使摩擦热增多；f添加，切削变形减小，切屑带走的热量也增多，所以热量添加不多；背吃刀量ap的添加，使切削宽度添加，显著添加热量的散热面积。影响切削温度的要素〔2〕刀具的几何参数前角γo：前角γo增大，切削温度降低。因前角增大时，单位切削力下降，切削热减少。主偏角κr：主偏角κr减小，切削宽度bD增大，切削厚度减小，因此切削温度也下降。〔3〕工件资料资料的强度与硬度增大时，单位切削力增大，因此切削热增多，切削温度升高。导热系数影响资料的传热，因此导热系数大，产生的切削温度低。〔4〕切削液从导热性能方面来看，水基切削液优于乳化液，乳化液优于油类切削液。切削液的导热性越好，温度越低，那么切削温度也越低。2.刀具的磨损缘由：〔1〕硬质点磨损〔2〕粘结磨损〔3〕分散磨损〔4〕氧化磨损〔5〕相变磨损问题？在低温区，普通以哪些磨损为主？在高温区又以哪些磨损等为主？总的来说，刀具磨损能够是其中的一种或几种。对一定的刀具和工件资料，起主导作用的是切削温度。在低温区，普通以硬质点磨损为主；在高温区以粘结磨损、分散磨损、氧化磨损等为主。3．刀具破损缘由：在断续切削条件下，由于剧烈的机械与热冲击，超