《机械制造基础》课件 1.3金属切削过程的基本规律

金属切削过程的基本规律《机械制造基础》1234

切削过程中的金属变形

切削力

切削热与切削温度刀具磨损与刀具寿命5

切削条件及其合理选择一、切削过程中的金属变形切屑的类型切削时的三个变形区积屑瘤切削过程中的金属变形

金属切削过程中的三个变形区

第I变形区

也称剪切区，切屑层经过剪切剪切滑移变形而形成的切屑，其长度比切削层长度缩短，厚度比切削层增厚，其变形程度的大小，可近似地用变形系数来衡量。

金属切削过程中的三个变形区

第II变形区

也称摩擦变形区，当切屑层以一定速度沿前面流出时，切屑与前面接触的区域，进一步产生摩擦和剪切滑移。积屑瘤的产生及其控制措施。切削过程中的金属变形

金属切削过程中的三个变形区

第III变形区

（1）已加工表面变形（2）加工硬化（3）残余应力切削过程中的金属变形

切屑的类型

带状切屑

一般加工塑性金属如低碳钢、铜、铝等材料时形成此类切屑。（a）挤裂切屑

切屑背面有较深的裂纹，呈较大的锯齿形。（b）

（a）（b）切削过程中的金属变形

切屑的类型

粒状切屑

所产生的裂纹贯穿切屑切屑断面时，挤裂成颗粒装。（c）崩碎切屑

切屑铸铁、青铜等脆性材料时，切屑层崩碎而成为碎粒状切屑。（d）（c）（d）切削过程中的金属变形

积屑瘤

无积屑瘤有积屑瘤切削过程中的金属变形

积屑瘤

积屑瘤的形成

塑性材料，取决于温度图1-3-1积屑瘤的形成a)b)c)切削过程中的金属变形

积屑瘤切削力，表面粗糙度，刀具寿命粗加工、精加工积屑瘤对切削的影响切削过程中的金属变形

积屑瘤

减小或避免积屑瘤的措施

1）避免采用产生积屑瘤的速度进行切削，即宜采用低速或高速切削，因低速切削加工效率低，故多采用高速切削。2）采用大前角刀具切削，以减少刀具前刀面与切屑接触的压力。3）适当提高工件材料的硬度，减小加工硬化倾向。4）使用润滑性好的切削液，减少前刀面粗糙度，降低刀与切屑接触面的摩擦系数。切削过程中的金属变形二、切削力切屑力的合力与分解切削力的来源影响切削力的因素切削力

切削力的来源

一方面是在切屑形成过程中，弹性变形和塑性变形产生的抗力；另一方面是切屑和刀具前刀面间的摩擦阻力及工件和刀具后刀面之间的摩擦阻力。图1-3-2切削力的来源切削力

切削力的合力与分解

刀具在切削工件时，由于弹、塑性变形抗力，切屑与工件对刀具产生摩擦阻力，形成了作用在刀具上的合力。常将它分解为三个分力：（如图3-3）切削力Fc（主切削力FZ）：在主运动方向上分力背向力Fp（切深抗力FY）：在垂直于进给方向上分力进给力Ff（进给抗力FX）：在进给运动方向上分力。主运动消耗的功率Pm=Fcvc•10-3/60图1-3-3切削力合力与分力切削力

影响切削力的因素

1.切削用量：背吃刀量、进给量、切削速度

2.工件材料：硬度、强度、塑性、韧性

3.刀具几何参数：前角、负倒棱、主偏角

4.其他因素：刀具磨损、切削液、刀具材料三、切削热与切削温度切削热的来源与传导切削温度及影响因素切削热与切削温度

切削热的来源与传导

切削热是由切削功转变而来的。切削中三个变形区就是三个发热区，切削中所消耗的能量几乎全部转换为热量。根据热平衡，产生的热和传出的热相等。切削热来自工件的弹性变形和塑性变形所消耗的能量，以及切屑与刀具前刀面、已加工表面与刀具后刀面之间产生的摩擦热，通过切屑、工件、刀具和周围介质传出去。一般情况下，切屑带走的热量最多。切削热与切削温度

切削温度及影响因素

切削温度一般指前面与切屑接触区域的平均温度。

影响切削温度的因素：1）工件材料：强度、硬度、塑性、热容量2）切削用量的影响：背吃刀量、进给量、切削速度3）刀具几何形状的影响：前角、主偏角等四、刀具磨损与刀具寿命刀具磨损的形式刀具磨损的原因刀具磨损过程及磨损标准刀具寿命及其合理选择刀具磨损与刀具寿命

刀具磨损是指刀具与工件或切屑的接触表面上，刀具材料的微粒被切屑或工件带走的现象。刀具磨损与刀具寿命

1.前刀面磨损（月牙洼磨损）

2.后刀面磨损

3.前刀面后刀面同时磨损

刀具的磨损形式图1-3-4刀具的磨损形态刀具磨损与刀具寿命刀具的磨损形式图1-3-5前刀面磨损

1.前刀面磨损（月牙洼磨损）

在切削速度较高、切削厚度较大的情况下加工塑性金属，当刀具的耐热性和耐磨性稍有不足时，切屑在前刀面上经常会磨出一个月牙洼。

2.后刀面磨损

由于加工表面和后刀面间存在着强烈的摩擦，在后刀面上毗邻切削刃的地方很快被磨出后角为零的小棱面。刀具磨损与刀具寿命刀具的磨损形式图1-3-6后刀面磨损刀具磨损与刀具寿命刀具的磨损形式图1-3-7前刀面后刀面同时磨损

3.前刀面后刀面同时磨损

这是一种兼有上述两种情况的磨损形式。在切削塑性金属时，经常会发生这种磨损。

刀具的磨损原因

刀具磨损与刀具寿命

1.机械作用的磨损；

2.热化学作用的磨损；

3.非正常磨损

刀具的磨损过程及钝化标准

刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，此磨损限度称为磨钝标准。国际标准ISO统一规定以1／2背吃刀量处的刀具后刀面上测定的磨损带宽度VB作为刀具的磨钝标准。刀具磨损与刀具寿命图1-3-8刀具的磨损过程

刀具寿命及其合理选择刀具寿命是指刀具由刃磨后开始切削，一直到磨损量达到刀具的磨钝标准所经过的总切削时间，单位一般为为s(或min)。刀具寿命反映了刀具磨损的快慢程度。刀具寿命大，表明刀具的磨损速度慢；反之表明刀具磨损速度快。刀具磨损与刀具寿命表1-3-1刀具寿面T参考值

刀具寿命及其合理选择1.最大生产率寿命：以单位时间内生产数量最多的产品或加工每个零件所消耗的生产时间最少为原则确定的刀具寿命。2.最低成本寿命：以每个零件(或工序)加工费用最低为原则确定的刀具寿命。

刀具磨损与刀具寿命五、切削条件及其合理选择工件材料的切割加工性刀具几何参数的选择切削用量的选择切屑液的选择和使用

工件材料的切削加工性

1.概念：在一定的加工条件下，工件材料被切削加工的难易程度。切削条件及其合理选择表1-3-2工件材料的相对加工等级性

工件材料的切削加工性

2.改善难加工材料的切削加工性的途径切削条件及其合理选择合理选择刀具材料；调整材料化学成分；加工前进行适当的热处理；选择加工性好的材料状态；采用新的加工技术。

刀具几何参数的选择

1.前角γo的选择

1）加工塑性材料时，选较大的前角值，加工脆性材料，选较小的前角值；2）刀具材料抗弯强度和冲击韧度大，选较大的前角值；3）粗加工时，选较小的前角值，精加工时，选较大的前角值；4）工艺系统刚性差和机床功率不足时，选较大的前角值。

切削条件及其合理选择

刀具几何参数的选择

2.后角αo的选择

1）工件的强度、硬度较高时，选较小的后角值，工件材料的塑性、韧性较大时，选较大的后角值；2）粗加工或断续加工时，选较小的后角值，精加工或连续切削时，选较大的后角值；3）当工艺系统刚性较差、容易出现振动时，选较小的后角值；4）有尺寸要求的刀具，选较小的后角值；5）前角大的刀具，选较小的后角值。切削条件及其合理选择

刀具几何参数的选择

3.主副偏角κr的选择

1）粗加工时，选较大的主偏角值；2）工艺系统的刚性较好时，选较小的主偏角值；3）加工强度高、硬度高的材料时，选较小的主偏角值；4）主偏角的选择还要考虑工件形状和加工条件，如车削细长轴时，可取主偏角为90°。切削条件及其合理选择

刀具几何参数的选择

4.刃倾角λs的选择1）加工一般钢料和灰铸铁，粗加工时，λs=0°~-5°，精加工时，λs=0°~+5°，有冲击载荷时，λs=-5°~-15°；2）加工高强度钢、淬硬钢或强力切削时，λs=-30°~-10°；3）工艺系统刚性不足时，尽量不不用负刃倾角；4）微量切削时，λs=45°~75°.切削条件及其合理选择

切削用量的选择

以车削为例生产率P＝1/tm，tm=Lwπdw·△/103vcaPf刀具寿命与切削用量关系：T＝CT/vcxfyaPz背吃刀量ap增大，切削力、切削变形、表面粗糙度增大；切削速度vc增大，切削力、切削变形、表面粗糙度减小；进给量f增大，表面粗糙度增大更为显著。粗加工时，应优先选择大的背吃刀量，其次选取尽可能大的进给量，最后根据刀具寿命确定合适的切削速度。

切削条件及其合理选择

切削用量的选择

精加工时，应选用较小的进给量和吃刀深度，选用尽可能高的切削速度。

1）背吃刀量ap的选择尽量使背吃刀量越过硬皮或硬化层深度，以保护刀尖。如半精车时选取ap=0.5～2.0mm，精车时选取ap=0.1～0.8mm。

2）进给量f的选择粗加工时，进给量f的选择主要受切削力的限制。工艺系统的刚度和强度良好的情况下，可选择较大的进给量值；半精加工和精加工时，由于进给量对工件已加工表面的粗糙度值影响很大，进给量一般取值较小。切削条件及其合理选择

切削用量的选择

3）切削速度vc的选择如用硬质合金车刀精车时，一般采用较高的切削速度vc>80m/min；用高速钢车刀精车时，一般选用较低的切削速度vc<5m/min）切削条件及其合理选择

切削用量的选择

基本原则先选择ap，再选择f，最后根据公式结合机床说明书选择vc。

1）背吃刀量ap的选择：粗加工时，在机床功率足够时，应尽可能选取较大的背吃刀量，最好一次进给将该工序的加工余量全部切完。

2）进给量f的选择：粗加工时，进给量f的选择主要受切削力的限制。

3）切削速度vc的选择：粗加工时，背吃刀量和进给量都较大，切削速度受合理刀具寿命和机床功率的限制，一般取较小值；反之精加工时选择较高的vc。

切削条件及其合理选择

切削液的选择和使用

切削液的作用冷却：靠热传导带走大量的热来降低切削温度润滑：渗透到切削区后，在刀具、工件、切屑界面上形成润滑油膜，减小摩擦。

清洗：在加工脆性材料形成崩碎切屑或加工塑性工件形成粉末切屑(如磨削)时，要求切削液具有良好的清洗作用和冲刷作用。防锈：减小工件、机床、刀具受周围介质（空气、水分等）的腐蚀

切削条件及其合理选择

切削液的选择和使用

切削条件及其合理选择表1-3-3切削液的种类、成分、性能、作用和用途

切削液的选择和使用

切削条件及其合理选择表1-3-3切削液的种类、成分、性能、作用和用途

切削液的选择和使用

切削液的选择

1）根据工件材料选用：切削塑性材料需用切附液，切削脆性材料可不用切削液，切削高强度钢、高温合金等难切削材料时，应选用极压切削油或极压乳化液:切削铜、铝及其合金时，不能使用含硫的切削液，因为硫对其有腐蚀作用。

2）根据刀具材料选用：高速钢刀具粗加工时，应选用以冷却作用为主的切削液，主要目的是降低切削温度，在中、低速精加工切削时应选用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液。硬质合金刀具一般不用切削液，必要时可使用低浓度的乳化液或合成切削液，但必须连续、充分浇注，以免刀具因冷热不均匀，产生较大内应力而导致破裂。切削条件及其合理选择

切削液的选择和使用

切削液的选择

3）根据加工方法选用：