金属切削原理ppt课件.ppt

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1、金属切削原理及其应用,一、切削变形二、切削力三、切削热与切削温度四、刀具磨损与耐用度变化,1.1 金属切削过程的基本规律,一、切削变形变形，区，剪切面间距0.02-0.2mm。,1. 切屑的形成,图为金属切削过程中的滑移线,1.1 金属切削过程的基本规律.,（1）第一变形区 从OA线开始发生塑性变形，到OM线金属晶粒的剪切滑移基本完成。OA线和OM线之间的区域（图中区）称为第一变形区。（2）第二变形区 切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维化，基本上和前刀面平行。这一区域（图中区）称为第二变形区。（3）第三变形区 已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩

2、擦，造成表层金属纤维化与加工硬化。这一区（图中区）称为第三变形区。,1. 切屑的形成,衡量切屑变形程度的方法 （1）相对滑移,图为切屑形成过程,1. 切屑的形成,衡量切屑变形程度的方法 (2) 切屑厚度压缩比h,图为切屑形成过程,1. 切屑的形成,碳素钢，合金钢，铜铝合金；黄铜，低速切削钢；铝；铸鉄，黄铜图为切屑类型,2. 积屑瘤,图为积屑瘤与切削刃的金相显微照片,2. 积屑瘤,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

3、，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）切削速度；3）刀具前角；4）冷却润滑条件。,二、切削力,1.总切削力的分解和切削功率（1）总切削力的分解1）切削力Fc(Fz)2）背向力Fp(Fy)3）进给力Ff(Fx),1.总切削力的分解和切削功率,（1）总切削力的分解,1.总切削力的分解和切削功率,（2）切削功率,单位：kw,Fz切削力，单位：N； vc切削速度，单位：m/min。,1.总切削力的分解和切削功率,（2）切削功率,单位：kw,机床传

4、动效率，一般，取=0.750.85。,二、切削力,2. 切削力的经验公式切削力,2. 切削力的经验公式,切削力背向力进给力切削时消耗的功率,2. 切削力的经验公式,计算举例： 用YT5硬质合金车刀外圆纵车b=630MPa的热轧45钢，车刀几何参数为go =10、kr =75、ls =5，切削用量为ap=2mm、f=0.3mm/r、vc=100m/min。 试计算切削力Fz、Fy、Fx 及切削功率Pz 。,2. 切削力的经验公式,解： 查表 2.1 得：,二、切削力,3. 影响切削力的因素 总切削力的来源有两个方面： 一是克服被加工材料对弹性变形和塑性变形的抗力； 二是克服切屑对刀具前面的摩擦阻

5、力和工件表面对刀具后面的摩擦阻力。,3. 影响切削力的因素,1）工件材料的性能对切削力有显著的影响。 工件材料的硬度或强度愈高，材料的剪切屈服强度也愈高，发生剪切变形的抗力也愈大，故切削力也愈大。,3. 影响切削力的因素,2）切削用量对切削力的影响。a）背吃刀量ap 和进给量f 对切削力的影响;,二、切削力,标准切削试验：刀具材料P10，工件材料45钢b=650Mpa，车刀几何参数为go =10、kr =45、ls =0。,即，ap增大一倍，Fz也增大一倍；而f 增大一倍，Fz只能增大68%80。,二、切削力,由此可见，从减小切削力和节省动力消耗的观点出发，在切除相同余量的条件下，增大 f 比

6、增大ap 更为有利。,3. 影响切削力的因素,2）切削用量对切削力的影响。b）切削速度Vc对切削力的影响;,切削塑性材料时,3. 影响切削力的因素,2）切削用量对切削力的影响。b）切削速度Vc对切削力的影响;,3. 影响切削力的因素,3）刀具几何参数对切削力的影响。a） 前角go对切削力的影响;,刀刃锋利,前角go,变形抗力,切削力,3. 影响切削力的因素,3）刀具几何参数对切削力的影响。a） 前角go对切削力的影响;,前角对切削力的影响ap=4mm f=0.25mm/r,3. 影响切削力的因素,3）刀具几何参数对切削力的影响。b） 主偏角Kr 对切削力的影响;,3. 影响切削力的因素,3）刀

7、具几何参数对切削力的影响。c）刃倾角ls 对切削力的影响;,ls,背前角gp,侧前角,gf,Fp,Ff,3. 影响切削力的因素,3）刀具几何参数对切削力的影响。d）刀尖圆弧半径re 对切削力的影响;,3. 影响切削力的因素,3）刀具几何参数对切削力的影响。e）使用切削液 对切削力的影响;,三、切削热和切削温度,1.切削热的来源与传出,图 切削热的来源与传导,三、切削热和切削温度,1.切削热的来源与传出,图为不同切削速度下的热量传出比例,三、切削热和切削温度,2. 切削温度的分布,a） 法平面内的切削温度分布 b）刀具前面上的切削温度分布图为切削温度的分布,3.影响切削温度的主要因素,(1)切削

8、用量 在切削用量中，切削速度对切削温度的影响最大。 随着切削速度的提高，材料切除率随之成正比例的增加。但随着切削速度的提高，切屑变形相应减小，所以，切削功和切削热虽然有所增高，但不可能成正比例的增高，因此，切削温度也不会成正比例的增高。,3.影响切削温度的主要因素,(1)切削用量高速钢刀具 140170 0.08 1 0.2 0.3 0.35 0.45硬质合金钢刀具 320 0.05 0.15 0.26 0.41 切削用量对切削温度的影响程度以切削速度为最大，进给量次之，背吃刀量最小。,3.影响切削温度的主要因素,因此，若要切除给定的余量，又要求切削温度较低，则在选择切削用量时，应优先考虑采用

9、大的背吃刀量，然后选择一个适当的进给量，最后再选择合理的切削速度。 上述切削用量选择原则是从最低切削温度出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规程时，确定切削用量的原则。,3.影响切削温度的主要因素,(2)刀具几何参数1） 前角2）主偏角,三、切削热和切削温度,3.影响切削温度的主要因素(3)工件材料 工件材料的强度、硬度越高，总切削力越大，单位时间内产生的热量越多，切削温度也就越高。 工件材料的导热性好，从切屑和工件传出的切削热相应增多，切削区的平均温度降低。 例如，合金结构钢的强度普遍高于45钢，而导热系数又一般均低于45钢，所以切削合金结构钢的切削温度高于切削45钢的切削温度。,3.影响切削

10、温度的主要因素,(4)切削液,4.切削温度的试验公式,切削温度的实验公式是由标准切削实验得来的。 实验条件如下： C620-1改装无级调速车床，工件与刀片材料切削对为YT1545钢，切削速度 vc=60 m/min200m/min，进给量f=0.4 mm/r0.6mm/r，背吃刀量asp=0.5 mm3.0mm。,四、刀具磨损与刀具耐用度,刀具失效 刀具磨损 刀具破损,四、刀具磨损与刀具耐用度,1. 刀具磨损的形式,图为车刀典型磨损形式,四、刀具磨损与刀具耐用度,2.刀具磨损的原因(1) 擦伤磨损 （任何切削温度）(2) 粘结磨损 (3) 扩散磨损 （高速切削）(4) 氧化磨损 （高速切削）,

11、四、刀具磨损与刀具耐用度,2.刀具磨损的原因(1) 擦伤磨损 (2) 粘结磨损 (3) 扩散磨损(4) 氧化磨损,图为切削温度对磨损影响的示意图擦伤磨损 粘结磨损扩散磨损 氧化磨损,四、刀具磨损与刀具耐用度,3.刀具磨损过程及磨钝标准(1)刀具的磨损过程,图为硬质合金车刀的典型磨损曲线YD05-30CrMnSiA；go=4，ao=8，kr=45，ls=-4；vc=150m/min，f=0.2mm.r，asp=0.5mm,四、刀具磨损与刀具耐用度,3.刀具磨损过程及磨钝标准(2)刀具的磨钝标准 刀具允许达到的最大的磨损量，称为“磨钝标准”。 对于一般刀具，常以后面磨损带高度VB的允许极限值作为磨

12、钝标准，定尺寸刀具和自动化生产中的精加工刀具，常以径向磨损量NB的允许值作为磨钝标准。,四、刀具磨损与刀具耐用度,3.刀具磨损过程及磨钝标准(2)刀具的磨钝标准,图为车刀的径向磨损,（2）刀具的磨钝标准,1） 精加工 VB0.1 mm0.3mm； 粗加工 VB0.6 mm0.8mm。2）工艺系统刚性较差时，应规定较小的磨钝标准；3） 粗车钢件，特别是粗车合金钢和高温合金时，磨钝标准要比粗车铸铁时取得小些。4） 加工同一种工件材料时，硬质合金刀具的磨钝标准要比高速钢刀具取得小些。,四、刀具磨损与刀具耐用度,4.刀具耐用度(1) 定义 刃磨或换刃后的刀具，自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的切削

13、时间，称为刀具耐用度，符号用T，单位用min或s。,四、刀具磨损与刀具耐用度,4.刀具耐用度(2) 刀具耐用度与切削用量的关系,式中， Cv-与耐用度实验条件有关的系数；m、xv 、yv分别表示对T 、ap和f影响程度的指数； Kv切削条件与实验条件不同的修正系数。,四、刀具磨损与刀具耐用度,4.刀具耐用度(2) 刀具耐用度与切削用量的关系 切削用量对刀具T的影响程度与切削用量对切削温度的影响程度是一致的，切削速度对刀具寿命的影响最大，其次是进给量，背吃刀量的影响很小。,四、刀具磨损与刀具耐用度,4.刀具耐用度(2) 刀具耐用度与切削用量的关系 制订工艺规程时，如果既要保证较长的刀具寿命，又要

14、追求较高的切削效益，那么，确定切削用量就应该遵循下列原则：采用尽可能大的背吃刀量，采用能满足已加工表面粗糙度要求的尽可能大的进给量，再根据所确定的刀具寿命值，按切削用量与刀具寿命的关系公式计算切削速度。,五、切削用量的合理选择,什么是合理的切削用量？ 它是指在保证加工质量的前提下，充分利用刀具和机床的性能，能获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。,（1）ap、f、vc对切削生产率的影响,材料切除率 Q=1000vcapf （mm3/s）,（2）ap、f、vc对表面粗糙度的影响,表面粗糙度 进给量f 影响最大 切削速度vc次之 背吃刀量ap影响最小,（3）ap、f、vc对刀具耐用度的影响,刀具

15、耐用度：,五、切削用量的合理选择,切削力背向力进给力切削时消耗的功率,五、切削用量的合理选择,1.切削用量选择的原则 在机床、刀具、工件的强度以及工艺系统刚性允许的条件下:1)首先选择尽可能大的背吃刀量ap;2)其次选择在加工条件和加工要求限制下允许的进给量f;3)最后再按刀具寿命的要求确定一个合适的切削速度vc。,五、切削用量的合理选择,2.刀具寿命的确定 1)刀具的经济寿命TC（min）： 按工序加工成本最低的原则确定的刀具寿命。 2)刀具的最高生产率寿命TP（min）： 按工序加工时间最少的原则确定的刀具寿命。,2.刀具寿命的确定 计算刀具寿命的近似公式,2.2 金属切削过程基本规律的应

16、用,刀具材料刀具几何参数切削用量切削液,一、工件材料的切削加工性,1.切削加工性的概念和衡量指标 切削加工性是指工件材料被切削加工的难易程度。,一、工件材料的切削加工性,1.切削加工性的概念和衡量指标标准一 用刀具寿命来衡量 在相同的切削条件下，使用同一型号（最好是同一把）刀具，在同一磨钝标准（例如VB=0.3mm）下，切削两种不同的工件材料，刀具寿命高的比寿命低的切削加工性好。,一、工件材料的切削加工性,1.切削加工性的概念和衡量指标标准二 用切削速度来衡量 在刀具寿命相同的条件下，允许切削速度高的工件材料，其切削加工性能好。,一、工件材料的切削加工性,标准二 用切削速度来衡量 为统一标准起

17、见，取正火状态下的45钢作基准材料，刀具寿命为60min，这时的切削速度为基准（写作 (vc60)j ），而将其它材料的(vc60)与其相比，这个比值Kr称为相对加工性：,一、工件材料的切削加工性,标准三 用已加工表面的表面质量来衡量 精加工时，常以已加工表面质量作为衡量切削加工性的指标，容易获得良好已加工表面质量的，其加工性就好，反之就差。,2.工件材料的物理力学性能对切削加工性的影响,（1）硬度和强度（2）塑性和韧性（3）导热系数（4）其它物理力学性能：如线性膨胀系数,3.改善切削加工性的途径,（1）调整材料的化学成分（2）材料加工前进行合适的热处理（3）选择加工性好的材料状态（4）其它（

18、如等离子焰加热工件切削）,二.切削液,1.切削液的作用（1）冷却作用（2）润滑作用（3）洗涤与防锈作用常用切削液有：水溶液、 切削油、 乳化液 、极压切削液等,三、刀具几何参数的合理选择,1.前角的选择1）前角的功用2）合理前角的选择,2.后角的选择,1）后角的功用2）后角的选择,3. 主偏角的选择,1）主偏角功用 表2.132）主偏角的选择,4. 刃倾角的选择表 2.14,1）刃倾角功用,控制切屑流出的方向,影响刀头的强度,影响刀刃的锋利程度度,影响轴向力和径向力的大小,3.切削用量的合理制定,(1)背吃刀量ap和走刀次数的选择 1）粗加工时，首先应将精加工的和半精加工的余量留下来，剩下的余

19、量尽可能在一次走刀下切除。2）精加工时的最小背吃刀量的确定，取决于刀具刃口的锋利程度，对于刃口较锋利的高速钢刀具不应小于0.005mm；对于刃口不太锋利的硬质合金刀具，背吃刀量要略大一点。,3.切削用量的合理制定,(2) 进给量f的选择： 1）粗加工时，主要考虑工艺系统的承受能力。 选择进给量的限制条件有：机床进给机构的强度、车刀刀杆强度、车刀刀杆刚度、刀片强度以及工件装夹刚度等，每个限制条件给出一个允许的进给量，在这几个允许的进给量中选取最小的一个。 在制定大批大量生产的工艺规程时，应该按照上述限制条件，通过计算和比较，来确定合理的进给量。,3.切削用量的合理制定,(2) 进给量f的选择：2

20、）半精加工和精加工时，最大进给量主要受加工精度和表面粗糙度的限制。 当车刀的刀尖圆弧半径r较大或车刀具有副偏角很小的修光刃，且切削速度较高时，进给量可以选得大一些。3）在生产中，进给量常常是按实际经验确定的。,3.切削用量的合理制定,(1)切削速度vc的选择： 1）首先，应该根据已确定的背吃刀量asp、进给量f以及刀具寿命T，再按刀具寿命与切削用量关系式计算，得出的计算值。 所选定的这个刀具寿命T，一般都在刀具的经济寿命Tc和最高生产率寿命Tp之间。,3.切削用量的合理制定,(3)切削速度vc的选择： 2）计算vc后，应根据加工工件直径计算相应的转速， 转速n 再按照机床的转速表，确定一个可实现的转速n。然后，再计算在这个实际转速n下的实际的切削速度vc。通常要求实际的切削速度vc尽量接近（一般为略小于）初始计算值。,3）校验机床功率及扭矩。切削功率Pc： （Kw）机床的有效功率： （Kw） 若 则机床效验合格,(3)切削速度vc的选择：,