切削力、切削热、切削液课件.ppt

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1、第3-第6节,切削力、切削热、切削液,南海一职：刘业贵,第3-第6节切削力、切削热、切削液南海一职：刘业贵,1.知道什么是切削力、切削热、切削液2、影响切削力、切削温度的因素是什么3、在实际操作过程中，会处理温度过高等问题4、会选用合理的切削液进行冷却,切削力、切削热、切削液的概念,教学目标,教学重难点,多媒体、动画、视频、实物演示,教学方法,南海一职：刘业贵,1.知道什么是切削力、切削热、切削液切削力、切削热、切削液的,第三节、 切削力,切削过程中，刀具施加于工件使工件材料产生变形，并使多余材料变为切屑所需的力，称为切削力(cutting force) 。,南海一职：刘业贵,第三节、 切削力

2、 切削过程中，刀具施加于工件,一、切削力的来源、切削合力及分力、切削功率,1. 切削力的来源,切削力来自于金属切削过程中克服被加工材料的弹、塑性变形抗力和刀具与工件及刀具与切屑之间摩擦阻力。,南海一职：刘业贵,一、切削力的来源、切削合力及分力、切削功率1. 切削力的来源,2.切削力的分解,通常将合力F分解为相互垂直的三个分力：切削力 Fc 、进给力 Ff 、背向力 Fp 。,切削力Fz(Fc),总切削力在主运动方向的分力，大小约占总切削力的80%90% 。Fc消耗的功率最多，约占总功率的90%左右，是计算机床切削功率、选配机床电机、校核机床主轴、设计机床部件及计算刀具强度等必不可少的参数。,背

3、向力 Fy（Fp）,进给力Fx (Ff),总切削力在垂直于工作平面方向的分力，Fp不消耗功率。但容易使工件变形，甚至可能产生振动，影响工件的加工精度。是进行加工精度分析、计算工艺系统刚度以及分析工艺系统振动时，所必须的参数。,总切削力在进给方向的分力，进给力也作功，但只占总功的1%5%。是设计、校核机床进给机构，计算机床进给功率不可缺少的参数,南海一职：刘业贵,2.切削力的分解 通常将合力F分解为相互垂直的三个分力,南海一职：刘业贵,南海一职：刘业贵,计算切削功率(cutting power) Pc是用于核算加工成本和计算能量消耗，并在设计机床时根据它来选择机床主电动机功率。主运动消耗的切削功

4、率 PcFcc/6010-3 （kW）机床电机功率 PE =Pcm（m0.750. 85）。,3切削功率,南海一职：刘业贵,计算切削功率(cutting power) Pc是用于核算,三、影响切削力的因素,1. 工件材料,影响较大的因素主要是工件材料的强度、硬度和塑性。材料的强度、硬度越高，则屈服强度越高，切削力越大。在强度、硬度相近的情况下，材料的塑性、韧性越大，则刀具前面上的平均摩擦系数越大，切削力也就越大。,2. 切削用量,进给量f和背吃刀量ap,进给量f和背吃刀量ap增加，使切削力Fc增加。,南海一职：刘业贵,三、影响切削力的因素1. 工件材料影响较大的因素主要是工件材,切削速度在52

5、0m/min区域内增加时，积屑瘤高度逐渐增加，切削力减小；切削速度继续在2035m/min范围内增加，积屑瘤逐渐消失，切削力增加；在切削速度大于35m/min时，由于切削温度上升，摩擦系数减小，切削力下降。一般切削速度超过90m/min时，切削力无明显变化。在切削脆性金属工件材料时，因塑性变形很小，刀屑界面上的摩擦也很小，所以切削速度c 对切削力Fc无明显的影响。在实际生产中，如果刀具材料和机床性能许可，采用高速切削，既能提高生产效率，又能减小切削力。,切削速度c,南海一职：刘业贵,切削速度在520m/min区域内增加时，积屑瘤高度逐渐增加,前角的影响: o 切削变形切削力。（塑性材料）主偏角

6、的影响：Kr Fp , Ff ,3. 刀具几何参数,南海一职：刘业贵,前角的影响: o 切削变形切削力。（塑性材料）3,kr1,Kr,kr2,Fp,Ff,南海一职：刘业贵,kr1Krkr2FpFf南海一职：刘业贵,4. 刀具磨损,5. 切削液,6. 刀具材料,刀具材料与被加工材料间的摩擦系数，影响到摩擦力的变化，直接影响着切削力的变化。,南海一职：刘业贵,4. 刀具磨损5. 切削液6. 刀具材料 刀具,第四节、 切削热和切削温度,（一）、切削热的产生与传导,金属切削过程的三个变形区就是产生切削热(cutting heat)的三个热源：,1)切屑变形所产生的热量，是切削热的主要来源； 2)切屑与

7、刀具前刀面之间的摩擦所产生的热量；3)工件与刀具后刀面之间的摩擦所产生的热量。,南海一职：刘业贵,第四节、 切削热和切削温度（一）、切削热的产生与传导金属,南海一职：刘业贵,南海一职：刘业贵,切削热向切屑、工件、刀具以及周围的介质传导，使它们的温度上升，从而导致切削区内的切削温度(cutting temperatures)上升。,用高速钢车刀及与之相适应的切削速度切削钢料时，切削热传出的比例是：切屑传出的热约为50%86%；工件传出的热约为40%10%；刀具传出的热约为9%3%；周围介质传出的热约为1%。,南海一职：刘业贵,切削热向切屑、工件、刀具以及周围的介质传导，使它们的温度上升,（二）、

8、切削温度对切削加工过程的影响,1.对刀具材料的影响,高速钢刀具材料的耐热性为600左右，超过该温度刀具失效。硬质合金刀具材料耐热性好，在高温8001000时，强度反而更高，韧性更好。因此适当提高切削温度，可防止硬质合金刀具崩刃，延长刀具寿命。,2.对工件尺寸精度的影响,车削工件外圆时，工件受热膨胀，切削后冷却至室温，尺寸变小，特别是在精加工和超精密加工时，切削温度的变化对工件尺寸精度的影响特别大，因此控制好切削温度，是保证加工精度的有效措施。,南海一职：刘业贵,（二）、切削温度对切削加工过程的影响1.对刀具材料的影响,（三）、影响切削温度的因素,1.工件材料,材料的强度、硬度越高，则切削抗力越

9、大，消耗的功越多，产生的热就越多； 导热系数越小，传散的热越少，切削区的切削温度就越高。 切削脆性材料时，由于塑性变形很小，崩碎切屑与前刀面的摩擦也小，产生的切削热较少。 热处理状态不同，切削温度也不相同。,2.切削用量,切削速度对切削温度的影响最大，背吃刀量对切削温度的影响最小。,南海一职：刘业贵,（三）、影响切削温度的因素 1.工件材料 材料,3.刀具几何参数,4.刀具磨损,5.切削液,1)前角o塑性变形和摩擦切削温度。但前角不能太大，否则刀具切削部分的锲角过小，容热、散热体积减小，切削温度反而上升。 2)主偏角r切削刃工作接触长度，切削宽度bD，散热条件变差，故切削温度。,刀具主后面磨损

10、时，后角减小，后面与工件间摩擦加剧。刃口磨损时，切屑形成过程的塑性变形加剧，使切削温度增大。,利用切削液的润滑功能降低摩擦系数，减少切削热的产生，也可利用它的冷却功用吸收大量的切削热，所以采用切削液是降低切削温度的重要措施。,南海一职：刘业贵,3.刀具几何参数4.刀具磨损 5.切削液 1)前角o,第五节 切削液,1、切削液的作用,切削液(cutting fluid)的冷却作用主要靠热传导带走大量的切削热，从而降低切削温度，提高刀具寿命；减少工件、刀具的热变形，提高加工精度；降低断续切削时的热应力，防止刀具热裂破损等。,使用切削液后，切屑、工件与刀面之间形成完全的润滑油膜，成为流体润滑摩擦，此时

11、摩擦系数很小；实际情况是属于边界润滑摩擦，其摩擦系数大于流体润滑，但小于干摩擦。,3）切削液的清洗作用,南海一职：刘业贵,第五节 切削液1、切削液的作用 切削液(,2.切削液的分类,水溶液:主要成分是水，并加入少量的防锈剂等添加剂,有良好的冷却作用和清洗作用。,矿物油 少量动植物油非溶性切削液主要起润滑作用。,乳化液乳化油用水稀释而成，具有良好的流动性和冷却作用，并有一定的润滑作用,南海一职：刘业贵,2.切削液的分类水溶液:主要成分是水，并加入少量的防锈剂等添,3. 切削液的选用,按工件材料选用 加工钢等塑性材料时，需要切削液；加工铸铁等脆性材料时，不用切削液。按刀具材料选用 高速钢刀具耐热性

12、差，粗加工时应选用以冷却作用为主的切削液，以降低切削温度；在精加工时应使用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液，以提高加工表面质量。硬质合金刀具由于耐热性好，一般不用切削液；按加工方法选用 对半封闭、封闭加工，选用极压乳化液或极压切削油，以对切削区进行冷却、润滑和对切屑冲洗。磨削加工时，由于磨削区温度很高，磨屑会破坏已磨削表面质量,要求切削液具有良好的冷却、清洗、排屑和防锈性能，一般选用乳化液。,南海一职：刘业贵,3. 切削液的选用按工件材料选用 加工钢等塑性材料时，,第六节、 刀具磨损和耐用度,（一）、刀具磨损的形态,南海一职：刘业贵,第六节、 刀具磨损和耐用度（一）、刀具磨损的形态南

13、海一职：,1）后面磨损,当切削脆性材料或以较小的背吃刀量切削塑性材料时，由于刀具主后刀面 与工件过渡表面间存在着强烈的摩擦，在后刀面毗邻切削刃的部位磨损成小棱面。后刀面磨损量以后刀面上磨损宽度值VB表示，,3）前面和后面同时磨损,一般在以中等切削用量加工塑性金属材料时会出现这种形式磨损。,在切削速度较高、背吃刀量较大且不用切削液的情况下加工塑性材料时， 切屑将在前刀面磨出月牙洼。前刀面的磨损量以月牙洼的最大深度KT表示，,2）前面磨损,南海一职：刘业贵,1）后面磨损 当切削脆性材料或以较小的背吃刀,（二）、刀具磨损过程,1.刀具磨损过程,初期磨损阶段（）正常磨损阶段（）急剧磨损阶段（）,南海一

14、职：刘业贵,（二）、刀具磨损过程1.刀具磨损过程初期磨损阶段（）南海一,（三）、影响刀具磨损的因素,切削用量、刀具材料、刀具几何形状、工件材料以及是否使用切削液等，也都会影响刀具的磨损(tool wear) 。 在切削用量中，增大切削速度切削温度随之增高，对刀具磨损的影响最大，进给量f次之，背复杂的吃刀量ap最小。 耐热性好的刀具材料，就不易磨损。 适当加大刀具前角，由于减小了切削力，可减少刀具的磨损。,南海一职：刘业贵,（三）、影响刀具磨损的因素 切削用量、刀具材料、刀,（四）、刀具耐用度,1. 刀具耐用度的定义,刀具耐用度（现称刀具寿命）是指一把刃磨好的新刀从投入使用直至达到磨钝标准所经历

15、的实际切削时间。刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件材料的切削加工性及刀具几何参数是否合理的重要参数。,南海一职：刘业贵,（四）、刀具耐用度1. 刀具耐用度的定义刀具耐用度（现称刀具,2.刀具耐用度的选择原则,复杂的、高精度的、多刃的刀具耐用度应选得比简单的、低精度的、单刃的刀具高。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为使切削刃始终处于锋利状态，刀具耐用度可选得低些。对于换刀、调刀比较复杂的数控刀具、自动线刀具以及多刀加工时，刀具耐用度应选得高些，以减少换刀次数，保证整机和整线的可靠工作。精加工刀具切削负荷小，刀具耐用度应比粗加工刀具选得高些。大件加工时，为避免一次进给中中途换刀，刀具耐用度

16、应选得高些。,南海一职：刘业贵,2.刀具耐用度的选择原则复杂的、高精度的、多刃的刀具耐用度应,刀具寿命：刀具从开始投入使用到完全报废的总切削时间刀具几何参数 刀 具 材 料 工 件 材 料切 削 用 量,（五）、影响刀具寿命的因素,南海一职：刘业贵,刀具寿命：刀具从开始投入使用到完全报废的总切削时间（五）、影,五、 切削用量的选择,1、选择切削用量的原则,合理切削用量是指使刀具的切削性能和机床的动力性能得到充分发挥，并在保证加工质量的前提下，获得高生产率和低加工成本的切削用量。,南海一职：刘业贵,五、 切削用量的选择1、选择切削用量的原则,粗加工时，一次走刀尽可能切除全部余量，被吃刀量等于加工

17、余量。,半精加工时，被吃刀量取为0.52mm。,精加工时，被吃刀量取为0.10.4mm,1）、被吃刀量的选定,2、被吃刀量、进给量和切削速度的选定,2）、进给量的选定,生产实际中多采用查表法确定进给量。,粗加工时，进给量由机床进给机构强度、刀具强度与刚性、工件的装夹刚度决定。,精加工时，进给量由加工精度和表面粗糙度决定。,南海一职：刘业贵,粗加工时，一次走刀尽可能切除全部余量，被吃刀量半精加工时，被,3）、切削速度的选定,在ap、f 值选定后，根据合理的刀具耐用度或查表来选定车削速度。,在生产中选择切削速度的一般原则是：,（1）粗车时， ap、f 较大，故选择较低的v；精车 时， ap 、f

18、均较小，故选择较高的v。,（2）工件材料强度、硬度高时，应选较低的v。,（3）切削合金钢比切削中碳钢切削速度应降低20 30；切削调质状态的钢比正火、退火状态钢要 降低20 30；切削有色金属比切削中碳钢的 切削速度可提高100 300；,南海一职：刘业贵,3）、切削速度的选定 在ap、f 值选定后，根,（4）刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选得愈高。,（5）精加工时，应尽量避开积屑瘤和鳞刺产生的区域。,（6）断续切削及加工大件、细长件和薄壁工件时，应 适当降低切削速度。,（7）在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振 动的临界速度。,南海一职：刘业贵,（4）刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选得愈高。（5）精加,3、粗、精加工选择切削用量的原则,粗加工：首先选取尽可能大的被吃刀量；其次根据机床动力和刚性限制条件或加工表面粗糙度的要求，选取尽可能大的进给量；最后利用切削用量手册选取或者用公式计算确定切削速度。 精加工：主要考虑加工质量，常选用较小的背吃刀量和进给量，较高的切削速度，只有在受到刀具等工艺条件限制不宜采用高速切削时才选用较低的切削速度。,南海一职：刘业贵,3、粗、精加工选择切削用量的原则 粗加工：首,