金属切削原理与刀具--切削过程的基本规律.ppt

2.2 切削过程的基本规律 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： 刀具在切削过程中克服加工阻力所需的力。 ②、切削力的产生 A、克服被加工材料对弹性变形的抗力 B、克服被加工材料对塑性变形的抗力 C、克服切屑对刀具前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面和已加工表面间的摩擦力。 （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 （3）切削功率 概念： 切削过程中所消耗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 ＝ （ Fc υc ＋ Ff nf /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消耗功率一般小于1％～2％，可以忽略不计，因此功率公式可简化为 ： Pc ＝ Fc υc ×10-3KW ２.切削力的计算： （1）指数公式 指数公式应用较广，它的形式如下： 上式中，C　、C　、C　为被加工金属的切削条件系数， K　、K 　、K　为当加工条件与经验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.影响切削力的因素 （1）工件材料 （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）刀具材料与切削液 （1）工件材料 一般材料的强度愈高，硬度越大，加工硬化性越强，塑性变形越大，加工此材料所需的切削力也越大。 有多种因素影响时，综合考虑。如奥氏体不锈钢，虽然强度、硬度低，但加工硬化能力大，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 因为切削面积 AD＝ ap f ，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。 在生产中，如机床消耗功率相等，为提高生产效率，一般采用提高进给量而不是背吃刀量的措施。 积屑瘤产生阶段，由于刀具实际前角增大，切削力减小。 在积屑瘤消失阶段，切削力逐渐增大， 积屑瘤消失时，切削力Fc达到最大，以后又开始减小。 （与对变形系数的影响一样，都有马鞍形变化。） （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。这是因为前角的增大，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＝ 60 o～75 o 时， Fc最小，因此，主偏角κr ＝75 o 的车刀在生产中应用较多。 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）刀具材料与切削液 刀具材料影响到它与被加工材料摩擦力的变化，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。 切削液的正确应用，可以降低摩擦力，减小切削力。 2.2.2 切削热与切削温度 １.切削热的产生与传导 切削热产生的原因: 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表面接触区。 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 ＝ Fc υc（J/s） 实际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，如不考虑切削液，则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