第三章_切削过程及其控制课件.ppt

金属切削过程是刀具从工件表面切去多余金属的过程，也是工件的切削层在刀具前刀面挤压下产生塑性变形，形成切屑而被切下来的过程。切削过程中会产生一系列物理现象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度以及有关刀具的磨损与刀具寿命、卷屑与断屑等。 变形系数ξ是大于1的数，可以用剪切角φ表示： 公式(3.3)表明，剪切角φ与前角γ0变化是影响切削变形的两个主要因素。因此，切削时塑性变形是很大的。如果增大前角γ0和剪切角φ，使ξ减小，则切削变形减小。 ξ主要从塑性压缩方面分析，只能近似地表示切削变形等程度。 切削合力Fr的方向就是主应力的方向。根据材料力学平面应力状态理论，主应力方向与最大剪应力方向的夹角应为45，即Fs与Fr的夹角应为45o，故 工件材料、切削厚度、刀具前角和切削速度是影响前刀面摩擦系数的主要因素。 工件材料：实验表明在相同切削条件下，加工几种不同工件材料，如铜、10钢、10Cr钢、1Cr18Ni9Ti等，随着工件材料的强度和硬度的依次增大，摩擦系数μ略有减少。这是 由于当切削速度不变时，材料的硬度强度大时，切削温度增高，故摩擦系数下降。 切削厚度、刀具前角：切削厚度ac增加时，μ也略为下降，如10钢的ac从0.1mm增大到0.18mm,μ从0.74降至0.72。因为ac增加后正应力也随之增大（参见式3-10）。在一般切削速度范围内，前角γ0愈大，则μ值愈大。因为随着γ0增大，正应力减小，故μ增加。 低速(vc≤3m／min左右)切削时，产生的切削温度很低；较高速(vc60m／min)切削时，产生的切削温度较高，这两种情况的摩擦系数均较小，故不易形成积屑瘤。在中速(vc≈20m／min)，积屑瘤的高度达到最大值。 5.精加工避免或减小积屑瘤的措施 （1）避开中速区 （2）使用润滑性能好的切削液 （3）增大刀具前角 （4）提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向 挤裂(节状)切屑 外形特征：刀屑接触面有裂纹，外表面是锯齿形。形成条件：这类切屑之所以呈锯齿形，是由于它的第一变形区较宽，在剪切滑移过程中滑移量较大。大多在低速、大进给、切削厚度较大、刀具前角较小时产生(图3-15b)。 鳞刺是已加工表面上的一种鳞片状毛刺。其形成过程如图3-17所示，可分为抹拭、导裂、层积、切顶四个阶段。 切削速度对切削力影响复杂（图3-20） 加工塑性金属时，切削速度vc对切削力的影响规律如同对切削变形影响一样，它们都是积屑瘤与摩擦的作用造成的。 （2）刀具材料的导热系数 刀具材料的导热系数较高时，切削热易从刀具方面导出，切削区域温度随之降低，这有利于刀具寿命的提高。 （3）周围介质 （4）切屑与刀具接触时间 外圆车削时，切屑形成后迅速脱离车刀而落人机床的容屑盘中，故切屑的热量传给刀具不多。 钻削或其它半封闭式容屑的切削加工，切屑形成后仍与刀具及工件相接触，切屑将所带的切削热再次传给工件和刀具，使切削温度升高。 二.改善切削加工性的途径 图3－31 各种切削速度下的刀具磨损曲线 图3－32 在双对数坐标上的T—v曲线 f= B / Tn ap= C/Tp 综合以上三式，可以得到切削用量三要素与寿命的关系： T= CT/vcym f ynapp 用YT15硬质合金车刀切削σb＝0.63GPa的碳钢时，切削用量与刀具寿命的关系式为： T= CT/vc5 f2.25ap0.75 b. 被吃刀量与刀具耐用度的关系 由系数可知：切削速度对刀具耐用度影响最大，其次是进给量，被吃刀量影响最小。与对切削温度的影响顺序一致。 主偏角增大，切削温度升高，切削层厚度增大，单位切削刃的切削负荷增大，刀具耐用度降低，但过小会背向力增加，引起振动，降低耐用度。 2） 刀具角度对刀具耐用度的影响 a. 主偏角对刀具耐用度的影响 b. 前角对刀具耐用度的影响 前角增大，切削温度降低，刀具耐用度提高，但过大会散热差，降低耐用度。 3）工件材料对刀具耐用度的影响 工件材料强度、硬度高，刀具磨损快，刀具耐用度降低。 工件材料延伸率大，切削温度高，刀具耐用度降低 3.合理刀具耐用度的选择原则 合理刀具耐用度的选择原则，直接影响生产效率、加工成本。在自动线生产中还影响生产节拍。 一般情况下，应采用最低成本寿命，当任务紧迫或生产中出现不平衡环节时，可采用最大生产率寿命。 刀具耐硬度的确定，从三个方面进行考虑： a.最大生产率耐用度 b.最低成本耐用度 c.最大利润耐用度 一般情况下，最大生产率耐用度低于最低成本耐用度 图3－33 刀具寿命对生产率和加工成本的影响 式中 tm 、 ta 、 tc 分别为基本时间、辅助时间和换刀时间；T 为刀具寿命。令