第2章切削加工的理论基础课件.ppt

第二章 切削加工的理论基础 2.1 金属切削层的变形 目 录 2.1.1 切屑形成 2.1.2 金属切削层的三个变形区 2.1.3 变形程度的表示方法 2.1.4 切屑变形的变化规律 2.1.5 切屑的类型与控制 金属切削过程是切削层金属在刀具的前刀面推挤下，发生以剪切滑移为主的塑性变形而形成切屑的过程。 积屑瘤 积屑瘤对加工的影响有以下几个方面： (1) 积屑瘤可以代替切削刃和前刀面进行切削，从而保护切削刃和前刀面，减少刀具的磨损； (2) 积屑瘤的存在使刀具在切削时具有更大的实际前角，减小了切屑的变形，切削力下降； (3) 积屑瘤具有一定的高度，其前端伸出切削刃之外，使实际的切削厚度增大；另外在切削过程中积屑瘤是在不断的生长和破碎的，所以积屑瘤的高度也在不断变化，导致了实际切削厚度的不断变化，使工件的尺寸精度降低。同时部分积屑瘤的碎片会嵌入工件已加工表面，影响工件的表面质量； (4) 不稳定的积屑瘤不断地生长、破碎和脱落，积屑瘤脱落时会剥离前刀面上的刀具材料，加剧了刀具的磨损。 避免积屑瘤产生的常用的方法有： (1) 选择低速或高速加工，避开容易产生积屑瘤的切削速度区间。例如，高速钢刀具采用低速宽刀加工，硬质合金刀具采用高速精加工； (2) 采用冷却性和润滑性好的切削液，减小刀具前刀面的粗糙度等； (3) 增大刀具前角，减小前刀面上的正压力； (4) 采用预先热处理，适当提高工件材料硬度、降低塑性，减小工件材料的加工硬化倾向。 变形系数 切屑厚度hch与切削层厚度hD之比，称为厚度变形系数 切削层长度lD与切屑长度lch之比，称为长度变形系数 切削层变成切屑后宽度的变化很小，根据体积不变原理 变形系数是大于1的数，它直观地反映了切屑变形程度，并且比较容易测量。 1. 工件材料 2. 刀具 3. 切削用量 1. 切屑的基本类型 2. 切屑的形状 卷屑和断屑 2.2 切削力和切削功率 2.2.1 切削力的来源 2.2.2 切削合力、分力及功率 2.2.3 切削力的测量 2.2.4 切削力经验公式的建立 2.2.5 影响切削力的因素 切削力来源于三个方面 (1) 克服被加工材料弹性变形的抗力； (2) 克服被加工材料塑性变形的抗力； (3) 克服切屑对刀具前刀面、工件过渡表面和已加工表面对刀具后刀面的摩擦力。 1. 切削合力和分力 F可以分解为相互垂直的三个分力，即进给力Ff 、背向力Fp和切削力Fc 2. 切削功率 单位时间消耗在切削过程中的功称为切削功率Pc 指数公式 在生产实际中计算切削力的经验公式常用指数公式 1. 工件材料 工件材料强度、硬度越高，则τs越大，切削力Fc也随之增大。 2. 切削用量 ap和f 的大小决定切削层公称横截面积的大小。因此，ap和f 的增加均会使Fc增大，但两者的影响程度不同。ap增大，Fc成正比线性增大。 f 增大，Fc成正比非线性增大。 加工铸铁时，切削速度v与切削力Fc的关系曲线。 3. 刀具几何角度 前角γo对切削力的影响最大。 κr对Fc的影响不大，对Fp、Ff的影响较大。 λs对Fc影响不大，而对Fp、Ff影响较大。 4. 其他因素 2.3 切削热和切削温度 目 录 2.3.1 切削热的产生和传出 2.3.2 切削温度及其分布和测量 2.3.3 影响切削温度的主要因素 1. 热源 切削热的来源主要有三方面： （1）切屑与刀具前刀面之间摩擦所消耗的摩擦功。 （2）工件与刀具后刀面之间摩擦所消耗的摩擦功。 （3）切削层金属在刀具的作用下发生弹性变形和塑性变形所消耗的变形功。 与此相对应，切削热产生在三个区域，即剪切面、切屑与刀具前刀面接触区、工件与刀具后刀面接触区。 2. 切削热的传播 切削热传散出去的途径主要是切屑、工件、刀具和周围介质(如空气、切削液等)，影响热传导的主要因素是工件和刀具材料的导热系数以及周围介质的状况。 切屑与刀具的接触时间也会影响切削温度。不同的切削加工方法，切削热沿不同传导途径传递出去的比例也各不相同。 通过实验得到切削温度的经验公式。 1. 切削用量 通过对比表中数据可知xθ＞yθ＞zθ，说明切削用量三要素对切削温度的影响v＞f ＞ap，这与它们对切削力的影响程度正好相反。 1) 切削速度v 2) 进给量f 3) 背吃刀量ap 2. 刀具几何参数 1) 前角γo对切削温度的影响 2) 主偏角κr对切削温度的影响 3) 负倒棱宽度br和刀尖圆弧半径rε对切削温度的影响 负倒棱宽度在(0～2)f范围内变化，刀尖圆弧半径在0～1.5mm范围内变化，基本上不会