《机械制造基础》教学课件—03金属切削基础知识.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 2．切削过程中的塑性变形 金属切削过程的塑性变形通常可以划分3个变形区：第一变形区（剪切滑移）、第二变形区（前刀面与切屑底层的摩擦区）、第三变形区（加工硬化）。这3个变形区不是独立的，而是有着紧密的内在联系和相互影响的。 （1）第一变形区：工件材料沿滑移面剪切变形，并伴有加工硬化现象。 （2）第二变形区：产生塑性变形的金属切削层材料经过第一变形区后，沿刀具前刀面流出，在靠近前刀面处形成第二变形区。 （3）第三变形区：金属切削层在已加工表面与刀具后面挤压和摩擦而产生塑性变形部分的区域。该区域内的变形特点：已加工表面存在加工硬化和残余应力。 4．影响切屑变形的因素 对切屑变形有显著影响的因素有以下几个。 （1）工件材料：工件材料强度和硬度越大，变形系数越小，切屑变形越小。 （2）刀具几何参数：刀具几何参数中影响最大的是前角。刀具前角γo越大，切屑变形系数越小。 （3）切削用量。 ① 提高切削速度，切削温度升高，摩擦系数减小，切屑变形系数减小。 ② 增大进给量，摩擦系数减小，切屑变形系数也会越小。 ③ 背吃刀量对变形系数基本无影响。 3.4.2 积屑瘤 1. 积屑瘤的成因 当切屑沿着刀具前刀面流出时，在一定的温度和压力作用下，与前刀面接触的切削层底层会受到较大的摩擦阻力，使得这一层金属流出的速度减慢，当摩擦力超过材料的内部结合力时，就会有一部分金属粘在切削刃附近，形成积屑瘤 2．积屑瘤对切削过程的影响 积屑瘤对切削过程的影响主要包括以下几个方面。 （1）使刀具实际前角（γb）增大，减小切削变形和切削力。 （2）积屑瘤不断生长和破坏，频率极高，因而可引起切削震动。 （3）积屑瘤的形状和大小不稳定，使加工表面粗糙度增大。 （4）在积屑瘤相对稳定时，可代替刀刃切削，减少刀具磨损；在不稳定的情况下，可加剧刀具磨损。 3．积屑瘤的控制 影响积屑瘤形成的主要因素有以下几个方面。 （1）工件材料的力学性能。影响积屑瘤形成的主要因素是塑性。塑性越大，越容易形成积屑瘤。例如，加工低碳钢、中碳钢、铝合金等材料时容易产生积屑瘤。要避免积屑瘤，可将工件材料进行正火或调质处理，以提高其强度和硬度，降低塑性，然后再进行加工。 （2）切削速度。对某些工件材料进行切削时，切削速度是影响积屑瘤的主要因素。 （3）冷却润滑条件。在实际生产中，一般精车、精铣采用高速切削，而拉削、铰削和宽刀精刨时，则采用低速切削，以避免形成切屑瘤。选用适当的切削液，可有效地降低切削温度，减少摩擦，也是减少和避免切屑瘤的重要措施之一。 3.4.3 切削力和切削功率 1．切削力的来源 切削力F的来源包括以下两个部分。 （1）切屑形成过程中弹性变形及塑性变形产生的抗力Fnγ和Fnα。 （2）刀具与切屑及工件表面之间的摩擦阻力Ffγ和Ffα。 2．切削力的分解 （1）Fc：切削力，是总切削力在主运动方向上的分力，占总切削力的80%～90%。该力消耗的机床功率最多，是计算机床动力、主传动系统零件和刀具强度的主要依据。Fc过大，可能会损坏刀具，并且可能导致电机负载过重而“闷车”。 （2）Fp：背向力，是总切削力在垂直于工作平面方向上的分力。切削时，该力不消耗功率。由于该力通常作用在工件刚度较弱的方向上，因此容易使工件变形，甚至产生震动，影响工件的加工精度。Fp一般用于计算与加工精度有关的工件挠度和刀具、机床零件的强度等，它也是使工件在切削过程中产生震动的主要作用力。 （3）Ff：进给力，总切削力在进给运动方向上的分力，是设计和校验进给机构所必需的数据。 切削力的组成 外圆车削时切削力的分解 3．切削力的估算 切削力的大小由很多因素决定，如工件材料、切削用量、刀具角度、刀具材料以及切削液的使用情况等，其中影响最大的是工件材料和切削用量。 目前生产实际中采用的切削力计算公式都是通过大量的试验和数据处理而得到的经验公式。这些经验公式主要有两种形式：指数切削力形式和切削层单位面积切削力形式。 （1）指数切削力形式的经验公式。指数切削力形式的经验公式应用比较广泛。 （2）切削层单位面积切削力形式的经验公式。 4．切削功率的计算 用切削层单位面积切削力可以计算切削力工作功率。工作功率Pe可分为两部分：一是主运动消耗的功率Pc（W），即切削功率；二是进给运动消耗的功率Pf（W），即进给功率。 5．影响切削力的因素 在切削加工中，切削力越大，机床和刀具的负担越大，发热和变形也会越严重，同时还会影响到加工系统的刚度。影响切削力大小的因素主要包括以下几方面。 （1）工件材料的影响。工件材料对切削力的影响如下。 ① 工件材料的物理力学性能、加工硬化程度、化学成分、热处理状态以及切削前的加工状态都对切削力的大小产