金属切削过程基本规律的应用教学课件

金属切削过程基本规律的应用金属切削过程基本规律的应用51、山气日夕佳，飞鸟相与还。52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。53、富贵非吾愿，帝乡不可期。54、雄发指危冠，猛气冲长缨。55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美池桑竹之属，阡陌交通，鸡犬相闻。LOGO第六节第六节 切削过程基本规律的应用切削过程基本规律的应用一、切屑的控制一、切屑的控制 按切屑形成时变形程度的不同可划分为以下四种类型。按切屑形成时变形程度的不同可划分为以下四种类型。1.1.切屑的类型切屑的类型切切屑屑的的控控制制带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑1.1.切屑的类型切屑的类型形成条件影响名称简图形态变形带状，底面光滑，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状粒状不规则块状颗粒剪切滑移尚未达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小，刀具前角较大加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大，刀具前角较小工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆材料，刀具前角较小切削过程平稳，表面粗糙度小，妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切削过程不平稳，表面粗糙度不佳切削力波动大，有冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑切屑类型及形成条件1.1.切屑的类型切屑的类型切切屑屑的的控控制制 加工塑性材料，采用不同的加工条件，切屑间的相互转化：挤裂切屑0、vac）（粒状切屑0、（ac）v带状切屑带状屑：带状屑：高速切削塑性金属，一高速切削塑性金属，一般应力求避免般应力求避免C C形屑：形屑：切削一般碳钢和合金钢切削一般碳钢和合金钢时，采用带卷屑槽的车时，采用带卷屑槽的车刀时易得，较好刀时易得，较好长紧卷屑：长紧卷屑：普通车床上较好普通车床上较好发条状卷屑发条状卷屑：重型机床上较好重型机床上较好宝塔状卷屑：宝塔状卷屑：自动机或自动线上较好自动机或自动线上较好1.1.切屑的类型切屑的类型切切屑屑的的控控制制2.2.切屑的流向、卷曲和折断切屑的流向、卷曲和折断（1 1）切屑的流向）切屑的流向a）直角自由切削）直角自由切削b）直角非自由切削）直角非自由切削c）斜角切削）斜角切削切屑沿正交平面切屑沿正交平面方向流出方向流出切屑近似地沿各切切屑近似地沿各切削刃流屑的合成方削刃流屑的合成方向向ch流出。流出。切屑的流向受切屑的流向受到刃倾角到刃倾角s的的影响影响切切屑屑的的控控制制（1 1）切屑的流向）切屑的流向a）s=0b）s0c）s0切屑流向工件切屑流向工件已加工表面已加工表面切屑流向待切屑流向待加工表面加工表面 2.2.切屑的流向、卷曲和折断切屑的流向、卷曲和折断切切屑屑的的控控制制c）斜角切削）斜角切削（2 2）切屑的卷曲）切屑的卷曲 2.2.切屑的流向、卷曲和折断切屑的流向、卷曲和折断切切屑屑的的控控制制（3 3）切屑的折断）切屑的折断 弯曲应力增大，超过材料的弯曲强度极限后，切屑折断。弯曲应力增大，超过材料的弯曲强度极限后，切屑折断。受到外界障碍物的作用，如断屑器、工件或刀具的冲击而受到外界障碍物的作用，如断屑器、工件或刀具的冲击而折断。折断。靠自身重量和离心力的作用也可能甩断。靠自身重量和离心力的作用也可能甩断。2.2.切屑的流向、卷曲和折断切屑的流向、卷曲和折断切切屑屑的的控控制制 断屑器断屑器是指在刀具前刀面上作出的槽、台阶或固定是指在刀具前刀面上作出的槽、台阶或固定一个附加挡块，其中常用的是断屑槽（卷屑槽）。一个附加挡块，其中常用的是断屑槽（卷屑槽）。断屑槽的槽型有以下三种断屑槽的槽型有以下三种切切屑屑的的控控制制a a）折线型）折线型b b）直线圆弧型）直线圆弧型c c）全圆弧型）全圆弧型l lBnBn，BnBnr rchch 卷曲变形卷曲变形和弯曲应力和弯曲应力 切屑易折断。切屑易折断。但但l lBnBn太小或太小或BnBn太大，切屑易堵塞，太大，切屑易堵塞，使切削力、切削温度升高。使切削力、切削温度升高。切削速度切削速度v vc cT T 当刀具使用寿命为当刀具使用寿命为T T(min)(min)时切削某种材料所时切削某种材料所允许的切削速度。允许的切削速度。v vc cT T越高，材料的切削加工性越好。通常取越高，材料的切削加工性越好。通常取T T =6060 minmin，v vc cT T写作写作v vc60c60 ；难加工材料，；难加工材料，v vc cT T为为v vc15c15或或v vc30 c30。材料的相对加工性材料的相对加工性K Kr r 以以b b=0.637GPa=0.637GPa的的4545钢的钢的v vc60c60作为基作为基准，写作准，写作(v vc60c60)j j，将某种材料的，将某种材料的v vc60c60与其相比的比值，即与其相比的比值，即 K Kr r v vc60c60/(v vc60c60)j j 二、材料的切削加工性二、材料的切削加工性（1 1）刀具寿命）刀具寿命T T或一定寿命下允许的切削速度或一定寿命下允许的切削速度v vc cT T指标指标1.1.衡量材料切削加工性的主要指标衡量材料切削加工性的主要指标相同切削条件比相同切削条件比T T ；T T 一定，比速度一定，比速度v vcT cT。材材料料的的切切削削加加工工性性材料的相对加工性材料的相对加工性Kr二、材料的切削加工性二、材料的切削加工性（2 2）加工表面质量指标）加工表面质量指标 精加工时，常以用精加工时，常以用Ra作为切削加工性指标。精密零件，作为切削加工性指标。精密零件，用用加工硬化、残余应力加工硬化、残余应力。材材料料的的切切削削加加工工性性二、材料的切削加工性二、材料的切削加工性（3 3）切削力、切削温度指标）切削力、切削温度指标 在粗加工或机床刚性、动力不足时，可用切削力或切削功在粗加工或机床刚性、动力不足时，可用切削力或切削功率作为加工性指标。率作为加工性指标。（4 4）切屑控制难易程度指标）切屑控制难易程度指标 在自动机床、数控机床或自动线上，常以此为切削加工性在自动机床、数控机床或自动线上，常以此为切削加工性指标。指标。材料切削加工性能难易程度主要决定于材料的物理力学性材料切削加工性能难易程度主要决定于材料的物理力学性能，其中包括材料的硬度、抗拉强度能，其中包括材料的硬度、抗拉强度b b、伸长率、伸长率、冲击值、冲击值k k和热导率和热导率k k，常按它们数值的大小来划分切削加工性等级。，常按它们数值的大小来划分切削加工性等级。材材料料的的切切削削加加工工性性例例 45钢钢 1Cr18Ni9Ti工件材料的物理力学性能对加工性的影响工件材料的物理力学性能对加工性的影响 白口铸铁白口铸铁硬度高（硬度高（HBS600)HBS600)，难切削；，难切削；灰口铸铁灰口铸铁硬度适中，强度塑性小，切削力较小。硬度适中，强度塑性小，切削力较小。球墨铸铁、可锻铸铁球墨铸铁、可锻铸铁的强度塑性比灰铁高，切削性良好。的强度塑性比灰铁高，切削性良好。2.2.常用材料的切削加工性及其改进措施常用材料的切削加工性及其改进措施（1 1）有色金属）有色金属 普通铝及铝合金、铜及铜合金，强度硬度低，导热性普通铝及铝合金、铜及铜合金，强度硬度低，导热性 好，易切削。好，易切削。（2 2）铸铁）铸铁材材料料的的切切削削加加工工性性 （3 3）结构钢）结构钢 低碳钢低碳钢硬度低，塑韧性高，变形大，断屑难，粘屑，加硬度低，塑韧性高，变形大，断屑难，粘屑，加工表面粗糙，加工性较差；工表面粗糙，加工性较差；高碳钢高碳钢硬度高，塑性低，切削力大，温度高，刀具寿命硬度高，塑性低，切削力大，温度高，刀具寿命低，加工性差；低，加工性差；中碳钢中碳钢性能适中，加工性良好。性能适中，加工性良好。合金结构钢合金结构钢强度硬度提高，切削加工性变差。强度硬度提高，切削加工性变差。（4 4）难加工材料）难加工材料2.2.常用材料的切削加工性及其改进措施常用材料的切削加工性及其改进措施材材料料的的切切削削加加工工性性钢中加硫、铅等元素；铸铁中增加石墨成分。钢中加硫、铅等元素；铸铁中增加石墨成分。低、中碳钢低、中碳钢宜选正火处理，均匀组织，调整硬度塑性；宜选正火处理，均匀组织，调整硬度塑性；高碳钢高碳钢宜用退火宜用退火,降低硬度降低硬度,均匀组织均匀组织,改善加工性；改善加工性；中碳以上的合金钢中碳以上的合金钢硬度较高，需退火以降低硬度；硬度较高，需退火以降低硬度；不锈钢不锈钢常要进行调质处理，降低塑性，以便加工；常要进行调质处理，降低塑性，以便加工；铸铁铸铁需进行退火处理，降低表皮硬度，消除内应力。需进行退火处理，降低表皮硬度，消除内应力。改善材料切削加工的措施改善材料切削加工的措施（1 1）调整材料的化学成分）调整材料的化学成分（2 2）进行适当的热处理）进行适当的热处理材材料料的的切切削削加加工工性性难加工材料加工，机床要有足够的功率和刚性；难加工材料加工，机床要有足够的功率和刚性；选择合适的切削液，供给充足；选择合适的切削液，供给充足；高硬度材料加工采用磨削加工更容易。高硬度材料加工采用磨削加工更容易。低碳钢选冷拔状态；低碳钢选冷拔状态；中碳钢选热轧状态。中碳钢选热轧状态。改善切削加工的方法改善切削加工的方法1.1.选择合适的刀具材料和切削用量选择合适的刀具材料和切削用量难加工材料，导热性差，选难加工材料，导热性差，选YGYG、YWYW合金或涂层刀片；合金或涂层刀片；选择合理的刀具几何参数，断屑槽、卷屑槽，控制排屑；选择合理的刀具几何参数，断屑槽、卷屑槽，控制排屑；选择合理切削用量等。选择合理切削用量等。2.2.选用合适的设备和加工方法选用合适的设备和加工方法3.3.选择切削加工性好的材料状态选择切削加工性好的材料状态材材料料的的切切削削加加工工性性冷却冷却 摩擦摩擦热的产生；将热量带走。本身导热系数、热的产生；将热量带走。本身导热系数、比热、汽化热及流量、流速、冷却方式等。比热、汽化热及流量、流速、冷却方式等。润滑润滑 切削液的渗透性、形成润滑膜能力、润滑膜切削液的渗透性、形成润滑膜能力、润滑膜强度强度 排屑、清洗排屑、清洗 防锈防锈 防锈添加剂防锈添加剂 三、切削液三、切削液1.1.切削液的作用切削液的作用 水溶液水溶液 水添加剂水添加剂 冷却冷却 粗加工粗加工 乳化液乳化液 乳化油水乳化油水 切削油切削油 矿物油添加剂矿物油添加剂 润滑润滑 精加工精加工2.2.切削液的种类切削液的种类切切削削液液（1 1）从加工要求考虑）从加工要求考虑 粗加工，选用水溶液或低浓度乳化液；粗加工，选用水溶液或低浓度乳化液；精加工，选用极压切削油或高浓度乳化液。精加工，选用极压切削油或高浓度乳化液。（2 2）从刀具材料考虑）从刀具材料考虑 高速钢，需用切削液；硬质合金等高速钢，需用切削液；硬质合金等,可不用或充分连续用。可不用或充分连续用。（3 3）从工件材料考虑）从工件材料考虑 钢等塑性材料，需用切削液；铸铁等脆材，可不用；钢等塑性材料，需用切削液；铸铁等脆材，可不用；高强度钢等难加工材料，宜用极压切削油或乳化液。高强度钢等难加工材料，宜用极压切削油或乳化液。（4 4）从加工方法考虑）从加工方法考虑 钻孔铰孔、攻螺纹和拉削等，宜用极压乳化液或切削油；钻孔铰孔、攻螺纹和拉削等，宜用极压乳化液或切削油；成形刀具齿轮刀具等用极压切削油；磨削宜用乳化液。成形刀具齿轮刀具等用极压切削油；磨削宜用乳化液。3.3.切削液的合理选用切削液的合理选用三、切削液三、切削液切切削削液液1.1.切削用量的选择原则切削用量的选择原则（1 1）生产效率）生产效率（2 2）机床功率）机床功率（3 3）刀具耐用度）刀具耐用度（4 4）加工表面粗糙度）加工表面粗糙度四、切削用量的合理选择四、切削用量的合理选择切切削削用用量量的的合合理理选选择择四、切削用量的合理选择四、切削用量的合理选择 首先选择尽可能大的背吃刀量首先选择尽可能大的背吃刀量ap，其次在工艺条件允许，其次在工艺条件允许下选择较大的进给量下选择较大的进给量f ，最后在刀具寿命和机床功率允许的，最后在刀具寿命和机床功率允许的条件下，用计算法或查表法确定切削速度条件下，用计算法或查表法确定切削速度vc 。切切削削用用量量的的合合理理选选择择1.1.切削用量的选择原则切削用量的选择原则（1 1）粗加工切削用量的选择）粗加工切削用量的选择1 1）背吃刀量）背吃刀量apapn尽可能一次切除粗加工的余量，即使尽可能一次切除粗加工的余量，即使ap=ap=粗；粗；n当毛坯粗大，工艺系统刚性差，机床功率不足时，当毛坯粗大，工艺系统刚性差，机床功率不足时，可分两次或数次切除可分两次或数次切除n切削表面有硬皮或切削不锈钢等冷硬较严重的材料切削表面有硬皮或切削不锈钢等冷硬较严重的材料时，应尽量使时，应尽量使apap大于硬皮或冷硬层厚度，以防刀具过大于硬皮或冷硬层厚度，以防刀具过早磨损。早磨损。2.2.切削用量选择的方法（以车削为例）切削用量选择的方法（以车削为例）切切削削用用量量的的合合理理选选择择2)2)进给量进给量（1 1）粗加工切削用量的选择）粗加工切削用量的选择切切削削用用量量的的合合理理选选择择3)3)切削速度切削速度vcvc4)4)校验机床功率校验机床功率 粗车时，受粗车时，受PcPc的限制的限制 所选定的转速所选定的转速n n应按机床说明书最后确定。应按机床说明书最后确定。（1 1）粗加工切削用量的选择）粗加工切削用量的选择切切削削用用量量的的合合理理选选择择1 1）背吃刀量）背吃刀量apap 半精车余量较小半精车余量较小 Z=1 Z=12mm2mm左右左右 精车余量更小精车余量更小2 2）进给量）进给量半精车、精车的主要受半精车、精车的主要受 Ra Ra的限制的限制3 3）切削速度）切削速度vcvc（2 2）半精车、精车切削用量的选择）半精车、精车切削用量的选择切切削削用用量量的的合合理理选选择择思考题与习题思考题与习题思思考考题题与与习习题题第三节第三节 切削过程基本规律的应用切削过程基本规律的应用1.1.常用的断屑槽有哪几种型式？各有何特点？常用的断屑槽有哪几种型式？各有何特点？2.2.如何改变进给量如何改变进给量f 及主偏角及主偏角r来控制断屑？来控制断屑？3.3.什么叫材料的切削加工性和相对加工性？衡量材料切削什么叫材料的切削加工性和相对加工性？衡量材料切削加工性的指标有哪些？加工性的指标有哪些？4.4.试比较试比较10钢、钢、40Cr、40Mn2、1Cr18Ni9Ti的切削加工的切削加工性好坏。性好坏。5.5.采取什么措施来改善采取什么措施来改善1Cr18Ni9Ti的切削加工性？的切削加工性？6.6.粗磨外圆、钻孔、精铰孔、精刨铸铁件、拉孔、滚削齿粗磨外圆、钻孔、精铰孔、精刨铸铁件、拉孔、滚削齿轮可采用什么切削液？为什么？轮可采用什么切削液？为什么？7.7.试述前角试述前角o、后角、后角o、主偏角、主偏角r和刃倾角和刃倾角s功用和选择原功用和选择原则。则。思考题与习题思考题与习题思思考考题题与与习习题题第三节第三节 切削过程基本规律的应用切削过程基本规律的应用8.8.分别说明加工下述不同材料时，如何确定前角分别说明加工下述不同材料时，如何确定前角o、主、主偏角偏角r、后角、后角o、刃倾角、刃倾角s的大小：韧性高的材料；硬的的大小：韧性高的材料；硬的材料；热导率小的材料。材料；热导率小的材料。9.9.在下述加工情况下，如何确定前角在下述加工情况下，如何确定前角o、主偏角、主偏角r、后、后角角o的大小：有冲击载荷时粗车；车削细长轴；精车薄壁的大小：有冲击载荷时粗车；车削细长轴；精车薄壁套筒。套筒。10.10.为什么说选择切削用量的次序是先选为什么说选择切削用量的次序是先选ap，再选，再选f，最好，最好选选vc？切削用量选择的原则是什么？粗车、半精车、精车？切削用量选择的原则是什么？粗车、半精车、精车时切削用量应如何选择？时切削用量应如何选择？LOGO1 1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。、最灵繁的人也看不见自己的背脊。非洲非洲2 2、最困难的事情就是认识自己。、最困难的事情就是认识自己。希腊希腊3 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。、有勇气承担命运这才是英雄好汉。黑塞黑塞4 4、与肝胆人共事，无字句处读书。、与肝胆人共事，无字句处读书。周恩来周恩来5 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。培根培根