2第二章-金属切削原理解析

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,其次章 金属切削原理,第一节 概述,金属切削加工,指利用金属切削刃具切除工件上多余的金属，从而使工件的几何外形、,尺寸精度及外表质量都符合预定要求。,一、切削运动,在切削加工过程中，工件与刀具之间的相对运动，即切削运动。,切削运动的组成：,主运动,车削时，工件的旋转运动谓之；刨削时，刀具的运动谓之。,进给运动,车削时，刀具的纵向和横向运动谓之；刨削时，工件的运动谓,之。,切削速度、进给速度和合成速度,主运动的速度称为切削速度，用,V,c,表示。,进给运动的速度称为进给速度，用,V,f,表示。,合成切削运动速度,V,e,的大小和方向为：,V,e,=,V,c,+,V,f,。,二、切削加工的工件外表,以车削加工为例，工件在车削过程中有三个不断变化着的外表，如图2-1,所示。,1待加工外表：加工时立刻被切除的外表。,2加工外表：已被切去多余金属而形成的,工件新外表。,3已加工外表：加工时刀具正在切削的那个,外表，它是待加工外表和外表之间的外表。,三 切削用量切削用量三要素,指切削速度vc、进给量f (或进给速度值vf ) 、背吃刀量值aP。,1切削速度,式中 d-工件或刀具上某一点的回转直径(mm)；,n-工件或刀具的转速r/s或r/min。,2进给量进给速度,进给速度是单位时间的进给量,单位是m/s(mm/min)。,进给量是工件或刀具每回转一周 (如车削、钻削、铰削)时,沿进给运动,方向的相对位移 单位是mm/r。,对于刨削、插削的进给量呢？,3背吃刀量(切削深度),车削和刨削加工的背吃刀量ap为工件上已加工外表和待加工外表间的垂,直距离，单位是mm。,外圆柱外表车削的背吃刀量可用下式计算：,对于钻孔,其中 dm已加工外表直径(mm)； dw待加工外表直径(mm)。,四、切削层参数,在切削过程中，刀具的切削刃在一次走刀中从工件待加工外表切下的金,属层，称为切削层。,1.切削层公称厚度h,垂直于过渡外表测量的切削层尺寸，即相邻两过渡外表之间的距离，称,为切削层厚度mm。,2.切削层公称宽度b,沿过渡外表测量的切削层尺寸，称为切削层公称宽度b，简称切削宽度,mm，即 b= ap/sin r 。,3.切削层公称截面面积A,切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积称为切削层公称截面面积A，,简称为切削面积m m2，即 A=hb。,对于车削来说，切削面积为： A=hb=fap,其次节 刀具的几何角度,一、刀具切削局部的构造要素,刀具切削局部的几何外形主要由一些刀面和刀刃组成。,1前刀面Ar,切屑沿其流出的刀具外表。,2主后刀面Aa,刀具上与工件过渡外表相对的外表。,3副后刀面A,刀具上与已加工外表相对的外表。,4主切削刃 S,前刀面与主后刀面的交线，它完成主要的切削工作。,5副切削刃S,前刀面与副后刀面的交线，它协作主切削刃完成切削工作，并最终形,成已加工外表，也称副刀刃。,6刀尖,主切削和副切削刃的连接点，它可以是短的直线段或圆弧。,二、刀具的标注角度,刀具标注角度,是在设计、绘制和制造刀具时所标注的角度。,1.,刀具标注角度的参考系,(1),基面,P,r,通过切削刃选定点，垂直于假定主运动方向的平面。,(2),切削平面,Ps,通过切削刃选定点，与主切削刃相切，并垂直于基面的平面。也就是主切削刃与切削速度方向构成的平面,。,(3),正交平面,P,o,通过主切削刃上某一指定点，同时垂直于基面和切削平面的平面。,2.刀具标注角度,1前角 o ：在正交平面内测量的前刀面与基面的夹角。,2后角 o ：在正交平面内测量的主后刀面与切削平面的夹角。,3主偏角r：基面中测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动,方向的夹角一般为正值。,4 副偏角kr ：在基面内测量,的付切削刃在基面上的投影与进,给运动反方向的夹角。,5刃倾角s：切削平面中测,量的主切削刃与基面间的夹角。,三、刀具工作角度,刀具工作角度是指把刀具同工件和切削运动联系起来确定的刀具角度。,1.进给运动对刀具工作角度的影响,1横向进给车削,2纵向进给车削,2.刀具安装位置对刀具工作角度的影响,1刀尖安装凹凸对工作角度的影响,2刀柄中心线与进给方向不垂直对刀具工作角度的影响,第三节 金属切削过程,金属切削过程是指将工件上多余的金属层，通过切削加工切除成为切屑,从而得到所需要的零件几何外形的过程。,一、金属切削变形区及特点,切削刃作用部位的金属层的三个变形区：,第一变形区 从OA线称始滑移线开头塑性变形，到OM线终滑移线,晶粒的剪切滑移根本完成的区域。,即近切削刃处切削层内产生的,塑性变形区。,特点：金属产生剪切滑移变形,第三节 金属切削过程,其次变形区 切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近,前刀面处的金属纤维化，纤维化方向根本上和前刀面平行的区域。,即与前刀面接触的切屑层内产生的变形区。,特点：金属产生挤压摩擦变形,第三节 金属切削过程,第三变形区 已加工外表受到刀刃钝圆局部和后刀面的挤压与摩擦，产生变,形和回弹，造成表层金属纤维化与加工硬化的区域。,即近切削刃处已加工表层内产生的变形区。,特点：金属产生挤压摩擦变形,第一变形区内金属变形机理 追踪切削层上任一点P，可以观看切削的,变形和形成过程。当切削层中金属某点P向切削刃靠近，到达点1时，此时其,剪切应力到达材料的屈服强度。过点1后，P点在向前移动的同时，也沿OA滑,移，其合成运动使点1流淌到点2。2-2为滑移量。随着滑移量的增加，剪切,变将渐渐，直到当P点移动到超过4点位置后，其流淌方向与前刀面平行，不,再沿OM线滑移。整个过程是滑移变形加工硬化。,二、前刀面上的摩擦与积屑瘤,1.前刀面间的摩擦,切屑与前刀面间的摩擦与一般金属材料接触面间的摩擦不同。切屑与前,刀面接触局部划分为两个摩擦区域，如以下图有粘结区和滑动区。,粘结区：近切削刃长度 lfi ，,由于高温可过900、,高压可达3.5109N/m2,的作用使切屑底层材料产生,软化，切屑底层的金属材料,粘嵌在前刀面上的凹凸不平,凹坑中而形成粘结区。,粘结区为内摩擦,滑动区：切屑立刻脱离前刀面时在lfo长度内的接触区。在该区内切屑与前刀面间只是凸出的金属点接触，因此实际的接触面积Aro远小于名义接触面积Aao，滑动区的摩擦称为外摩擦，其外摩擦力可应用库伦定律计算。,可见，切屑与前刀面间的摩擦是由内摩擦和外摩擦组成,通常以内摩擦为主，内摩擦力约占总摩擦力的85%，但在切削温度低、压力小时,应考虑外摩擦的影响。,2.积屑瘤,1 积屑瘤现象,积屑瘤是积存在前刀面上近切削刃处的一个楔块。,积屑瘤特点：硬度为金属母体的23倍，高出前刀面0.369mm、凸出后,刀面0.057mm、宽1.138mm，在切削时形成了实际前角3227(有的可,达40)。,积屑瘤对加工的影响：,1当积屑瘤的顶部具有大的刃口圆,弧半径时图中R0.134 mm，会产,生较大的挤压作用；,2由于积屑瘤顶部凹凸不平和脱落,后粘附在已加工外表上，促使加工表,面粗糙度增加。在精加工时应尽量避开或抑制积屑瘤的产生。,2形成积屑瘤的条件 主要准备于切削温度。在切削温度很低时,切屑与前刀面间呈点接触,摩擦系数较小,故不易形成粘结冷焊；在温度很高时,接触面间切屑底层金属呈微熔状态,起润滑作用，摩擦系数也较小，积屑瘤同样不易形成。在中温区，例如切削碳钢的温度在300500时，切屑底层材料软化，粘结严峻，摩擦系数最大，产生的积屑瘤高度到达很大值。此外，接触面间压力、粗糙程度、粘结强度等因素都与形成积屑瘤的条件有关。 合理把握切削条件，调整切削参数，尽量不形成中温区域，就能较有效地抑制或避开积屑瘤的产生。 以切削中碳钢为例，低速vc3m/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，这两种状况的摩擦系数均小，故不易形成积屑瘤。,在中速vc20m/min，积屑瘤的高度到达最大值。所以很多中速加工工序，如攻丝、拉孔、钻孔、铰孔等常常由于积屑瘤作用而影响加工外表粗糙度。 在切削硬度和强度高的材料时，由于剪切屈服强度S高，不易切除切屑，即使承受较低的切削速度，也易到达产生积屑瘤的中温区域，为了抑制积屑瘤，通常选用中等以上切削速度加工。同时，切削塑性高的材料，需选用高的切削速度才能消退积屑瘤。,3积屑瘤对切削过程的影响,1增大前角。积屑瘤粘结在前刀面上，加大了刀具的实际前角，可使切削力减小。,2增大切削厚度。积屑瘤使刀具切入深度增加了h， h的变化引起震惊。,积屑瘤把握的措施：,1把握切削速度，尽量避开易生成积屑瘤的中速区；,2使用润滑性能好的切削液，以减小；,3增大刀具前角，以减小刀屑接触区压力；,4提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。,三、影响切削变形的因素,1工件材料,强度、硬度：材料的强度、硬度提高，正压力Fn增大，平均正应力av,增大，其对应的摩擦系数下降，剪切角增大，切屑变形减小。,塑性：切削塑性较高的材料，则变形较大，易粘刀且不易断屑。如碳钢,的塑性较大，抗拉强度和屈服强度越低，在较小的应力条件下就开头产,生塑性变形。,(2) 前角,增大前角，使剪切角增大，变形系数h减小，因此，切屑变形减小,理由：增大，转变了正压力Fn的大小和方向，使合力Fr减小、作用角,减小，故剪切角增大。由于增大了，切屑厚度hch减小，使变形系,数h减小。,生产实践说明，承受大前角刀具切削，刀刃锋利、切入金属简洁，切,屑与前刀面接触长度Lf 减短，流屑阻力小，因此，切屑变形小、切屑省,力。,以以下图为承受不同前角 切削不同材料时的变形系数h值。,(3)切削速度,在无积屑瘤的切削速度范围内，切削速度越高，则变形系数越小。,实际切削速度vc是通过积屑瘤使剪切角转变和通过切削温度使摩擦系,数变化而影响切削变形的。vc在320m/min范围内提高，积屑瘤高度随着增加，刀具实际前角增,大，使剪切角增大，故变形系数h减小；vc =20m/min左右时， h,值最小；vc在2040m/min范围内提高，积屑瘤渐渐消逝，刀具实际前,角减小，使减小，h增大。vc超过40m/min连续增高，由于切削温度,连续增高，致使摩擦系数下降，故变形系数h减小。,(4)进给量,进给量f 增大，使变形系数h减小。,理由；由于进给量 f 增大后，使切削厚度 hD 增加，正压力Fn增大，平,均正应力av增大，因此摩擦系数下降，剪切角增大所致。从另一方面,来说，在确定切削厚度 hD的切屑中，各切削层的变形的应力分布是不均,匀的。近前刀面处的金属变形和应力大，离前刀面越远的金属层，变形,和应力越小。因此，切削厚度hD增加，切屑中平均变形减小；反之，薄,切屑的变形量大。,四、切屑的类型和把握,1、切屑的根本类型,(1)带状切屑,塑性变形过程形成的切屑,外形呈带状。切削塑性较高的金属材料,例如,碳素钢、合金钢、铜和铝合金时,常消逝这类切屑。,(2)挤裂切屑,在形成切屑的过程中,剪切面上局部位置处的剪应力到达材料的强度,极限,使切屑上与前刀面接触的一面较光滑,其反面局部开裂成节状。切,削黄铜或用低速切削钢,较易得到这类切屑。,(3)单元切屑,当剪切面上的剪应力超过材料的强度极限时产生了剪切破坏,使切屑沿,厚度断裂成均匀的颗粒状。切削铅或用很低的速度切削钢时可得到这类,切屑。,(4)崩碎切屑,在切削脆性金属时,例如铸铁、黄铜等材料,切削层几乎不经过塑性变形就,产生脆性崩裂,得到的切屑呈不规章的细粒状。,2.切屑的把握,在生产实践中存在不同的排屑状况。有的切屑卷成螺旋状，到确定时,自行折断；有的切屑弯成C形，有的呈发条状卷屑；有的碎成针状或小片,四处飞溅，影响安全。,不良的排屑状态会影响生产的正常运行，因此切屑的把握具有重要意,义，切屑经过第、第变形区后，硬度增加，塑性下降，性能变脆。,在切屑排出过程中，当遇到刀具,后刀面、工件上过渡外表或待,加工外表等障碍时，如某一部,分的应变超过了切屑材料的断,裂应变值，切屑就会折断。,工件脆性越大断裂应变值越小、切屑厚度越大、切屑卷曲半径越,小，切屑就越简洁折断。韧性塑性好的材料需承受措施对切屑实施把握。,1承受断屑槽 通过设置断屑槽对流淌中的切屑施加确定的约束力，使切屑应变增大，切屑卷曲半径减小。,断屑槽的截面外形和前刀面上的断屑槽外形。,前刀面上的断屑槽外形的应用特点,外斜式形成C形屑，能在较宽的切削用量范围内实现断屑；内斜式常形成,长紧螺卷形屑，但断屑范围窄；平行式的断屑范围居于外斜式和内斜式之,间。,2转变刀具角度 增大刀具主偏角r，切屑厚度变大，有利于断削。,减小刀具前角o，可使切屑变形加大，切屑易于折断。,3调整切削用量 提高进给量f使切削厚度增大，对断屑有利；但增大,f会增大加工外表粗糙度。适当地降低切削速度使变形增大，也有利于断,屑，但这会降低材料切除效率。,第四节 切削力和切削功率,一、 切削力切削力：切削过程中作用在刀具与工件上的力。,切削力的大小及变化规律，直接影响切削热、刀具磨损与使用寿命、加工精度，是设计刀具、机床、夹具的依据。,一切削力的来源及合力,1、变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力；,2、切屑、工件与刀具间的摩擦力。,二切削力合力分解,合力F按主切削方向、切深方向和进给方向建立的空间直角坐标轴Z、Y,、X上分解成三个分力：,主切削力FC 主运动切削速度方向的分力；,切深抗力FP 切深方向的分力；,进给抗力FF 进给方向的分力。,主切削力FC垂直于基面，与切削速度的方向全都，设计功率和机床的参数,切深抗力FP处于基面内，与进给方向垂直。对系统产生变形；,进给抗力Ff在基面内与进给方向平行，校核强度。,主切削力Fz是最大的一个分力，它消耗了切削总功率的95%左右，是设计与使用刀具的主要依据，并用于验算机床、夹具主要零部件的强度和刚度以及机床电动机功率。,切深抗力Fy不消耗功率，但在机床工件夹具刀具所组成的工艺系统刚性缺乏时，是造成振动的主要因素。,进给抗力Fx消耗了总功率5%左右，它是验算机床进给系统主要零、部件强度和刚性的依据。,一般状况下，Fy约为Fz，Fx约为Fz。,二、切削功率,切削功率是各切削分力消耗功率的总和。在车削外圆时，FP不做功，只,有FC和Ff做功。,由于Ff所消耗的功率很小1%，可以无视不计，一般切削功率为：,选择机床电动机的功率为：,第五节 切削热和切削温度,一、切削热的产生与切削温度,切削热的来源：,1,、在刀具的切削作用下，切削层金属发生弹性变形、塑性变形的变形功形成的热；,2,、切屑与前刀面、工件与后刀面间消耗的摩擦功转化为热能。,单位时间产生的切削热：,切削热散热方式和影响因素：,热散热方式：切屑、工件、刀具及四周的介质空气、切削液向外,传导。,影响因素：,1、工件材料的导热系数；,2、刀具材料的导热系数；,3、四周介质主要是冷却液；,车削时，一般切屑带走5086%的热量，1040%传入车刀，39%传入,工件，1%传入空气。,钻削时？,二、刀具上切削温度的分布规律,由于刀具上各点与三个变形区三个热源的距离各不一样，因此刀具,上不同点处获得热量和传导热量的状况也就会不一样，结果使各个刀面,上的温度分布不均匀。什么地方容量磨损？,三、影响切削温度的因素,1、切削用量对切削温度的影响,由式和表2-1知， 、 、 增大时，变形和摩擦加剧，切削功,增大，切削温度上升。但影响程度以 最为显著， 次之， 最小,因此，为有效把握切削温度以提高刀具使用寿命，选用大的背吃刀量,或进给量，比选用高的切削速度有利。,为何影响程度以 最为显著， 次之， 最小？,2、刀具几何参数对切削温度的影响,1前角对切削温度的影响,前角 的大小直接影响切削过程中的变形和摩擦。在1820以下，,前角大，切削温度低，前角小，切削温度高。,2主偏角对切削温度的影响,主偏角加大后，切削刃工作长度缩短，使切削热相对的集中，刀尖角减,小，散热条件变差，切削温度将上升，反之散热条件改善，切削温度降,低。,3,、刀具磨损对切削温度的影响,刀具磨损后切削刃变钝，使金属变形增加，同时刀具后刀面与工件的摩擦,加剧，切削温度上升。,4,、工件材料对切削温度的影响,工件材料的硬度和强度越高，切削时所消耗的功越多，产生的切削热越,多，切削温度就越高；导热系数越小时，不易散热，切削温度相对较高。,切削铸铁比钢的切削温度低。,5,、切削液对切削温度的影响,可以从切削区带走大量热量，降低切削温度。,第六节 刀具磨损和使用寿命,在切削过程中，刀具切除工件上的金属层，同时工件与切屑对刀具作,用，即前后刀面不断与切屑、工件接触，在接触区里存着猛烈的摩擦，,同时在接触区里又有很高的温度和压力，随着切削的进展，使刀具磨损,。一旦刀具严峻磨损，会缩短刀具使用时间，恶化加工外表质量，增加,刀具材料损耗。因此，刀具磨损是影响生产效率、加工质量和本钱的一,个重要因素。,一、刀具磨损形,1.前刀面磨损 月牙洼磨损 切屑在前刀面上流出时，由于摩擦高温存高压作用，使前刀面上近,切削刃处磨出月牙洼。当月牙洼扩展到使棱边很窄时导致崩刃。月牙洼,磨损量用深度KT和宽度为KB表示。,2、后刀面磨损 加工外表和刀具后刀面间猛烈摩擦的缘由，在后刀面上毗邻切削刃的,地方很快被磨出后角为零的棱面，这种磨损形式叫后刀面磨损。常消逝,于加工脆性材料或切削速度和切削厚度较小状况下的塑性材料。,后刀面磨损的三个区域：,C区：在近刀尖处磨损较大的区域，这是由于温度高、散热条件差而造,成的。其磨损量用高度vc表示,N区：近待加工外表，约占全长1/4的区域。在它的边界处磨出较长沟痕,，这是由于外表氧化皮或上道工序留下的硬化层等缘由造成的。它亦称,边界磨损，磨损量用VN表示。,B区：在C、N区间较均匀的磨损区。磨损量用VB表示。其最大磨损带宽度,的用VBmax表示。,3、前后刀面同时磨损,前后刀面同时磨损是刀具上同时消逝前刀面和后刀面磨损。,消逝的场合：切削塑性金属时，承受中等切削速度和中等进给量较常出,现的磨损形式。,后刀面磨损的场合：在切削脆性金属和切削厚度hD 较小的塑性金属状况,下。在生产中，较常见到的是后刀面磨损。,月牙洼磨损的场合：在高速、大进给f 0.5mm切削塑性金属时产,生的。,二、刀具磨损缘由,1.磨料磨损,切削时，工件或切屑中的微小硬质点以及积屑瘤碎片，不断滑擦前,后刀面，划出沟纹，这就是磨料磨损。很像砂轮磨削工件一样，刀具被,一层层磨掉。这是一种纯机械作用。,2.冷焊磨损,工件外表，切屑底面与前后刀面之间存在着很大的压力和猛烈的摩,擦，因而它们之间会发生冷焊。由于摩擦副的相对运动，冷焊结将被破,坏而被一方带走，从而造成冷焊磨损。,3.集中磨损,在切削过程中，刀具后刀面与已加工外表、刀具前刀面与切屑底面相接触，由于高温存高压作用，刀具材料和工件材料中的化学元素相互集中，使两者的化学成分发生变化，这种变化减弱了刀具材料的性能，使刀具磨损加快。,4.氧化磨损,当切削温度到达700-800时，空气中的氧在切屑形成的高温区与刀具材料中的某些成分发生氧化反响，生成较软的氧化物，从而使刀具表层硬度下降，较软的氧化物被切屑或工件擦掉而形成氧化磨损。,5.热电磨损,工件、切屑与刀具由于材料不同，切削时在接触区将产生热电势，这种热电势有促进集中的作用而加速刀具磨损。,三、磨损过程和磨钝标准,正常磨损状况下，刀具磨损量随切削时间增加而渐渐扩大。后刀面磨,损过程大致分为三个阶段。,1 初期磨损阶段段：,在开头切削的短时间内，磨损较,快。这是由于刀具外表粗糙不平,或表层组织不耐磨引起的。一般,初期磨损量为，其,大小与刀面刃磨质量有很大关系。,2正常磨损阶段段： 随着切削时间增加，磨损量以较均匀的速度加大。这是由于刀具表,面磨平后，接触面增大，压强削减所致。AB线段根本上呈直线，单位时,间内磨损量称为磨损强度，该磨损强度近似为常数。,3猛烈磨损阶段段： 磨损量到达确定数值后，磨损急剧加速继而刀具损坏。这是由于切,削时间过长，磨损严峻，切削温度剧增，刀具强度、硬度降低所致。 明显，刀具一次磨刀后的切削时间应把握在到达急剧磨损阶段以前,完成。假设超过急剧磨损阶段连续切削，就可能产生冒火花、振动、啸,叫等现象，甚至产生崩刃或造成刀具严峻破损。,2.刀具的磨钝标准,刀具磨损到确定限度就不能连续使用。这时刀具的磨损量称为磨损限度,或磨钝标准。由于后刀面磨损是常见的，且易于把握和测量，因此，规,定后刀面上均匀磨损区的高度VB值作为刀具的磨钝标准。 在ISO标准中，供作争论用推举的高速钢和硬质合金刀具磨钝标准,为： 在后刀面B区内均匀磨损VB = 0.3mm； 在后刀面B区内非均匀磨损VBmax = 0.6mm ； 月牙洼深度标准KT = 0.06 + 0.3ff进给量mm /r,四、刀具寿命 刀具寿命是指刃磨后的刀具从开头切削至磨损量到达磨钝标准为止,所用的切削时间，用T 表示。刀具寿命还可以用到达磨钝标准所经过的,切削路程Lm或加工出的零件数N 表示。用刀具使用寿命乘以刃磨次数，,得到的就是刀具总寿命。 刀具的使用寿命是衡量刀具切削性能好坏的重要标志。,制订刀具使用寿命应考虑的问题：,五、刀具破损,刀具破损和刀具磨损一样，也是刀具失效的一种形式。,1.刀具破损的主要形式,1刀具的脆性破损 硬质合金和陶瓷刀具，在机械应力和热应力冲,击下，常常发生以下几种形式的脆性破损：,1崩刃 在刀刃上产生的小缺口,2碎断 在切削刃上发生小块碎裂或者大块断裂，不能连续正常切削,3剥落 在前后刀面上几乎平行于切削刃而剥下一层碎片，常常连切,削刃一起剥落，有时也在离切削刃一小段距离处剥落。,4裂纹破损 指在较长时间连续切削后，由于疲乏而引起裂纹的一种,破损。,2刀具的塑性破损,切削时，由于高温存高压作用，有时在前、后刀面和切屑、工件的接触,层上，刀具表层材料发生塑性流淌而丧失切削力气，这就是刀具的塑性,破坏。,2、刀具破损的防止,1合理选择刀具材料,2选择合理的刀具角度,3合理选择切削用量,4保证焊接和刃磨质量,5保证工艺系统具有较好的刚性,6避开刀具承受突变性载荷,第七节 材料的切削加工性与切削条件的合理选择,争论内容：,1、材料切削加工性的含义,2、影响材料切削加工性的因素,3、改善材料切削加工性的途径,4、刀具几何参数的选择：前、后角和主、副偏角,5、切削用量的选择原则,6、切削液的合理选用,第七节 材料的切削加工性与切削条件的合理选择,一、材料的切削加工性,1、材料切削加工性的含义,工件材料的切削加工性是指工件材料加工的难易程度。,争论钢料的切削加工性时，以45钢作为比较基准；争论铸铁的切削加工,性时同，以灰铸铁作为比较基准。,材料切削加工性的指标：,1刀具的使用指标,在一样的切削条件下，假设确定切削速度下刀具使用寿命较长或在一样使,用寿命下的切削速度较大，则材料的切削加工性较好。反之较差。,2切削力、切削温度指标,在一样切削条件下，加工不同材料时，凡切削力大，切削温度高的材料,较难加工，其切削加工性差，反之较好。,3加工外表质量指标,凡简洁获得好的加工外表质量的材料，其切削加工性较好，反之较差。,4断屑难易程度指标，凡切屑易于把握或断屑性能良好的材料，其切,削加工性较好，反之较差,2、影响材料切削加工性的因素,1金属材料物理和力学性能的影响,1硬度和强度,假设硬度为160200HBS时，简洁加工。,2塑性,3韧性,4导热性,5线膨胀系数,2金属材料化学成分的影响,1钢的化学成分的影响,从含碳量凹凸衡量。另外钢中参与硅、锰镍铬钼钨钒铝等元素，可改善,钢的力学性能。,2金属材料化学成分的影响,1钢的化学成分的影响,从含碳量凹凸衡量。另外钢中参与硅、锰镍铬钼钨钒铝等元素，可改善,钢的力学性能。,2铸铁的化学成分的影响,铸铁中的碳以石墨形成存在时，因软且有润滑作用，刀具磨损少，以碳,化铁形态存在时，硬度高，加速刀具机械磨损。,3金属材料热处理状态和组织的影响,1铁素体、奥氏体,2渗碳体、马氏体,3珠光体,4索氏体、托氏体,3、改善材料切削加工性的途径,1通过热处理转变材料的组织和力学性能,1球化退火,2正火,3调质处理,2选择易切钢,在钢中加硫、磷、铅、钙等元素,二、切削条件的合理选择,一刀具几何参数的选择,1、前角的选择,增大前角可以减小切屑变形，使切削力和切削温度削减，提高刀具寿命。,1工件材料的强度、硬度低，取较大的前角，反之取小的前角；,2加工塑性材料尤其是冷硬严峻的材料时，取大的前角；,3粗加工、断续切削或工件有硬皮时，取小的前角；,4刀具材料抗弯强度大、韧性较好时，取大的前角；,5工艺系统刚性差或机床功率缺乏时，取大的前角；,用硬质合金刀具加工一般的钢取02030，灰铸铁取08,12。,1、后角的选择,后角的主要功用是减小后刀面和加工外表之间的摩擦，削减后刀面的摩,擦与磨损，增加切削刃的锋利。,1在一样磨钝标准VB下，后角越大，所允许磨去的金属体积也越大，,因而延长了刀具使用寿命，但它使刀具的径向磨损值NB增大，影响工件,的精度。,2但后角增大时，在一样的径向磨损NB下，磨耗体积小，切削刃和刀,头的强度减弱，刀具使用寿命短。,因此存在一个合理后角 的问题。,合理后角值的选择,1粗加工、强力切削及强力及承受冲击载荷时，选取较小的后角，精加工时取较大的后角；,2工件材料强度硬度较高时，选取较小的后角，工件材料较软、塑性较大时，取较大的后角；,3粗加工、断续切削或工件有硬皮时，取小的后角；,4工艺系统刚性差，简洁消逝振动时，取小的后角。,加工一般的钢和铸铁时，取 68。,3、主偏角和副偏角的选择,减小主偏角和副偏角，可使刀尖角增大，刀尖强度提高，散热条件改善,，减小加工外表的粗糙度，在背刀量和进给量确定的状况下，还使切削,刃单位长度上的负荷下降。,1工件材料硬度很高时，选取较小的主偏角；,2粗加工和半精加工时，硬质合金刀选取较大主偏角；,4工艺系统刚性较好时，选取较小的主,偏角，刚性缺乏时选取较大的主偏角。,副偏角一般取515，主偏角会是多少？,3、刃倾角的选择,转变刃倾角可以转变切屑流出方向，到达把握排屑方向的目的。,负刃倾角的车刀？,确定值较大的刃倾角？,刃倾角不为零时？,一般取值是多少？,二切削用量的选择原则,合理的切削用量是利用刀具的性能和机床性能、保证加工质量的前提下，,能取得较高的生产率和较低本钱的切削速度 、进给量 和背吃刀,量 。,1、切削用量与生产率、刀具寿命的关系,切削用量三要素中对刀具寿命影响最大的是 ，其次是 ，再其次,是。在保持刀具寿命确定的状况下，提高背吃刀量 效率最高。,2、切削用量的选择原则,首先选取尽可能大的背吃刀量 ；其次依据机床进给进机构强度、刀,杆刚度选取尽可能大的进给量 ；最终依据切削确定切削速度 。,三切削液的合理选用,在切削加工中，合理使用切削液可以改善、工件与刀具之间的摩擦状,况，降低切削力和切削温度，延长刀具使用寿命，并能减小工件热变形，,把握积屑瘤和鳞剌的生长。,1、切削液的作用,1冷却作用,切削液能降低切削温度，从而可以提高刀具使用寿命和加工质量。,水溶液的冷却性能最好，油类，乳化液介于二者之间。,2润滑作用,不用切削液干切削，则形成金属与金属接触的干摩擦，此时摩擦系数,较大，假设加切削液后，切削、工件与刀面之间形成完全的润滑油膜，金,属直接接触面积很小或接近于零，则成为液体润滑。,3切削液的清洗作用,在切削铸铁或磨削时，会产生碎屑或粉屑，极易进入机床，所以要求切削,液能将其冲洗掉。,4防锈作用,为了减小工件、机床、刀具受四周介质的腐蚀，要求其有防锈作用。,2、切削液的种类,1水溶液,水溶液冷却性能好，呈透亮状，便于工作者观看，但单纯的水易使金属生,锈，且润滑性能欠佳。,2乳化液,以水为主参与参与适量的乳化油而成，用95%98%水稀释后成为乳白色或,半透亮状的乳化液，其性能优于水溶液，但润滑和防锈性能仍较差。,3切削油,切削液的主要成分是矿物油，其润滑和防锈较好，但冷却效果较差。,3、切削液的选择和使用,1工件材料方面考虑,切削钢等塑性材料需用切削液，切削铸铁、青铜等脆性材料不用，切削铜,、铝及铝合金用10%20%的乳化液或煤油。,2从刀具方面考虑,高速钢刀具而热性差，应承受切削液，硬质合金刀具耐热性好，可不用。,3从加工方法方面考虑,钻孔、铰孔等工序的刀具与已加工外表摩擦严峻，承受乳化液；磨削温度,高，还会产生大量的碎屑及脱落的砂粒，需要冷却和清洗作用，常承受乳,化液。,4从加工要求方面考虑,粗加工时，产生的热量大，应选用以冷却为主的切削液，精加工时选用以,润滑性能超群为主的切削液。,5、切削液的使用方法,1浇注法,2高压冷却法,高速钢刀具而热性差，应承受切削液，硬质合金刀具耐热性好，可不用。,3喷雾冷却法,第八节 磨削与砂轮,一、磨削过程,磨削加工是靠砂轮外表随机排列的大量磨粒完成。每个磨粒都可以看做,是一把微小的切刀。磨料磨粒的外形是很不规章的多面体，不同粒度号,磨粒的顶锥角大多为90120。磨粒以较大的负前角4060和钝圆半径对工件进展切削。,一、磨削过程的三个阶段,1、滑擦阶段,磨粒刚开头于工件接触时，由于切削厚度特殊小，磨粒只是在工件上滑,擦，工件仅产生弹性变形。这样会产生很高的温度，是引起被磨外表产,生烧伤、裂纹的缘由之一。,2、耕犁阶段,随着切削厚度渐渐加大，被磨工件外表开头产生塑性变形，磨粒渐渐切,入工件表层材料中。表层材料被挤向磨粒的前方和两侧，工件外表消逝,沟痕，沟痕两侧产生隆起。,3、形成切屑,当磨粒的切削厚度到某一临界值时，磨粒前面的金属产生明显的剪切滑,移而形成切削。,第2阶段隆起残留量与磨削速度有着亲切关系，随着磨削速度的提高而成,正比下降。,二、磨削力与磨削温度,1.磨削力,磨削与切削加工一样，磨削力可分解为三个分力：Fc主磨削力切向,磨力；Fp切深抗力径向磨削力；Ff进给抗力轴向磨削力。,2.磨削温度,磨削时，由于磨削速度很高，切削厚度很小，切削刃很钝，所以切除单,位体积金属所消耗的功率为车、铣等切削方法的1020倍。磨削所消耗,能量的大局部转变为热能，使磨削区形成高温。,通常所说的磨削温度，是指砂轮与工件接触面上的平均温度，约在,4001000之间。是产生磨削外表烧伤、剩余应力和外表裂纹的缘由。,三、砂轮的特性与选择,砂轮是由磨料加结合剂用制造陶瓷的工艺方法制成的。制造砂轮时，用,不同的配方和不同的投料密度来把握砂轮的硬度和组织。,1.磨料,常用的磨料有氧化物系、碳化物系、高硬磨料系三类。,氧化物系磨料的主要成分是A12O3分，有棕刚玉和白刚玉两种,碳化物系磨料主要以碳化硅、碳化硼为基体。有黑碳化硅和绿碳化硅两,种。,高硬磨料系磨料主要有人造金刚石和立方氮化硼两种。,各磨料的特性及适用范围见表2-3,2.,粒度,粒度表示磨粒的大小。以磨粒刚能通过的那一号筛网的网号来表示磨粒,的粒度。如,60#,粒度是指磨粒刚可通过每英寸长度上有,60,个孔眼的筛网,。直径小于,40,m,的磨粒为微粉，以其尺寸大小来表示，如,28,m,的微粉其,粒度号为,W28,。,粗磨用颗粒较粗的磨粒，精磨用颗粒较细的磨粒。,3.结合剂,结合剂的作用是将磨粒粘合在一起，使砂轮具有必要的外形和强度。,有陶瓷结合剂、树脂结合剂、橡胶结合剂、金属结合剂。,4.硬度,砂轮的硬度是反映磨粒在磨削力作用下，从砂轮外表上脱落的难易程度。,砂轮硬，表示磨粒难以脱落；砂轮软，表示磨粒简洁脱落。,选用砂轮时，应留意硬度选用适当，假设砂轮选得太硬，会使磨钝了的磨粒,不能准时脱落而产生大量磨削热，造成工件烧伤；或选得太软，会使磨粒,脱落得太快而不能充分发挥其切削作用。因此应依据具体状况选用。,5. 组织,砂轮的组织反映了磨粒、结合剂、气孔三者之间的比例关系。,依据磨粒在砂轮总体中的比例分为严密、中等一般不标注、疏松三大,类。,严密组织的砂轮适用于重压力下的磨削以及成形磨削；中等组织用于一般,的磨削，如淬火钢的磨削及刀具刃磨等；疏松组织的砂轮不易堵塞，适用,于平面磨、内圆磨等磨削接触面积较大的工序以及磨削热敏性强的材料或,薄工件。,6.砂轮外形,平形砂轮,筒形砂轮,碗形砂轮,碟形一号砂轮,