第2章切削加工的理论基础PPT讲稿.ppt
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1、第2章切削加工的理论基础第1页,共36页,编辑于2022年,星期一2)切削力切削力vv掌掌握握切切削削力力的的来来源源、切切削削合合力力、分分力力及及切切削功率削功率vv牢固掌握影响切削力的主要因素;牢固掌握影响切削力的主要因素;第2页,共36页,编辑于2022年,星期一3)切削热和切削温度切削热和切削温度v掌握切削热的来源及传出规律;掌握切削热的来源及传出规律;v掌握切削区的温度分布规律;掌握切削区的温度分布规律;v牢固掌握影响切削温度的主要因素;牢固掌握影响切削温度的主要因素;第3页,共36页,编辑于2022年,星期一4)刀具磨损及刀具耐用度刀具磨损及刀具耐用度牢固掌握刀具的磨损形态及刀具
2、磨损的主牢固掌握刀具的磨损形态及刀具磨损的主要原因;要原因;牢固掌握刀具磨钝标准及刀具耐用度的概牢固掌握刀具磨钝标准及刀具耐用度的概念;念;掌握各切削参数与刀具耐用度的关系及合掌握各切削参数与刀具耐用度的关系及合理耐用度的选择原则;理耐用度的选择原则;掌握刀具破损形态及破损原因。掌握刀具破损形态及破损原因。第4页,共36页,编辑于2022年,星期一金属受挤压时,将会沿着金属受挤压时,将会沿着45方向的剪切应力方向的剪切应力 最大,最大,当当在在45方向方向的的 s时,将发生滑移。见图时,将发生滑移。见图2-1。切削过程就是金属沿着滑移面与母体分离成为切屑的过程。切削过程就是金属沿着滑移面与母体
3、分离成为切屑的过程。2.12.1金属切削层的变形金属切削层的变形1、切屑的形成、切屑的形成第5页,共36页,编辑于2022年,星期一第一变形区(第一变形区()主要在主要在OAOA始滑移线始滑移线OMOM终滑移线终滑移线之间发生,切屑在此阶段完成;之间发生,切屑在此阶段完成;第二变形区(第二变形区()切屑沿前刀面流出过程,受挤压、摩擦而产生变形的区域。摩擦使切屑沿前刀面流出过程,受挤压、摩擦而产生变形的区域。摩擦使切屑底层金属的流动速度小于切屑其它部分,而产生滞流现象,切屑底层为切屑底层金属的流动速度小于切屑其它部分,而产生滞流现象,切屑底层为滞流层滞流层;它会进一步产生塑性变形,造成切屑的卷曲
4、。它会进一步产生塑性变形,造成切屑的卷曲。第三变形区(第三变形区():):指在刀具刃口的前方,在挤压和摩擦的作用下,加工表面与指在刀具刃口的前方,在挤压和摩擦的作用下,加工表面与已加工表面上产生变形的区域。切削刃前的金属,受应力状况非常复杂,区已加工表面上产生变形的区域。切削刃前的金属,受应力状况非常复杂,区域小,应力集中,经过充分塑性变形后,便滑移分离。域小,应力集中,经过充分塑性变形后,便滑移分离。2、金属切削层的三个变形区、金属切削层的三个变形区第6页,共36页,编辑于2022年,星期一3、表示切屑变形程度的方法、表示切屑变形程度的方法(1)剪切角剪切角 在相同切削条件下,剪切在相同切削
5、条件下,剪切角越大,剪切面积越小,角越大,剪切面积越小,切屑厚度越小,变形越切屑厚度越小,变形越小。小。o第7页,共36页,编辑于2022年,星期一(2 2)切屑厚度压缩比切屑厚度压缩比h h在金属切削加工中,被切金属层在刀具的推挤下形成切屑后,在金属切削加工中,被切金属层在刀具的推挤下形成切屑后,长度变小,厚度变大。具体为:经过塑性变形的切屑,其厚长度变小,厚度变大。具体为:经过塑性变形的切屑,其厚度度h hchch大于切削层厚度大于切削层厚度h hD D,而长度,而长度L Lchch小于切削层长度小于切削层长度LD D,这种,这种现象称为切屑收缩。现象称为切屑收缩。切屑厚度与切削层厚度之比
6、称为切屑厚度压缩比切屑厚度与切削层厚度之比称为切屑厚度压缩比 h h第8页,共36页,编辑于2022年,星期一切削层公称长度切削层公称长度L LD D与切屑长度与切屑长度LchLch之比称为之比称为切屑长度压缩比切屑长度压缩比 L L(3 3)切屑长度压缩比切屑长度压缩比L L第9页,共36页,编辑于2022年,星期一由于工件上切削层的宽度与切屑平均宽度的差异很小,切削由于工件上切削层的宽度与切屑平均宽度的差异很小,切削前、后的体积可以看做不变,故:前、后的体积可以看做不变,故:注意:注意:h是一个大于是一个大于1的数,的数,h值越大,表示切下的切屑厚度越大,值越大,表示切下的切屑厚度越大,长
7、度越短,其变形也就越大。由于切屑厚度压缩比长度越短,其变形也就越大。由于切屑厚度压缩比h直观地反映直观地反映了切屑的变形程度,并且容易测量,故一般采用它来度量切屑的变形。了切屑的变形程度,并且容易测量,故一般采用它来度量切屑的变形。第10页,共36页,编辑于2022年,星期一4 4、几个主要因素对切屑变形的影响、几个主要因素对切屑变形的影响 (1)工件材料对切屑变形的影响工件材料对切屑变形的影响工件材料的强度、硬度愈高,切屑变形愈小。这是由于工工件材料的强度、硬度愈高,切屑变形愈小。这是由于工件材料的强度、刚度越高,切屑与前刀面的摩擦愈小,切件材料的强度、刚度越高,切屑与前刀面的摩擦愈小,切屑
8、越容易排出,故切屑变形愈小。屑越容易排出,故切屑变形愈小。(2)刀具前角对切屑变形的影响刀具前角对切屑变形的影响生产实践表明:采用大前角的刀具切削,刀刃锋利,切屑流生产实践表明:采用大前角的刀具切削,刀刃锋利,切屑流动阻力小,因此,切屑变形小,切削省力。动阻力小,因此,切屑变形小,切削省力。第11页,共36页,编辑于2022年,星期一(3)切削速度对切屑变形的影响切削速度对切屑变形的影响在无积屑瘤的切削速度范围内,切削速度愈大,则切屑变形愈在无积屑瘤的切削速度范围内,切削速度愈大,则切屑变形愈小。小。原因一原因一:因为切削速度较高时,切削变形不充分,导致:因为切削速度较高时,切削变形不充分,导
9、致切屑变形减小。切屑变形减小。原因二原因二:随着切削速度的提高,切削温度也升:随着切削速度的提高,切削温度也升高,使刀屑接触面的摩擦减小,从而也使切屑变形减小。高,使刀屑接触面的摩擦减小,从而也使切屑变形减小。(4)切削层公称厚度对切屑变形的影响切削层公称厚度对切屑变形的影响在无积屑瘤的切削速度范围内,切削层公称厚度愈大,则切屑在无积屑瘤的切削速度范围内,切削层公称厚度愈大,则切屑变形愈小。这是变形愈小。这是由于由于切削层公称厚度增大时,刀屑接触面上切削层公称厚度增大时,刀屑接触面上的摩擦减小的缘故。的摩擦减小的缘故。第12页,共36页,编辑于2022年,星期一按切屑形成的机理分类:按切屑形成
10、的机理分类:带状切屑带状切屑节状切屑节状切屑粒状切屑粒状切屑崩碎切屑崩碎切屑5 5、切屑切屑第13页,共36页,编辑于2022年,星期一带状切屑带状切屑最常见的一种切屑,它的内表面光滑,外表面粗糙。最常见的一种切屑,它的内表面光滑,外表面粗糙。加工塑性金属材料时,切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时产生。加工塑性金属材料时,切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时产生。节状切屑节状切屑(挤裂切屑)挤裂切屑)与带状不同之处在于外表面呈锯齿状,内表面有时有裂纹。与带状不同之处在于外表面呈锯齿状,内表面有时有裂纹。粒状切屑粒状切屑(单元切屑)单元切屑)如果挤裂切屑的剪切面上,裂纹扩展到整个面
11、上,则整个单元被切离。如果挤裂切屑的剪切面上,裂纹扩展到整个面上,则整个单元被切离。第14页,共36页,编辑于2022年,星期一以上三种切屑中,以上三种切屑中,带状切屑的切削过程最平稳,单元切屑的切带状切屑的切削过程最平稳,单元切屑的切削力波动最大削力波动最大。生产中最常见的是带状切屑,有时得到挤裂生产中最常见的是带状切屑,有时得到挤裂切屑,而单元切屑则少见。切屑,而单元切屑则少见。改变切削条件,比如加大前角,提高切削速度,或减少切削厚度改变切削条件,比如加大前角,提高切削速度,或减少切削厚度等,就可以由产生单元切屑变为产生带状切屑。这说明切屑等,就可以由产生单元切屑变为产生带状切屑。这说明切
12、屑的形状是可以随切削条件而改变的。掌握了它的变化规律,的形状是可以随切削条件而改变的。掌握了它的变化规律,便可以控制切屑的形态和尺寸,以达到断屑和卷屑。便可以控制切屑的形态和尺寸,以达到断屑和卷屑。第15页,共36页,编辑于2022年,星期一崩碎切屑崩碎切屑 属于属于加工脆性材料加工脆性材料时形成的切屑。与前三者不同,它的形状不规则,时形成的切屑。与前三者不同,它的形状不规则,工件的表面凹凸不平。从切削过程来看,切屑在破裂前变形很小工件的表面凹凸不平。从切削过程来看,切屑在破裂前变形很小脆断的主要原因脆断的主要原因:材料所受的应力超过了它的抗拉强度。由于崩材料所受的应力超过了它的抗拉强度。由于
13、崩碎切屑的切削过程很不平稳,即容易损坏刀具,又不利于机床的碎切屑的切削过程很不平稳,即容易损坏刀具,又不利于机床的运行,而且已加工的表面粗糙,因此在生产中应该力求避免。运行,而且已加工的表面粗糙,因此在生产中应该力求避免。避免的方法:避免的方法:减少切削厚度,适当增大刀具的前角,使切屑成针状减少切削厚度,适当增大刀具的前角,使切屑成针状和片状,同时适当提高切削速度。和片状,同时适当提高切削速度。第16页,共36页,编辑于2022年,星期一带状切屑带状切屑(高速切削塑性金属,(高速切削塑性金属,切屑变形小时)、切屑变形小时)、C形屑(形屑(碳碳钢和合金钢,具有卷屑槽的车钢和合金钢,具有卷屑槽的车
14、刀切削时)、刀切削时)、崩碎屑崩碎屑(脆性材(脆性材料)、料)、宝塔状卷屑宝塔状卷屑(自动机床(自动机床上)上)、长紧卷屑长紧卷屑(由刀具的几(由刀具的几何参数和进给两调整得到)、何参数和进给两调整得到)、发条卷屑发条卷屑(重车,大切深,(重车,大切深,大进给量时)、螺卷屑(钻床大进给量时)、螺卷屑(钻床可以使用卷屑槽,断屑台和切屑可以使用卷屑槽,断屑台和切屑用量来控制切屑的形状和断屑用量来控制切屑的形状和断屑按切屑的外形分类按切屑的外形分类第17页,共36页,编辑于2022年,星期一2.2 2.2 切削力切削力研究切削力的意义:研究切削力的意义:(1)切削力)切削力机械能机械能热能热能影响工
15、件的变形、影响影响工件的变形、影响刀具的磨损刀具的磨损带来工件加工精度降低、已加工表面的质带来工件加工精度降低、已加工表面的质量不符合要求量不符合要求(2)设计机床、使用机床时,都要计算切削力,以便选)设计机床、使用机床时,都要计算切削力,以便选取取/核算切削功率以及电动机。核算切削功率以及电动机。第18页,共36页,编辑于2022年,星期一切削合力的分解切削合力的分解Fc c切削力,计算车刀强度、设计机床零件,确定机床功率;切削力,计算车刀强度、设计机床零件,确定机床功率;F Ff f进给力,设计机床走刀机构强度,计算车刀进给功率;进给力,设计机床走刀机构强度,计算车刀进给功率;F Fp p
16、背向力。确定工件挠度,计算零件强度,也是工件在切削过程中产背向力。确定工件挠度,计算零件强度,也是工件在切削过程中产生振动的力。生振动的力。第19页,共36页,编辑于2022年,星期一切削功率切削功率PcFc、Ff消耗功;消耗功;Fp方向无位移,不消耗功方向无位移,不消耗功因为第二项很小,故可略去不计因为第二项很小,故可略去不计校核电动机功率:校核电动机功率:第20页,共36页,编辑于2022年,星期一(1)被加工材料的影响)被加工材料的影响a、工件材料的、工件材料的强度、硬度强度、硬度越高,则越高,则 s s越大,加工硬化大,切削力增越大,加工硬化大,切削力增大大显显著;著;b、工件材料的硬
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