第3章 金属切削过程的基本规律.ppt
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1、授课:张俊雄授课:张俊雄中国农业大学中国农业大学 工学院工学院Email:第第3章章 金属切削过程的金属切削过程的基本规律基本规律第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律作业讲解作业讲解2第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律本章内容本章内容第一节第一节 金属的切削过程金属的切削过程第二节第二节 切削力与切削功率切削力与切削功率第三节第三节 切削热与切削温度切削热与切削温度第四节第四节 刀具的磨损及使用寿命刀具的磨损及使用寿命第第五五节节 刀具合理几何参数的选择刀具合理几何参数的选择第第六六节节 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性3第三章第三章 金属
2、切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律第一节第一节 金属的切削过程金属的切削过程4第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律 宏宏观观上,上,金属切削过程是指:用刀具从工件上金属切削过程是指:用刀具从工件上切除多余的金属层,使工件在尺寸、形状和表面质切除多余的金属层,使工件在尺寸、形状和表面质量方面都符合预定要求的一种加工过程。量方面都符合预定要求的一种加工过程。此此过过程在常温下程在常温下进进行,称行,称为为冷加工。冷加工。研究金属切削研究金属切削过过程的程的规规律首先要从金属切削律首先要从金属切削过过程中金属程中金属层层受力受力变变形破坏的力学原理开始。形破坏的力学原理开
3、始。5第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律一、概述一、概述1.刀具挤压工件,产生变形刀具挤压工件,产生变形2.滑移滑移3.挤裂挤裂4.切离切离6第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律一、概述一、概述7第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律一、概述一、概述8第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律一、概述一、概述9第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律第一变形区:(基本变形区)第一变形区:(基本变形区)OAOM之之间间的的区区域域,是是切切削削过过程程中中的的主主要要变变形形区区,是是切切削削力力
4、和和切切削削热的主要来源。热的主要来源。主要特征:主要特征:剪切面的滑移变形剪切面的滑移变形第二变形区:第二变形区:切切屑屑底底层层与与前前刀刀面面之之间间的的摩摩擦擦变变形形区区。主主要要影影响响切切屑屑的的变变形形和积屑瘤的产生。和积屑瘤的产生。第三变形区:第三变形区:工工件件已已加加工工表表面面与与刀刀具具后后刀刀面面之之间间的的挤压、摩擦变形区域。挤压、摩擦变形区域。造成工件表面的纤维化与加工硬化。造成工件表面的纤维化与加工硬化。该该区区域域对对工工件件表表面面的的残残余余应应力力以以及及后后刀面的磨损有很大的影响。刀面的磨损有很大的影响。二、切削变形区二、切削变形区10第三章第三章
5、金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律三、切屑类型三、切屑类型1.带状切屑带状切屑2.挤裂切屑挤裂切屑3.单元切屑单元切屑4.蹦碎切屑蹦碎切屑11第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律带状切屑:带状切屑:产生条件:产生条件:切削塑性材料、切削速切削塑性材料、切削速度高、切削厚度较小、度高、切削厚度较小、前角大。前角大。形状:形状:连连绵绵不不断断呈呈带带状状,切切屑屑底底面面很很光光滑滑而而背背面面呈呈毛毛茸状。茸状。形成原因:形成原因:切速高,切削层未及充分变形即变为切屑,剪切面上的应力切速高,切削层未及充分变形即变为切屑,剪切面上的应力还未达到破坏值,因此只有塑性
6、滑移而无断裂;前角大,则还未达到破坏值,因此只有塑性滑移而无断裂;前角大,则刀具锋利;刀具锋利;hD小则切削力小。故易得带状切屑。小则切削力小。故易得带状切屑。特点:特点:切切削削过过程程变变形形小小,切切削削力力小小且且稳稳定定;已已加加工工表表面面粗粗糙糙度度低低。对生产安全有危害。对生产安全有危害。1.带状切屑带状切屑12第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律1.带状切屑带状切屑13第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律1.带状切屑带状切屑14第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律挤裂切屑:(节状切屑)挤裂切屑:(节状切屑)形状
7、:形状:宏宏观观上上自自然然连连接接,但但外外表表面面呈呈锯锯齿齿形形,如如竹节状。竹节状。产生条件:产生条件:切削塑性材料、切削切削塑性材料、切削速度中等、切削厚度速度中等、切削厚度较厚、前角较小。较厚、前角较小。形成原因:形成原因:切削层经过充分变形全过程,最后被挤裂。切削层经过充分变形全过程,最后被挤裂。特点:特点:切屑冷硬度高,脆且易断,便于处理;切屑冷硬度高,脆且易断,便于处理;变形相对较大,切削力波动较大,易产生振动;变形相对较大,切削力波动较大,易产生振动;已加工表面粗糙度较高。已加工表面粗糙度较高。2.挤裂切屑挤裂切屑15第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规
8、律2.挤裂切屑挤裂切屑16第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律2.挤裂切屑挤裂切屑17第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律单元切屑:单元切屑:形状:形状:切切屑屑沿沿挤挤裂裂面面完完全全断开成单元状。断开成单元状。产生条件:产生条件:材材料料塑塑性性很很差差、切切速速低、低、hD大、前角小。大、前角小。形成原因:形成原因:整整个个剪剪切切面面上上剪剪应应力力超超过过材材料料的的破破坏坏强强度度极限。极限。特点:特点:切切削削力力波波动动很很大大,有有振振动动;已已加加工工表面非常粗糙,且有振纹。表面非常粗糙,且有振纹。3.单元切屑单元切屑18第三章第
9、三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律3.单元切屑单元切屑19第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律蹦碎切屑:蹦碎切屑:形状:形状:切切屑屑呈呈不不规规则则的的碎碎块块状。状。产生条件:产生条件:切削脆性材料。切削脆性材料。形成原因:形成原因:材材料料塑塑性性差差,抗抗拉拉强强度度低低,受受前前刀刀面面挤挤压压时时几几乎乎没没有有塑塑性性变变形形便便脆脆断断成成不不规规则则的的碎碎块。块。特点:特点:切切削削过过程程不不平平稳稳,切切削削力力波波动动大大,有冲击,振动大,已加工表面粗糙。有冲击,振动大,已加工表面粗糙。4.蹦碎切屑蹦碎切屑20第三章第三章 金属切
10、削加工的基础规律金属切削加工的基础规律4.蹦碎切屑蹦碎切屑21第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律比较几种切削比较几种切削22第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律四、切削的变形及影响因素四、切削的变形及影响因素23第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律厚度变形系数:厚度变形系数:长度变形系数:长度变形系数:根据体积不变原理数:根据体积不变原理数:1.变形系数变形系数24第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律工件材料:工件材料:刀具角度:刀具角度:切削速度:切削速度:工件塑性工件塑性延伸率延伸率 O O 刀具锋利
11、刀具锋利塑性变形塑性变形 vc 2.影响切削变形的因素影响切削变形的因素25第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律“在在一一定定的的温温度度和和压压力力下下,切切削削塑塑性性金金属属时时,切切屑屑底底层层与与前前刀刀面面嵌嵌入入式式结结合合发发生生冷冷焊焊现现象象,使使一一部部分分切切屑屑粘粘结结在在前前刀刀面面上上,形形成成积积屑屑瘤瘤”。1.特点:特点:硬硬度度是是工工件件材材料料的的23.5倍倍,可可以以代替刀具切削。代替刀具切削。周而复始的生长、脱落。周而复始的生长、脱落。2.产生条件:产生条件:切削塑性材料。切削塑性材料。切切削削区区的的温温度度、压压力力和和界界
12、面面状状况况符合在刀面上发生冷焊的条件。符合在刀面上发生冷焊的条件。3.对切削过程的影响:对切削过程的影响:积积屑屑瘤瘤代代替替刀刀刃刃进进行行切切削削,保保护护了刀刃,增大了前角。了刀刃,增大了前角。积积屑屑瘤瘤形形状状不不规规则则,频频繁繁生生长长脱脱落,影响尺寸精度和表面质量。落,影响尺寸精度和表面质量。故:故:粗粗加加工工时时可可人人为为控控制制积积屑屑瘤瘤的的生生长长,使积屑瘤能稳定存在。使积屑瘤能稳定存在。精加工时应抑制积屑瘤的产生。精加工时应抑制积屑瘤的产生。五、积屑瘤五、积屑瘤26第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律4.控制措施:控制措施:1)提高前刀面的
13、光滑程度;提高前刀面的光滑程度;2)提高工件的硬度,降低塑提高工件的硬度,降低塑性;性;3)采用合适的切削液;采用合适的切削液;4)避开积屑瘤产生的速度避开积屑瘤产生的速度范围。范围。五、积屑瘤五、积屑瘤27第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律五、积屑瘤五、积屑瘤28第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律五、积屑瘤五、积屑瘤29第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律第二节第二节 切削力与切削功率切削力与切削功率30第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律一、切削力的来源一、切削力的来源1.工件、切屑的变形抗力工件、
14、切屑的变形抗力2.刀刀具具与与切切屑屑、工工件件与与刀具之间的摩擦阻力刀具之间的摩擦阻力31第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律1.主切削力:主切削力:FC在在主主运运动动方方向向的的分分力力。FC与与切切削削速速度度方方向向一一致致,又又称称切切向向抗抗力力。是是计计算算机机床床切切削削功功率的主要依据。率的主要依据。2.背向力:背向力:FP总总切切削削力力在在切切深深方方向向的的分分力力。FP在在基基面面内内,与与进进给给方向垂直。方向垂直。3.进给抗力:进给抗力:Ff在在进进给给方方向向的的分分力力。是是计计算算或或校校核核机机床床进进给给机机构构强强度的依据。度的
15、依据。二、切削力的分解二、切削力的分解32第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律切削力的测量原理切削力的测量原理二、切削力的分解二、切削力的分解33第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律由实验获得经验公式由实验获得经验公式注意:注意:计算公式由实验测得,式中的各项应按照实验时的单位计算公式由实验测得,式中的各项应按照实验时的单位计算。即:计算。即:aP:mm,f:mm/r手册中的数据为特定切削条件下测得的数据,当实际的手册中的数据为特定切削条件下测得的数据,当实际的条件与实验公式条件不符时,应加修正系数。条件与实验公式条件不符时,应加修正系数。三、切削力
16、的计算三、切削力的计算34第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律“单位面积上的主切削力单位面积上的主切削力”:估算切削力:估算切削力:四、单位切削力四、单位切削力35第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律机床总功率:机床总功率:机床总功率:机床总功率:五、单位切削功率五、单位切削功率36第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律“单位时间内切下单位体积金属所需的功率单位时间内切下单位体积金属所需的功率”五、单位切削功率五、单位切削功率37第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律第三节第三节 切削热与切削温度切削热与切削温
17、度38第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律1.切削层的弹性及塑性变形。切削层的弹性及塑性变形。2.切屑与前刀面,工件与后切屑与前刀面,工件与后刀面的摩擦。刀面的摩擦。第一变形区:第一变形区:60%的热量的热量第二变形区:第二变形区:30%的热量的热量第三变形区:第三变形区:10%的热量的热量一、产生原因一、产生原因39第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律二、切削热的传递二、切削热的传递Q=Q屑屑+Q刀刀+Q工工+Q介介在不使用冷却液的情况下:在不使用冷却液的情况下:Q屑屑Q刀刀Q工工Q介介40第三章第三章 金属切削加工的基础规律金属切削加工的基础规律
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