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1、南海一職:劉業(yè)貴 南海一職:劉業(yè)貴 1.知道什么是切削力、切削熱、切削液 2、影響切削力、切削溫度的因素是什么 3、在實(shí)際操作過(guò)程中,會(huì)處理溫度過(guò)高等問(wèn)題 4、會(huì)選用合理的切削液進(jìn)行冷卻 切削力、切削熱、切削液的概念 教學(xué)目標(biāo) 教學(xué)重 難點(diǎn) 多媒體、動(dòng)畫、視頻、實(shí)物演示 教學(xué)方法 南海一職:劉業(yè)貴 第三節(jié)、 切削力 切削過(guò)程中, 刀具施加于工件使工件 材料產(chǎn)生變形,并使多 余材料變?yōu)榍行妓璧?力,稱為切削力 (cutting force) 。 南海一職:劉業(yè)貴 一、切削力的來(lái)源、切削合力及分力、切削功率 1. 切削力的來(lái)源 切削力來(lái)自于金屬切削過(guò)程中克服 被加工材料的彈、塑性變形抗力和 刀具
2、與工件及刀具與切屑之間摩擦 阻力。 南海一職:劉業(yè)貴 2.切削力的分解 通常將合力 F分 解為相互垂直的三個(gè) 分力: 切削力 Fc 、 進(jìn)給力 Ff 、 背向力 Fp 。 切削力 Fz(Fc) 總切削力在主運(yùn)動(dòng)方向的分力, 大小約占總切削力的 80% 90% 。 Fc消耗的功率最多,約 占總功率的 90%左右,是計(jì)算 機(jī)床切削功率、選配機(jī)床電機(jī)、 校核機(jī)床主軸、設(shè)計(jì)機(jī)床部件 及計(jì)算刀具強(qiáng)度等必不可少的 參數(shù)。 背向力 Fy( Fp) 進(jìn)給力 Fx (Ff) 總切削力在垂直于工 作平面方向的分力, Fp不消耗功率。但容 易使工件變形,甚至 可能產(chǎn)生振動(dòng),影響 工件的加工精度。是 進(jìn)行加工精度分析
3、、 計(jì)算工藝系統(tǒng)剛度以 及分析工藝系統(tǒng)振動(dòng) 時(shí),所必須的參數(shù) 。 總切削力在進(jìn)給方向的分力 ,進(jìn)給力也作功,但只占總 功的 1% 5%。是設(shè)計(jì)、校核 機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu),計(jì)算機(jī)床進(jìn) 給功率不可缺少的參數(shù) 南海一職:劉業(yè)貴 南海一職:劉業(yè)貴 計(jì)算切削功率 (cutting power) Pc是用于核算加工成 本和計(jì)算能量消耗 , 并在設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)根據(jù)它來(lái)選擇機(jī) 床主電動(dòng)機(jī)功率 。 主運(yùn)動(dòng)消耗的切削功率 Pc Fc c/60 10-3 ( kW) 機(jī)床電機(jī)功率 PE =Pc m( m 0.75 0. 85) 。 3切削功率 南海一職:劉業(yè)貴 三 、 影響切削力的因素 1. 工件材料 影響較大的因素主要是工
4、件材料 的強(qiáng)度、硬度和塑性。 材料的強(qiáng)度、硬度越高,則屈服 強(qiáng)度越高,切削力越大。 在強(qiáng)度、硬度相近的情況下,材 料的塑性、韌性越大,則刀具前面 上的平均摩擦系數(shù)越大,切削力也 就越大。 2. 切削用 量 進(jìn)給量 f和背吃刀量 ap 進(jìn)給量 f和背吃刀量 ap增加,使切削力 F c增加。 南海一職:劉業(yè)貴 切削速度在 5 20m/min區(qū)域內(nèi)增加時(shí),積屑瘤高度逐漸 增加,切削力減??; 切削速度繼續(xù)在 20 35m/min范圍內(nèi)增加,積屑瘤逐漸 消失,切削力增加; 在切削速度大于 35m/min時(shí),由于切削溫度上升,摩擦 系數(shù)減小,切削力下降。一般切削速度超過(guò) 90m/min時(shí), 切削力無(wú)明顯變
5、化。 在切削脆性金屬工件材料時(shí),因塑性變形很小,刀屑界 面上的摩擦也很小,所以切削速度 c 對(duì)切削力 Fc無(wú)明顯 的影響。 在實(shí)際生產(chǎn)中,如果刀具材料和機(jī)床性能許可,采用高 速切削,既能提高生產(chǎn)效率,又能減小切削力。 切削速度 c 南海一職:劉業(yè)貴 前角的影響 : o 切削變形 切削力 。(塑性材料) 主偏角的影響: Kr F p , F f 3. 刀具幾何參數(shù) 南海一職:劉業(yè)貴 kr1 Kr kr2 Fp Ff 南海一職:劉業(yè)貴 4. 刀具磨損 5. 切削液 6. 刀具材料 刀具材料與被加工 材料間的摩擦系數(shù),影響到 摩擦力的變化,直接影響著 切削力的變化。 南海一職:劉業(yè)貴 第四節(jié)、 切削
6、熱和切削溫度 ( 一 ) 、 切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo) 金屬切削過(guò)程的三個(gè)變形區(qū)就是產(chǎn)生切削熱 (cutting heat)的三個(gè)熱源: 1)切屑變形所產(chǎn)生的熱量,是切削熱的主要來(lái) 源; 2)切屑與刀具前刀面之間的摩擦所產(chǎn)生的熱量; 3)工件與刀具后刀面之間的摩擦所產(chǎn)生的熱量。 南海一職:劉業(yè)貴 南海一職:劉業(yè)貴 切削熱向 切屑、工件、刀具 以及 周圍的 介質(zhì) 傳導(dǎo),使它們的溫度上升,從而導(dǎo) 致切削區(qū)內(nèi)的切削溫度 (cutting temperatures)上升。 用高速鋼車刀及與之相適應(yīng)的切削速度 切削鋼料時(shí),切削熱傳出的比例是:切 屑傳出的熱約為 50% 86%;工件傳出的 熱約為 40% 10
7、%;刀具傳出的熱約為 9% 3%;周圍介質(zhì)傳出的熱約為 1%。 南海一職:劉業(yè)貴 ( 二 ) 、 切削溫度對(duì)切削加工過(guò)程的影響 1.對(duì)刀具材料的影響 高速鋼刀具材料的 耐熱性為 600 左右,超過(guò) 該溫度刀具失效。硬質(zhì)合金 刀具材料耐熱性好,在高溫 800 1000 時(shí),強(qiáng)度反而 更高,韌性更好。因此適當(dāng) 提高切削溫度,可防止硬質(zhì) 合金刀具崩刃,延長(zhǎng)刀具壽 命。 2.對(duì)工件尺寸精度的影響 車削工件外圓時(shí),工件 受熱膨脹,切削后冷卻至室溫, 尺寸變小,特別是在精加工和超 精密加工時(shí),切削溫度的變化對(duì) 工件尺寸精度的影響特別大,因 此控制好切削溫度,是保證加工 精度的有效措施。 南海一職:劉業(yè)貴
8、( 三 ) 、 影響切削溫度的因素 1.工件材料 材料的 強(qiáng)度 、 硬度 越高,則切削抗力越大,消 耗的功越多,產(chǎn)生的熱就越 多; 導(dǎo)熱系數(shù) 越小,傳 散的熱越少,切削區(qū)的切削 溫度就越高。 切削 脆性材料 時(shí), 由于塑性變形很小,崩碎切 屑與前刀面的摩擦也小,產(chǎn) 生的切削熱較少。 熱處理狀態(tài) 不同, 切削溫度也不相同。 2.切削用量 切削速度對(duì)切削 溫度的影響最大 , 背吃刀量對(duì)切削 溫度的影響最小 。 南海一職:劉業(yè)貴 3.刀具幾何參數(shù) 4.刀具磨損 5.切削液 1)前角 o 塑性變形和摩 擦 切削溫度 。但前角不 能太大,否則刀具切削部分的 鍥角過(guò)小,容熱、散熱體積減 小,切削溫度反而上
9、升。 2)主偏角 r 切削刃工作 接觸長(zhǎng)度 ,切削寬度 bD , 散熱條件變差,故切削溫度 。 刀具主后面 磨損時(shí),后角減小, 后面與工件間摩擦加 劇。刃口磨損時(shí),切 屑形成過(guò)程的塑性變 形加劇,使切削溫度 增大。 利用切削液的潤(rùn)滑 功能降低摩擦系數(shù),減少切 削熱的產(chǎn)生,也可利用它的 冷卻功用吸收大量的切削熱, 所以采用切削液是降低切削 溫度的重要措施。 南海一職:劉業(yè)貴 第五節(jié) 切削液 1、切削液的作用 切削液 (cutting fluid)的冷卻作用主要靠 熱傳導(dǎo)帶走大量的切削熱, 從而降低切削溫度,提高刀 具壽命;減少工件、刀具的 熱變形,提高加工精度;降 低斷續(xù)切削時(shí)的熱應(yīng)力,防 止刀
10、具熱裂破損等。 1) .切削液的冷卻作用 2) .切削液的潤(rùn)滑作用 使用切削液后,切屑、工 件與刀面之間形成完全的潤(rùn)滑油膜, 成為流體潤(rùn)滑摩擦,此時(shí)摩擦系數(shù) 很小;實(shí)際情況是屬于邊界潤(rùn)滑摩 擦,其摩擦系數(shù)大于流體潤(rùn)滑,但 小于干摩擦。 3)切削液的清洗作用 南海一職:劉業(yè)貴 2.切削液的分類 水溶液 :主要成分是水, 并加入少量的防銹劑等添 加劑 ,有良好的冷卻作用 和清洗作用。 ( 1)水溶液 礦物油 少量動(dòng)植物油 非溶性切削液主要起潤(rùn) 滑作用。 ( 3)切削油 ( 2)乳化液 乳化液乳化油用水稀釋而成,具有良好的流動(dòng)性和 冷卻作用,并有一定的潤(rùn) 滑作用 南海一職:劉業(yè)貴 3. 切削液的選用
11、 按工件材料選用 加工鋼等塑性材料時(shí),需要切削液;加 工鑄鐵等脆性材料時(shí),不用切削液。 按刀具材料選用 高速鋼刀具耐熱性差,粗加工時(shí)應(yīng)選用 以冷卻作用為主的切削液,以降低切削溫度;在精加工時(shí)應(yīng) 使用潤(rùn)滑性能好的極壓切削油或高濃度的極壓乳化液,以提 高加工表面質(zhì)量。硬質(zhì)合金刀具由于耐熱性好,一般不用切 削液; 按加工方法選用 對(duì)半封閉、封閉加工,選用極壓乳化 液或極壓切削油,以對(duì)切削區(qū)進(jìn)行冷卻、潤(rùn)滑和對(duì)切屑沖洗。 磨削加工時(shí),由于磨削區(qū)溫度很高,磨屑會(huì)破壞已磨削表面 質(zhì)量 ,要求切削液具有良好的冷卻、清洗、排屑和防銹性能, 一般選用乳化液。 南海一職:劉業(yè)貴 第六節(jié)、 刀具磨損和耐用度 (一)、
12、刀具磨損的形態(tài) 南海一職:劉業(yè)貴 1)后面磨損 當(dāng)切削脆性材料或以 較小的背吃刀量切削塑性材料 時(shí),由于刀具主后刀面 與工件 過(guò)渡表面間存在著強(qiáng)烈的摩擦, 在后刀面毗鄰切削刃的部位磨 損成小棱面。后刀面磨損量以 后刀面上磨損寬度值 VB表示, 3)前面和后面同時(shí)磨損 一般在以中等 切削用量加工塑性金屬 材料時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種形式 磨損。 在切削速度較高、背 吃刀量較大且不用切削液的情況 下加工塑性材料時(shí), 切屑將在 前刀面磨出月牙洼。前刀面的磨 損量以月牙洼的最大深度 KT表 示, 2)前面磨損 南海一職:劉業(yè)貴 (二)、刀具磨損過(guò)程 1.刀具磨損過(guò)程 初期磨損階段 ( ) 正常磨損階段 ( ) 急
13、劇磨損階段 ( ) 南海一職:劉業(yè)貴 (三)、影響刀具磨損的因素 切削用量、刀具材料、刀具幾何形狀、工件 材料以及是否使用切削液等,也都會(huì)影響刀具的磨損 (tool wear) 。 在切削用量中,增大切削速度切削溫度隨之 增高,對(duì)刀具磨損的影響最大,進(jìn)給量 f次之,背復(fù) 雜的吃刀量 ap最小。 耐熱性好的刀具材料,就不易磨損。 適當(dāng)加大刀具前角,由于減小了切削力,可 減少刀具的磨損。 南海一職:劉業(yè)貴 (四)、刀具耐用度 1. 刀具耐用度的定義 刀具耐用度(現(xiàn)稱刀具壽命)是指一把刃磨 好的新刀從投入使用直至達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)歷 的實(shí)際切削時(shí)間。 刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件 材料的切削
14、加工性及刀具幾何參數(shù)是否合理的 重要參數(shù)。 南海一職:劉業(yè)貴 2.刀具耐用度的選擇原則 復(fù)雜的 、 高精度的 、 多刃的刀具耐用度應(yīng)選得比簡(jiǎn)單的 、 低精度的 、 單刃的刀具高 。 對(duì)于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具 , 由于換刀時(shí)間短 , 為使切削刃始終 處于鋒利狀態(tài) , 刀具耐用度可選得低些 。 對(duì)于換刀 、 調(diào)刀比較復(fù)雜的數(shù)控刀具 、 自動(dòng)線刀具以及多 刀加工時(shí) , 刀具耐用度應(yīng)選得高些 , 以減少換刀次數(shù) , 保證 整機(jī)和整線的可靠工作 。 精加工刀具切削負(fù)荷小 , 刀具耐用度應(yīng)比粗加工刀具選得 高些 。 大件加工時(shí) , 為避免一次進(jìn)給中中途換刀 , 刀具耐用度應(yīng) 選得高些 。 南海一職:劉業(yè)貴 刀具
15、壽命:刀具從開(kāi)始投入使用到完全報(bào)廢的總切削時(shí) 間 刀具幾何參數(shù) 刀 具 材 料 工 件 材 料 切 削 用 量 (五)、影響刀具壽命的因素 南海一職:劉業(yè)貴 五、 切削用量的選擇 1、選擇切削用量的原則 合理切削用量是指使刀 具的切削性能和機(jī)床的動(dòng)力性能 得到充分發(fā)揮,并在保證加工質(zhì) 量的前提下,獲得高生產(chǎn)率和低 加工成本的切削用量。 南海一職:劉業(yè)貴 粗加工時(shí),一次走刀盡可能切除全部余量,被吃刀量 等于加工余量。 半精加工時(shí),被吃刀量取為 0.5 2mm。 精加工時(shí),被吃刀量取為 0.1 0.4mm 1)、被吃刀量的選定 2、被吃刀量、進(jìn)給量和切削速度的選定 2)、進(jìn)給量的選定 生產(chǎn)實(shí)際中多
16、采用查表法確定進(jìn)給量。 粗加工時(shí),進(jìn)給量由機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、刀具強(qiáng)度與 剛性、工件的裝夾剛度決定。 精加工時(shí),進(jìn)給量由加工精度和表面粗糙度決定。 南海一職:劉業(yè)貴 3)、切削速度的選定 在 ap、 f 值選定后,根據(jù)合理的刀具耐用度或查表 來(lái)選定車削速度。 在生產(chǎn)中選擇切削速度的一般原則是: ( 1)粗車時(shí), ap、 f 較大,故選擇較低的 v;精車 時(shí), ap 、 f 均較小,故選擇較高的 v。 ( 2)工件材料強(qiáng)度、硬度高時(shí),應(yīng)選較低的 v。 ( 3)切削合金鋼比切削中碳鋼切削速度應(yīng)降低 20 30;切削調(diào)質(zhì)狀態(tài)的鋼比正火、退火狀態(tài)鋼要 降低 20 30;切削有色金屬比切削中碳鋼的 切削速
17、度可提高 100 300; 南海一職:劉業(yè)貴 ( 4)刀具材料的切削性能愈好,切削速度也選得愈高。 ( 5)精加工時(shí),應(yīng)盡量避開(kāi)積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生的區(qū)域。 ( 6)斷續(xù)切削及加工大件、細(xì)長(zhǎng)件和薄壁工件時(shí),應(yīng) 適當(dāng)降低切削速度。 ( 7)在易發(fā)生振動(dòng)的情況下,切削速度應(yīng)避開(kāi)自激振 動(dòng)的臨界速度。 南海一職:劉業(yè)貴 3、 粗、精加工 選擇切削用量的原則 粗加工: 首先選取盡可能大的被吃刀量; 其次根據(jù)機(jī)床動(dòng)力和剛性限制條件或加工表面 粗糙度的要求,選取盡可能大的進(jìn)給量;最后 利用切削用量手冊(cè)選取或者用公式計(jì)算確定切 削速度。 精加工:主要考慮加工質(zhì)量,常選用 較小的背吃刀量和進(jìn)給量,較高的切削速度, 只有在受到刀具等工藝條件限制不宜采用高速 切削時(shí)才選用較低的切削速度。