切削力变化小
ansys切削加工受力分析
1绪论金属切削是机械制造行业中的一类重要的加工手段。
美国和日本每年花费在切削加工方面的费用分别高达1000 亿美元和10000亿日元。
中国目前拥有各类金属切削机床超过300 万台, 各类高速钢刀具年产量达3.9 亿件, 每年用于制造刀具的硬质合金超过5000吨。
可见切削加工仍然是目前国际上加工制造精密金属零件的主要办法。
19世纪中期, 人们开始对金属切削过程的研究, 到现在已经有一百多年历史。
由于金属切削本身具有非常复杂的机理, 对其研究一直是国内外研究的重点和难点。
过去通常采用实验法, 它具有跟踪观测困难、观测设备昂贵、实验周期长、人力消耗大、综合成本高等不利因素。
本文利用材料变形的弹塑性理论, 建立工件材料的模型,借助大型商业有限元软件ANSYS, 通过输入材料性能参数、建立有限元模型、施加约束及载荷、计算, 对正交金属切削的受力情况进行了分析。
以前角10°、后角8°的YT 类硬质合金刀具切削45号钢为实例进行计算。
切削厚度为2 mm时形成带状切屑。
提取不同阶段应力场分布云图, 分析了切削区应力的变化过程。
这种方法比传统实验法快捷、有效, 为金属切削过程的研究开辟了一条新的道路。
2设计要求根据有限元分析理论，根据ANSYS的求解步骤，建立切削加工的三维模型。
对该模型进行网格划分并施加约束边界条件，最后进行求解得出应力分布云图，并以此云图分析得出结论。
3金属切削简介［3］金属切削过程，从实质讲，就是产生切屑和形成已加工表面的过程。
产生切屑和形成已加王表面是金属切削时密切相关的两个方面。
3.1切削方式切削时，当工件材料一定，所产生切屑的形态和形成已加工表面的特性，在很大程度上决定于切削方式。
切削方式是由刀具切削刃和工件间的运动所决定，可分为：直角切削、斜角切削和普通切削三种方式。
3.2切屑的基本形态金属切削时，由于工件材料、刀具几何形状和切削用量不同，会出现各种不同形态的切屑。
切削力对切削温度的影响
切削力对切削温度的影响切削力是切削加工过程中的一项重要参数，它直接影响到切削温度的变化。
切削温度是指切削加工中产生的热量在刀具和工件之间的传递和分布情况，是判断切削加工质量和工具寿命的重要指标之一。
切削力的大小与切削温度之间存在着密切的关系，接下来将详细探讨切削力对切削温度的影响。
切削力的大小直接影响着切削温度的变化趋势。
在切削过程中，切削力会引起刀具与工件之间的摩擦，从而产生摩擦热。
当切削力较小时，摩擦热的产生相对较少，切削温度也相对较低。
但是当切削力增大时，摩擦热的产生也相应增多，切削温度也会随之升高。
因此，可以说切削力的大小直接决定了切削温度的高低。
切削力的方向和大小也影响着切削温度的分布情况。
在切削加工中，切削力的方向和大小会直接影响切削区域的温度分布。
正常切削时，切削力的方向与切削速度和刀具磨损方向一致，此时切削温度分布较为均匀。
但是当切削力的方向与切削速度和刀具磨损方向相反时，会导致切削区域的温度不均匀，出现高温区和低温区的现象。
这是因为切削力的反向作用会影响到切削界面的摩擦热传递，从而使切削温度分布发生变化。
切削力的大小还会对刀具的寿命和切削加工质量产生影响。
切削温度的升高会加剧切削界面的磨损和刀具的热膨胀，从而缩短刀具的使用寿命。
当切削力较大时，摩擦热的产生也相应增多，切削温度会显著升高，从而加剧刀具的磨损和热膨胀，导致刀具寿命缩短。
同时，切削温度的升高也会对切削加工质量产生不利影响，如切削面的烧伤、变色等现象会增加。
切削力的大小与切削温度的关系还与切削材料和切削条件等因素有关。
不同材料的切削特性不同，切削力与切削温度的关系也会有所差异。
一般来说，切削硬度较高的材料，其切削力较大，切削温度也相应较高。
另外，切削条件的不同也会对切削力和切削温度产生影响。
例如，切削速度的增加会使切削力和切削温度均增大；而切削深度的增加会使切削力增大，切削温度也相应增高。
切削力对切削温度具有重要影响。
机械制造基础
1、切削运动与切削要素切削加工是刀具和工件间为了完成零件的加工而产生的一定的相对运动。
切削运动形式:旋转运动、直线运动连续运动、间歇运动。
切削运动的分解：主运动、进给运动（1）主运动主运动是切削运动中速度最高, 消耗功率最大的运动形式。
注1：主运动可为旋转运动或往复运动(由工件或刀具进行)。
注2：主运动只有一个。
（2）进给运动进给运动是由机床或人力提供的保证切削连续进行的刀具与工件之间的运动。
进给运动有连续和断续两种类型。
当主运动为旋转运动时，进给运动是连续的。
如车削、钻削;当主运动为直线运动时，进给运动是断续的。
如刨削、插削等。
进给运动可能是1 个或多个（3）加工表面在机械加工中, 工件上同时形成三个表面,即待加工表面、过渡表面(加工表面)和已加工表面, 如图1-2所示。
（4）切削用量切削用量包括切削速度v c、进给量f(或进给速度v f)和背吃刀量a p三要素切削速度v切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度，称为切削速度。
（1）主运动为旋转运动时的切削速度v：切削速度一般为其最大线速度。
m/s式中: dw 为工件(或刀具)的最大直径, 单位为mm; n为工件(或刀具)的转速, 单位为r/s或r/min。
以其平均速度作为切削速度, 即m/s或m/min式中: L为往复行程长度, 单位为mm; n r为主运动每秒或每分钟的往复次数, 单位为次/s或次/min。
进给量定义：刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量称为进给量（a）当主运动是回转运动时：进给量指工件或刀具每回转一周, 两者沿进给方向的相对位移量;（b）当主运动是直线运动时：进给量指刀具或工件每往复直线运动一次, 两者沿进给方向的相对位移量。
（a）用单齿刀具(如车刀、刨刀等)加工时：当主运动是回转运动时, 进给量指每转进给量f, 即工件或刀具每回转一周两者沿进给方向的相对位移量;当主运动是直线运动时, 进给量指每行程进给量, 即刀具或工件每往复直线运动一次两者沿进给方向的相对位移量。
切削力计算的经验公式
切削⼒计算的经验公式切削⼒计算得经验公式通过试验得⽅法,测出各种影响因素变化时得切削⼒数据,加以处理得到得反映各因素与切削⼒关系得表达式,称为切削⼒计算得经验公式。
在实际中使⽤切削⼒得经验公式有两种:⼀就是指数公式,⼆就是单位切削⼒。
１。
指数公式主切削⼒ (2—4)背向⼒ (2—５)进给⼒ (2-６)式中Ｆc————主切削⼒( N);Ｆｐ————背向⼒( N);F f————进给⼒( N);C fc、 C fp、 Cｆｆ————系数,可查表 2—1;x fc、ｙfc、ｎfc、ｘfｐ、 y fp、ｎｆp、 xｆｆ、 y fｆ、n ｆf -——－－—指数,可查表２-1。
ＫＦc、ＫFｐ、 K Fｆ --——修正系数,可查表２-5,表 2—6。
2 。
单位切削⼒单位切削⼒就是指单位切削⾯积上得主切削⼒,⽤ｋc表⽰,见表2-2。
kc=Fc/A d＝Fc/(ａp·ｆ)=Ｆｃ/(b d·ｈd) (2-7) 式中A D——－-－—-切削⾯积( ｍm 2);a p -－-—-—－背吃⼑量( mm);f —————--－进给量( mm/r);h d—-—--－-—切削厚度( mm );b d-—--—－-—切削宽度( mm)。
已知单位切削⼒ k c,求主切削⼒ F cＦc=k c·a p·ｆ＝ｋｃ·ｈd·b d (2－8)式 2—8中得 k c就是指f = ０.3mm/r 时得单位切削⼒,当实际进给量ｆ⼤于或⼩于 0。
3mm /r时,需乘以修正系数 K fkc,见表 2—３、表２-3 进给量？对单位切削⼒或单位切削功率得修正系数 K fk ｃ, Ｋf ｐs切削⼒得来源、切削分⼒⾦属切削时,切削层及其加⼯表⾯上产⽣弹性与塑性变形;同时⼯件与⼑具之间得相对运动存在着摩擦⼒。
如图２—15所⽰,作⽤在⼑具上得⼒有两部分组成:1、作⽤在前、后⼑⾯上得变形抗⼒ F nγ与Ｆnα;2. 作⽤在前、后⼑⾯上得摩擦⼒F fγ与 F fα。
金属工艺学考试资料及答案
金属工艺学考试资料及答案1、什么是熔模铸造？试述其大致工艺过程。
(P169)答：熔模铸造是用易熔材料制成模样，然后在模样上涂耐火材料，经硬化后，再将模样熔化，排出型外，获得无分型面铸型，浇注即可获得铸件。
因为熔模广泛采用蜡质材料来制造，故这种方法也称失蜡铸造。
它是发展较快的一种精密铸造方法。
工艺过程：1、压型制造 2、蜡模制造 3、蜡模组装4、结壳5、脱蜡 6、焙烧、浇注 7、落沙和清理。
2、与自由锻相比，模锻具有哪些优点？(P185)答：与自由锻相比,模锻的优点：锻件的形状和尺寸比较精确，机械加工余量较小，节省加工工时，材料利用率高；可以锻制形状较为复杂的锻件；生产率较高；操作简单，劳动强度低，对工人技术水平要求不高，易于实现机械化；锻件内流线分布更为合理，力学性能高。
3、用φ50冲孔模具来生产φ50落料件能否保证冲压件的精度？为什么？P193答：不能。
落料和冲孔时，首先使金属发生弯曲，然后由于凸模和凹模刃口的作用，使坯料在与切口接触处开始出现裂纹，随着凸模继续往下压，上下两处裂纹扩展连在一起，使坯料分离。
为了使成品边缘光滑，凸模刃口必须锋利，凸凹模间隙要适当均匀。
而用φ50冲孔模具来生产φ50落料件没有间隙了。
影响断面质量，模具寿命以及成品的尺寸精度。
4、用φ250×1.5板料能否一次拉深直径为φ50的拉深件？应采取哪些措施才能保证正常生产？P194答：不能，因为一次性拉伸，变形量过大，容易出现拉穿现象。
为了避免拉穿，应分几次进行拉深，逐渐增加工件的深度，减小工件的直径，即所谓多次拉深。
5、解释应力与应变的概念答：单位面积上所承受的附加内力称为应力，当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变就称为应变6、说明晶粒粗细对力学性能的影响。
P28答：细晶粒的金属不仅仅强度较高，而且塑性及韧性也较好。
因为晶粒越细，一定体积的晶粒数目越多，在同样变形条件下，变形量分散在更多的晶粒内进行，使各晶粒的变形也比较均匀而不致产生过分的应力集中现象。
金属切削原理与刀具试题
14．车削细长轴类零件时，为了减小径向力Fp的作用，主偏角κr，采用（大于60°）角度为宜。
15．切削塑性较大的金属材料时形成（带状）切屑，切削脆性材料时形成（崩碎）切屑。
四、简答题：（每题6分，共30分）
1、简述楔角：楔角就是，前刀面与后刀面的夹角，其大小由前角和后角来决定。
2．斜角切削及作用 答、斜角切削指切削速度方向与主切削刃不相垂直的切削。作用增大实际切削前角和改变切削的流向。
3．切削加工性答：切削加工性指工件材料切削加工的难易程度。
4.??简述刀具寿命：
5.??简述切削用量要素
五、简答题（简明扼要回答，每小题5分，共15分）
1、普通麻花钻的主要缺点是什么？如何改进？
2．刀具产生积屑瘤的切削速度大致是在（中速）范围内。
3．切削过程中，车刀主偏角κr增大，切削力FP（减小）。
4．高速钢刀具切削温度超过（550~600）时工具材料发生金相变化，使刀具迅速磨损，这种现象称为（相变）磨损。
5．当切屑变形最大时，切屑与刀具的摩擦也最大，对刀具来说，传热不容易的区域是在（前刀面），其切削温度也最高。
4.在金属切削过程中，在（中）速度加（塑性）材料时易产生积屑瘤，它将对切削过程带来一定的影响，故在（精）加工时应尽量避免。
5.外圆车削时，在刀具6个标注角度中，对切削温度影响较大的角度是（γo）和Kr。
6.在工艺系统刚性好的情况下，刀具有磨钝标准应规定得较（大）；精加工时应规定较（小）的磨钝标准。
9．成形车刀磨损后要刃磨（前刀面），铲齿铣刀磨损后要刃磨（前刀面），才能保持其原来要求的廓形精度。
10．一般在中、低速切削塑性金属材料时，刀具在切屑与工件接触压力和切削温度的作用下会发生（扩散）磨损。
切削用量对切削力的影响比较
切削用量对切削力的影响比较Prepared on 22 November 2020切削用量对切削力的影响比较（陕西理工学院机械工程学院）摘要：通过分析切削力单因素实验，探讨切削用量对切削力的影响规律；同时讨论刀具几何参数对切削力的影响，得出一般结论；进而对比说明精密切削切削力的特殊规律。
关键词：切削变形；切削力；刀具；精密切削；规律1.引言金属机械加工过程中，产生的切削力直接影响工件的粗糙度和加工精度，同时也是确定切削用量的基本参数。
所以掌握切削用量对切削力的影响规律也显得重要。
本文从一般切削和精密切削两个方面对切削用量对切削力的影响规律做初步探讨。
2.金属切削加工机理金属切削加工是机械制造业中最基本的加工方法之一。
金属切削加工是指在金属切削机床上使用金属切削刀具从工件表面上切除多余金属，从而获得在形状、尺寸精度及表面质量等方面都符合预定要求的加工。
切削加工原理利用刀具与工件之间的相对运动，在材料表面产生剪切变形、摩擦挤压和滑移变形，进而形成切屑。
切削变形根据金属切削实验中切削层的变形，如图1-2，可以将切削刃作用部位的切削层划分为3个变形区。
第Ⅰ变形区：剪切滑移区。
该变]3[形区包括三个过程，分别是切削层弹 性变形、塑性变形、成为切屑。
第Ⅱ变形区：前刀面挤压摩擦区。
该变形区的金属层受到高温高压作用， 使靠近刀具前面处的金属纤维化。
第Ⅲ变形区：后刀面挤压摩擦区。
该变形区造成工件表层金属纤维化与 图1-2切削层的变形区加工硬化，并产生残余应力。
3.切削力切削力是指切削过程中作用在刀具或工件上的力，它是工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力。
切削力来源根据切削变形的不同，切削过程中刀具会受到三种力的作用，即： （1）克服切削层弹性变形的抗力 （2）克服切削层塑性变形的抗力（3）克服切屑对刀具前面、工件对刀具后面的摩擦力切削力的合成与分解图2-2切削力合力和分力图2-2为车削外圆时切削力的合力与分力示意图。
《金属切削原理与刀具》试卷及答案
1．在车外圆时，工件的回转运动属于_____C____，刀具沿工件轴线的纵向移动属于____B_____。
A切削运动B进给运动C主运动D加工运动2．车外圆时，车刀随四方刀架逆时针转动θ角后，工作主偏角κr将________，工作副偏角κr’将____A____。
A增大减小B减小增大C增大不变D不变不变3．积屑瘤发生在第________变形区，加工硬化发生在第____C____变形区。
AⅠⅡBⅠⅢCⅡⅢDⅢⅡ4．在加工条件相同时，用____A____刀具产生的切削力最小。
A陶瓷刀具B硬质合金刀具C高速钢D产生的切削力都一样5．下列哪种切屑屑形不属于可接受的屑形____A____。
A带状切削B短环形螺旋切削C单元切削D平盘旋状切屑6.生产中常用的切削液，水溶性的切削液以________为主，油溶性切削液以__C______为主。
A润滑冷却B润滑润滑C冷却润滑D以上答案都不正确7．加工塑性材料、软材料时前角________；加工脆性材料、硬材料时前角___A_____。
A大些小些B小些大些C大些大些D小些小些8．高速钢刀具切削温度超过550~600时工具材料发生金相变化，使刀具迅速磨损，这种现象称为____A____磨损。
A相变磨损B磨粒磨损C粘结磨损D氧化磨损9．不能用于加工碳钢的是____C______。
A高速钢刀具B陶瓷刀具CPCD刀具DCBN刀具10．主偏角、副偏角、刀尖角，三个角之和等于_____B_____。
A90°B180°C360°D270°1.1．切削用量三要素切削速度Vc、进给量f、背吃刀量a p（切削深度）。
2．刀具材料种类繁多，当前使用的刀具材料分4类：工具钢，硬质合金，陶瓷，超硬刀具材料。
一般机加工使用最多的是高速钢和硬质合金。
3．切削力由于大小与方向都不易确定，为便于测量、计算和反映实际作用的需要，将合力F分解为3个分力：切削力F c（主切削力F z），背向力F p（切深抗力F y），进给力F f（进给抗力F x）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
二、 第一变形区的变形
正如图3.4所示，图中OA、OB、OM均为等应力线， OA线上的应力达最דmax。
当切削层金属的某点P向切削刃逼近到达点1位置时， 由于OA线上的剪切应力ד
已达到材料屈服强度דs，故 点1流动到点2，2’2则为滑移 量。由于塑性变形过程中材料 的强化，不同等应力线上的应 力将依次逐渐增大。OM线上 的应（硬）度越高，变形越小。 因为材料的强度越高，前刀面的法向应 力σav越大，摩擦
系数μ越小，摩擦 角越大，变形越小。
刀具几何参数
刀具几何参数中影响变形最大的是前角
γo。刀具前角越大，变形∧h越小，如图
3.16所示
切削类型与控制
切削类型
1.根据切屑形成机理，可将切削分为带状屑、节状（挤 裂）屑、单元（粒状）屑和崩碎屑四种（图3.21）。
剪切面与切削速度间的夹角，称为剪切 角，以φ表示。
切削层在进入滑移线之前，晶粒是 无方向性的圆形，而纤维状是它在 剪切滑移区受剪切应力作用变形的 结果（图3.6）
圆形晶粒受到剪切
应力作用变成了椭
圆，其长轴与剪切 面间成ψ角。剪切变 形越大，晶粒椭圆
长轴方向（纤维方
向）与剪切面间的 夹角ψ就越小，即越 接近于剪切面。
2 从切屑处理角度分类
从切屑处理角度可将切屑分为：带状屑、 C形屑、宝塔状卷屑、发条状卷屑、崩碎 屑、螺卷屑、长紧卷屑等。
第二次变形时集中在切屑底层极薄一层金属中，且该 层金属的纤维方向与前刀面是平行的，这是也切削底 层金属一方面要沿着前刀面流动，另一方面还有受到 前刀面的挤压摩擦二膨胀，使得切削底层比上层拉升 造成的。
综上所述，第一与第二变形区也是相互关联的， 前刀面的挤压会使切削层金属产生剪切滑移变 形，挤压越强烈，变形越大。
带状切屑
节状切屑
粒状切屑
图3.21 切屑类型
崩碎切屑
（1）带状屑 呈连绵不断的带状或螺旋状,与刀具接触的底层光滑，背面呈毛绒在状切
削过程平稳，切削力变化小，工件表面光洁; 必须采取断屑措施。 （2）节状（挤裂）屑 切屑背面呈较大的锯齿状，底面有不贯穿的裂纹。一般加工中等硬度钢
材时，切削速度较低，切削深度和进给量较大时产生。 （3）单元屑 在节状切屑的整个剪切面上，切应力超过了材料的破裂强度时，整个单
当∧h=1时，ε≠0。即虽从压缩变形看， 切削无变形，但
相对滑移仍存在。 故只有当∧h>1.2时， ∧h才与ε成线性无关。
四、 第二变形区的变形
切削层金属经过剪 切滑移后，应该说 变形基本结束了， 但是切屑底层（与 前刀面接触层）在 沿前刀面流动过程 中却受到前刀面的 进一步挤压与摩擦， 即产生了第二次变 形。。
切削厚度hch与切削层厚度hD之比称压缩比 （或厚度变形系数）∧h：
切削层长度LD与切屑长度LCH之比（长度变 形系数）∧l
一般情况下，切削层宽度方向变化 很小，根据体积不变原理：
∧h=∧l=∧
3、 相对滑移ε与变形系数∧h间的关系
图3.11表示了相对滑移ε与变形系数∧h二 者间的关系。
在DA、CB线的两侧还会产生一系列滑移线，但都分别交于D、C处。
图3.2（b）所示情况与 图3.2 （a）的区别仅在于： 切削时，工件上DB线以下还 有基体材料的阻碍，故DB线 以下的材料将不发生剪切滑 移变形即剪切滑移只在DB线 以上沿DA方向进行，DA就 是切削过程的剪切滑移。
当然，由于刀具有前角 及工件间有摩擦作用，剪切 滑移变形会比较复杂罢了。
元被切离形成粒状切屑。在加工塑性较差的材料时，采用较小的前角或 负前角的刀具并以极低的切削速度、大的切削深度和进给量进行切削时 形成的。 （4）崩碎屑 切削层金属发生弹性变形后，一般不经过塑性变形就突然崩裂而形成形 状不规则的崩碎切屑。工件材料脆性越大，刀具前角越小，切削深度和 进给量越大，越易产生此类切削。
当工件以切削速度Vc向刀具移动时，若 无阻碍，点M将移
至点N，但由于受到 阻碍的刀具，切削层
只能由MN流动到MP （OH向OG）此时的 相对滑移ε应是
2、 切削变形系数
由于在实际的切削过程中，金属受到挤 压变形后，切屑厚度比切削层变厚，长 度比切削层缩短，故可用用切削压缩比 （切削变形系数）来表示。
一、 概述
金属在切削过程中，由于受到刀具的推 挤，通常会产生变形，变形时金属切削 过程中产生的一种物理现象。这种变形 直接影响切削力、切削热、刀具磨损、 已加工表面质量和生产效率等，因此有 必要对其变形过程加以研究，找到其基 本规律，减小切削力，降低切削温度， 减小刀具磨损，提高加工质量和生产效 率。
可以认为，金属切削过程是切削层 金属受到刀具前刀面推挤后产生的以剪 切滑移为主的塑性变形过程。这非常类 似于材料力学实验中材料的压缩破坏之 情况。图3.2给出了压缩变形破坏与切削 变形二者的比较。
图3.2（a）给出了试件受压缩变形破坏的情况。此时，试件产
生剪切变形，其方向约与作用力F方向成45°。当作用力F增加时，
点2流动到点3处，点3再流动至点4处，此后流动方 向就与前刀面基本平行而不是沿着OM线滑移了，即终止 了滑移，我们称OM线为滑移线。
开始滑移的OA线称 始滑移线，OA与OM线 组成的区域即为第一变 形区，该区产生的是沿 滑移线（面）的剪切滑 移变形。
在一般的切削速度范围内，第一变形区 的宽度仅为0.02～0.2mm，切削速度越 高，其宽度越小，所以可以将它近似看 成一个平面，称剪切面。这种单一的剪 切面切削模型虽然不能完全反应塑性变 形的本质，但简单实用，因而在切削理 论研究和实践中应用较广。
三、 切屑变形
研究切削过程的目的在于找出切屑的变 形规律，要说明这些规律，就必须给些 切屑变形程度的表示方法。
切削层金属变形主要是剪切滑移变形， 应此我们用相对滑移来表示切削层变形 程度。
1、 相对滑移
由材料力学知，剪切变形可用相对滑移 来表示。假定平行四边形OHNM受到剪切 变形后成为OGPM,其相对滑移ε可写成 ε =△S/ △y