第3章切削过程及控制

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机械制造技术 切削过程及其控制

机械制造技术 切削过程及其控制
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1.对刀具材料的影响
三、切削温度的测定方法
自然热电偶法:利用工件和刀具材料的不同形成 产生温差电动势的条件,工件~刀具热电偶事先 标定,切削时根据测得的电动势的值来查出对应 的温度。 人工热电偶法:组成热电偶的材料事先经过标定, 热电偶的热端焊在测点上,可测得测点的温度。 优点:测量不同材料的切削温度只需事先一次标 定,可得到测点的温度。
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四、影响切削温度的因素
1、切削用量
切削速度 进给量 切削深度
2、刀具几何参数
前角 主偏角 负倒棱 刀尖圆弧半径
3、工件材料
4、刀具磨损
5、切削液
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1、切削用量
切削温度与切削用量的关系式为:
c a p
x
f
y
vc
z
三个影响指数 z y x ,说明切削速 度对切削温度的影响最大,背吃刀量对切削 温度的影响最小。
11
2.
剪切角与前刀面摩擦角的关系
+ - 0 =/4 或 = /4 -(- 0 ) (1) 0 对切削有利 (2) 对切削有利
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直角自由切削 (1)自由切削与非自由切削 只有一条直线切削刃参加 切削工作,这种情况称之为自 由切削。切金属的变形基本上 发生在二维平面内。切削刃为 曲线,或有几条切削刃(包括 副切削刃)都参加了切削,金 属变形更为复杂,且发生在三 维空间内。 (2)直角切削与斜角切削 直角切削是指刀具主切削 刃的刃倾角λ s=0的切削,此时, 主切削刃与切削速度向量成直 角,故又称它为正交切削。斜 角切削是指刀具主切削刃的刃 倾角λ s≠0的切削.
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2、刀具几何参数 刀尖圆弧半径
刀尖圆弧半径在0~1.5mm范围内变化 基本不影响平均切削温度。因为随着刀尖 圆弧半径的增大,切削区的塑性变形增大, 切削热随之增多;但刀尖圆弧半径的增大 又使刀具的散热条件有所改善,二者综合 作用的结果使平均切削温度基本不变。

第三章金属切削过程的基本规律

第三章金属切削过程的基本规律

4).崩碎切屑 特点:不规则粒状 条件:脆性材料,拉应力超过 抗拉强度
以上是四种典型的切屑,但加工现场获 得的切屑,其形状是多种多样的。在现代 切削加工中,切削速度与金属切除率达到 了很高的水平,切削条件很恶劣,常常产 生大量“不可接受”的切屑。所谓切屑控 制(又称切屑处理,工厂中一般简称为 “断屑”),是指在切削加工中采取适当 的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断, 使形成“可接受”的良好屑形。
七、已加工表面变形和加工硬化
刀刃钝圆半径 rn 弹性恢复区CD
变形特征:
挤压、摩擦与回弹 金属进入第一变形区
时,晶粒因压缩而变长, 因剪切滑移而倾斜。 金属层接近刀刃时,晶粒更为伸长,成为包围在刀刃周围的 纤维层,最后在O点断裂。
已加工表面的金属纤维被拉伸的又细又长,纤维方向平行于 已加工表面,金属晶粒被破坏,发生了剧烈的塑性变形,产生 加工硬化,表面残余应力,称之为加工变质层。 经过严重塑性变形而使表 面层硬度增高的现象称为 加工硬化,亦称冷硬。 硬化程度的指标: •加工硬化程度N •硬化层深度△hD
H1 - H N = × 100 % H
H1是已加工表面显微硬度, H是金属材料基体显微硬度
减轻硬化程度的措施: 1)磨出锋利的切削刃 2)增大前角或后角 3)减小背吃刀量ap 4)合理选用切削液
八、影响切削变形的主要因素 1.加工材料 强度 、硬度 刀-屑面间正压力 、平均正 应力σ av F A υ = 45° - (β - γo ) μ = t anβ = f 1 = f 1 Fn(3-4) Af 1 1 则由:
一般内摩擦力约占总摩擦力的85%
(3-4)
六、积屑瘤 定义:冷焊在前刀面上的金属块。
六、积屑瘤
在速度不高切削塑性金 属形成带状切屑的情况 下,滞流层金属粘接 (冷焊)在前刀面上, 形成硬度很高的硬块 (2~3倍),称为积屑 瘤。

机械制造技术-切削过程及其控制

机械制造技术-切削过程及其控制

氧化铝( Al2O3)基陶瓷,硬度高达91~95HRA,
耐磨性和耐热性好,但抗弯性和韧性差 ;
氮化硅( Si3 N4)基陶瓷,具有较N高o的抗弯性和
韧性 。
Image
立方氮化硼(CBN)是一种新型刀具材料;
立方氮化硼是由六方氮化硼经高温高压处理转化
而成,硬度到达8000HV,仅次于金刚石;
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A
三、刀 具 材 料
(一)刀具材料的性能要求 (二)常用刀具材料
1、高速钢 2、硬质合金
(三)其他刀具材料
1、陶瓷 2、立方氮化硼 3、人造金刚石
较高的硬度和耐磨性; 足够的强度和韧性; 较高的耐热性; 良好的导热性和耐热冲击性能; 良好的工艺性。
高速钢是加入较多的钨(W)、钼(MO)、铬(Cr)、钒 (V)等合金元素的高合金工具钢;
硬质合金是用高硬度、难熔的金属化合物和金属 粘结剂在高温条件下烧结而成的粉末冶金制品;
硬质合金的常温硬度达89~93HRA,在高温800~ 1000°C还能进行切削,刀具寿命比高速钢高几 倍至几十倍;
硬质合金的强度和韧性差,常温下冲击韧性是高 速钢1/8~1/30,承受切削振动和冲击的能力较差;
外圆车削时,合成切削运动速度Ve的大小和方向 由下式确定:
Ve = Vc + Vf。
在切削过程中,工件有三个变化着的表面:
待加工表面,工件上即将被切除的表面;
已加工表面,切去多余材料后形成的新的工作 表面;
过渡表面,加工时切削刃正在形成的表面,它 处于已加工表面和待加工表面之间。
切削用量三要素是: 切削速度 Vc; 进给量 f; 背吃刀量 Ap。
切削层金属形成切屑的过程就是在刀具的作用下 发生变形的过程,切削过程中,切削层金属的变 形大致分为三个区域;

3.1 切削过程及切削类型

3.1 切削过程及切削类型

2 、切屑控制
切屑控制:在切削加工中采取适当的措施来控制切屑 的卷曲、流出与折断,使形成“可接受”的良好屑形。
“不可接受”的切屑:切削条件恶劣导致。影响主要 有拉伤工件的已加工表面,使表面粗糙度恶化;划伤 机床;造成刀具的早期破损;影响操作者的安全。
❖ 为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量,应使切 屑卷曲和折断。
(3).单元切屑
又名粒状切屑 在挤裂(节状)切屑产生的前 提下, 当进一步降低切削速 度,增大进给量,减小前 角时则出现单元(粒状)切屑
单元切屑
☆ 、带状切屑、挤裂切屑、单元切屑的比较
➢这三种切屑只有在加工塑性材料时才有可能得到。 ➢带状的切削过程最平稳,单元切屑的切削力波动
最大。 ➢生产中最常见的是带状,有时得到挤裂切屑,单
元切屑则很少见。 ➢挤裂切屑如减小刀具前角,减低切削速度,或加
大切削厚度,则得到单元切屑,反之,可得到带 状切屑。
(4).崩碎切屑
➢切削脆性金属(铸铁)时,常见
的呈不规则细粒状的切屑,加
工表面凸凹不平。产生这种切
屑会使切削过程不平稳,易损
坏刀具,也有损于机床,使已
加工表面粗糙。工件材料越是
崩碎切 屑
❖ 切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加 变形的结果(图3-7)
❖断屑是对已变形的切屑再附加一次变形(常需有断屑装置, 图3-8)
图3-7 切屑的卷曲
图3-8 断屑的产生
“可接受”的切屑标准:不妨碍正常的加工,即不 缠绕在工件、刀具上,不飞溅到机床运动部件中; 不影响操作者的安全;易于清理、存放和搬运。
三个变形区
第一变形区 第二变形区 第三变形区
Ⅱ Ⅰ

图 切削部位三个变形区

第三章金属切削过程中的基本规律

第三章金属切削过程中的基本规律
有在很低的切削速度时才存在峰点型接触;产生的 摩擦为外摩擦。而在一般切削速度或切削速度较高
时,由于刀屑的压力很大,可达1.96—2.94GPa (20型接触,所以刀一屑之
间的摩擦主要是内摩擦。当切屑快离开前
面时,才由于压力的减小使刀一屑的界面回到峰点 型接触的状态。据估计,在一般切削条件下,刀一屑 间内摩擦占全部摩擦力的85%.
(2)在积屑瘤形成后,刀具的实际前角将明显增 大,对减小切屑变形及降低切削力起了积极作用;
(3)对于积屑瘤突出于切削刃之外,使实际切削厚度
增大,形成“过切现象”,影响工件的尺寸精度; (4)积屑瘤高低不平,会在工件表面造成“犁沟”
现象,影响工件的表面粗糙度;
(5) 积屑瘤脱落的碎片会粘结或嵌入工件表面,
第三章 金属切削过程中的基本规律
§3-1 金属的切削过程 §3-2 切削力 §3-3 切削热与切削温度 §3-4 刀具磨损与刀具寿命
§3-1 金属的切削过程
金属切削过程是刀具从工件表面上切除金属余量, 获得符合要求的已加工表面的过程。在这个过程中将 产生许多物理现象,如切削力、切削热、刀具磨损等, 这些均以切削过程中金属的弹、塑性变形为基础。而 生产实践中出现的积屑瘤、鳞刺、振动等问题,又都 同切削过程中的变形规律有关。因此,研究和掌握切 削过程中的基本规律,将有利于金属切削技术的发展, 对合理选择切削用量,提高生产效率,工件的加工质 量和降低生产成本都有重要的意义。
s in
45 随Φ增大,变形减小 0
切屑厚度压缩比 h可直观地反映出切屑变形的程度
和状况,且容易测量。但由于它表示的是切削层平均挤
压程度,而金属切削过程的实质是切削层的剪切滑移。 因此Λh只能粗略地反映出剪切变形的真实情况。

第三章金属切削过程及其变形规律

第三章金属切削过程及其变形规律

3.1.3 第二变形区的变形
1. 第二变形区内金属的挤压变形
Mm
刀具 b
Aa
3.1.3 第二变形区的变形
2. 前刀面上的摩擦
μ Ffγ τγ Af τγ Fnγ σγ Af σγ
1-单位切向力分布曲线 2-正应力分布曲线
lf-刀具-切屑接触区长度 lf1-粘结黏结区长度 lf2-滑动区长度
• (4) 采用预先热处理,适当提高工件材料硬度、降低 塑性,减小工件材料的加工硬化倾向。
3.1.4 变形程度的表示方法
1. 相对滑移
• 当平行四边形OHNM发生剪切变形
后,变为平行四边形OGPM,在切
削过程中,这个相对滑移,可以近
似地看成是发生在剪切面NH上。剪
切面NH被推移到PG的位置,故有
vc
金属切削原理与刀具
第三章 金属切削过程及其变形规律
目录
• 3.1 切屑的形成过程 • 3.2 切削力和切削功率 • 3.3 切削热和切削温度 • 3.4 刀具磨损和破损 • 3.5 已加工表面的形成 • 3.6 小 结
退出
第一节 切屑的形成过程
目录
• 3.1.1 切屑形成的力学模型和变形区的划分 • 3.1.2 第一变形区的变形及其简化 • 3.1.3 第二变形区的变形 • 3.1.4 变形程度的表示方法 • 3.1.5 切屑的类型与折断 • 3.1.6 切屑变形的变化规律
3.1.6 切屑变形的变化规律
2. 刀具 •刀具几何参数中影响变形系数最大的是前角
γo。实验结果表明: •(1) 刀具前角γo越大,变形系数越小。
6
5
4
h
3
γo=0°
γo=15°
2
γo=30°

机械制造技术基础第3章 z金属切削过程


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3.1.1 切削变形
影响切削变形的因素
工件材料 工件材料的强度、硬度越高,刀屑之间的摩擦系数就越小, 所以切屑变形就越小 刀具的角度 ①前角的影响 刀具的前角越大,切削刃越锋利,刀具前 面对切削层的挤压作用越小,则切屑变形就越小。 ②刀尖圆弧半径的影响 切削用量 ①切削速度的影响 ②进给量的影响 进给量增加变形 减小
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3.1.1 切削变形
鳞刺
已加工表面上一种鳞片状毛刺的现象。它对表面粗糙度有 严重的影响。 鳞刺产生的场合 通常在较低的切削速度时对塑性金属进行车、刨、钻、 拉螺纹加工和齿轮加工,都可能出现鳞刺。 控制鳞刺的方法 采用减小切削厚度和使用润滑性能好的极压切削油或极 压乳化液、高速切削、加热切削等措施,都可抑制鳞刺。
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3.1.1 切削变形
加工硬化(冷硬)
已加工表面表层金属硬度高于里层金属硬度的现象
加工硬化产生的原因 经切削产生的变形使得已加工表面层的金属晶格产生 扭曲、挤紧和碎裂造成已加工表面的硬度增高。 加工硬化产生的后果 硬化程度严重的材料使得切削变得困难。冷硬还使得已 加工表面出现显微裂纹和残余应力等,从而降低了加工 表面的质量和材料的疲劳强度。 加工硬化的控制 提高切速,加大前角,减小刃口半径;如加大后角,提 高刀具刃磨质量;进行适当的热处理
M
φ
O
图3-10 相对滑移系数
8
3.1.1 切削变形
积屑瘤成因
由于刀屑接触面的粘结摩擦及滞流作用,在切削塑性金属 时,在前面上的温度、压力适宜的时候,切屑底层金属粘 结在刃口附近的前面上,形成一个硬度很高的楔块,这楔 块称为积屑瘤,或称刀瘤,如图3-6所示。 积屑瘤在形成过程中 是一层层增高的,到一 定高度会脱落,是一个 生成、长大、脱落的周 期性过程。

第3章 切削的变形过程

这是因为在低速区切削温度较低,前刀面与切 屑底层不易粘接,粘结的严密程度随速度(温度) 增高而发展,从而使μ 上升。当v超过30m/ min后,温度进一步升高,材料塑性增加,而使 切屑底层材料的τ s下降,故μ 随之逐渐下降。
结论:
1.工件材料: σ b↗,HB ↗, 其他不变,温度 ↗ ∴摩擦系数 μ↘
的影响
1 前刀面上的摩擦
塑性金属在切削过程。 故切屑与前刀面之间不是一般的外摩擦,而是切屑和前刀 面粘结层与其上层金属之间的内摩擦。
这种内摩擦实际上就是金属内部的滑移剪切,它 不同于外摩擦(外摩擦力的大小与摩擦系数以及 正压力有关,与接触面积无关),而是与材料的 流动应力特性以及粘结面积大小有关。 图2- 10给出切屑与前刀面摩擦时的情形。刀-屑 接触部分可分 为两个区域,在粘结部分为内摩 擦,滑动部分为外摩擦。图中也表示出了整个刀 -屑接触区上正应力σ r的分布,显然金属的内摩 擦力要比外摩擦力大得多,因此,应着重考虑内 摩擦。
切削厚度ac增加时, μ 也略为下降;
如10钢的ac从0. lmm增大到0. 18mm, μ 从0 .74降至0 .72。因 为ac增加后正应力也随之增大。
在一般切削速度范围内,前角γ 。愈大,则μ 值愈大。 因为随着γ 。增大,正应力减小,故μ 增加。
切削速度对摩擦系数的影响见图2-11。
当u<30m/min时,切削速度提高,摩擦系数变 大。
(2)增大切入深度: 如图2-13所示,积屑瘤使刀具切入深度增加 了△ac ,由屑瘤的产生、成长与脱落是一个 周期性过程,△ac的变化有可能引起振动。
(3)使加工表面粗糙度值增大:
积屑瘤的顶部很不稳定,易破裂,其破裂 的部分碎片可能留在已加工表面上;积屑 瘤凸出刀刃部分使加工表面变得粗糙。

《切削过程及控制》课件


进给量的选择
01
进给量是影响切削效率、表面质量和刀具寿命的重要
参数。
02
选择合适的进给量可以平衡切削效率和加工质量,提
高生产效益。
03
在选择进给量时,需根据工件材料、刀具材料、切削
参数等因素进行综合考虑,以获得最佳的加工效果。
切削深度的选择
切削深度对切削力、切削热和刀 具寿命有较大影响。
较大的切削深度可以提高加工效 率,但过大的切削深度可能导致 刀具磨损加剧或工件表面质量下
刀具磨损监测
通过观察刀具磨损情况,及时 更换刀具,保证加工质量和效 率。
切削振动控制
采取有效措施减小切削振动,如选 用减震刀具、优化切削参数等,以 提高加工精度和延长设备使用寿命 。
THANKS
感谢观看
05
切削过程的新技术与新发展
超硬材料切削技术
总结词
超硬材料切削技术是近年来发展迅速的一种切削技术,它利用超硬材料刀具对难加工材料进行高效切 削。
详细描述
超硬材料切削技术主要涉及金刚石、立方氮化硼等超硬材料刀具的应用,这些刀具具有极高的硬度和 耐磨性,能够实现对难加工材料的快速、高效切削。该技术广泛应用于机械、航空、汽车等领域。
切削速度优化
根据刀具寿命和切削力要求,调整切 削速度,以获得最佳的切削效果。
切削液选用
根据加工要求和刀具材料,选择合适 的切削液,以提高切削效率和工件质 量。
切削过程控制的实际应用
切削力监测
通过实时监测切削力变化,调 整切削参数,保证切削过程的 稳定性和安全性。
工件表面粗糙度控制
通过调整切削参数和选用合适 的刀具材料,控制工件表面粗 糙度,提高产品合格率。
难加工材料的切削技术

机械制造与控制专业教案:第3章 切削与磨削原理01

机械制造与控制专业教案:第3章切削与磨削原理01重点:金属切削过程的基本概念难点:金属切削过程基本规律的应用金属切削过程是机械制造过程的一个重要组成部分。

金属切削过程是指将工件上多余的金属层,通过切削加工被刀具切除而形成切屑并获得几何形状、尺寸精度和表面粗糙度都符合要求的零件的过程。

在这一过程中,始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾,从而产生一系列现象,如切削变形、切削力、切削热与切削温度以及有关刀具的磨损与刀具寿命、卷屑与断屑等。

对这些现象进行研究,揭示其内在的机理,探索和掌握金属切削过程的基本规律,从而主动地加以有效的控制,对保证加工精度和表面质量,提高切削效率,降低生产成本和劳动强度具有十分重大的意义。

总之,金属切削过程的优劣,直接影响机械加工的质量、生产率与生产成本。

因此,必须进行深入的研究。

3.1 金属切削层的变形一、切屑形成过程及变形区的划分1、切削变形金属的切削过程与金属的挤压过程很相似。

金属材料受到刀具的作用以后,开始产生弹性变形;虽着刀具继续切入,金属内部的应力、应变继续加大,当达到材料的屈服点时,开始产生塑性变形,并使金属晶格产生滑移;刀具再继续前进,应力进而达到材料的断裂强度,便会产生挤裂。

2、变形区的划分大量的实验和理论分析证明,塑性金属切削过程中切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程。

切削层的金属变形大致划分为三个变形区:第一变形区(剪切滑移)、第二变形区(纤维化)、第三变形区(纤维化与加工硬化)。

3、切屑的形成及变形特点1)第一变形区(近切削刃处切削层内产生的塑性变形区)金属的剪切滑移变形切削层受刀具的作用,经过第一变形区的塑性变形后形成切屑。

切削层受刀具前刀面与切削刃的挤压作用,使近切削刃处的金属先产生弹性变形,继而塑性变形,并同时使金属晶格产生滑移。

在下图中,切削层上各点移动至AC线均开始滑移、离开AE线终止滑移,在沿切削宽度范围内,称AC是始滑移面,AE是终滑移面。

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