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4.第三章 金属切削基本理论.ppt

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第三章金属切削基本理论 切削变形 切削力 切削温度 刀具磨损与刀具耐用度,3-1 切削变形,一、切屑的基本形态1、带状切屑2、节状切屑3、粒状切屑4、崩碎切屑,二、切屑于已加工表面的形成,,,,,,,,,,,,,,,,切削变形过程示意图,,,,,工 件,刀 具,,金属切削过程大致划分出三个变区 第 一 变 形 区,,第二变形区的摩擦特性,塑性金属切削层材料经第一变形区后验前面排出。这是由于受前面的挤压和摩擦进一步加剧变形,在靠近前面处形成第二变形区即摩擦区。 摩擦区的特征:使切屑底层靠近前面处纤维化,流动速度减缓,甚至会停滞在前刀面上(实质上就是滞留层);切屑弯曲,有摩擦而产生的热量使切屑与刀具接触面温度升高等。 滞留层的特点:滞留层的变形程度要比上层剧烈,约几倍到几十倍,厚度一般约占切屑厚度的1/8~1/9。,积屑瘤或刀瘤,在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下,加工一般钢料或其他塑性材料时,常常在刀具前面处粘着一块剖面常呈三角状的硬块。它的硬度很高,通常是工件材料的2~3倍,在处于比较稳定状态时,能够代替刀刃进行切削。,积 屑 瘤 或 刀 瘤 的 大 小 和 形 状,第三变形区,第三变形区与加工表面的形成关系更为密切。在第三变形区里,后刀面施加法向力FαN和摩接力Fα于工件。法向力FαN使工件产生径向的塑性变形和弹性变形。摩擦力Fα使加工表面产生切向的塑性变形和弹性变形。 残余应力:由于受到工艺过程的影响,在没有外力作用的情况下,在零件内部所残存的应力。由于外力为零,所以零件内各部分的残余应力,必须彼此保持平衡。 工件表层加工硬化的成因是表层金属在形成已加工表面的过程中经受强烈的塑性变形。,3-2 切削力,一、切削力的来源 切削力的来源有两方面:一是切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力;二是刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。,二、切削力的分解,三、切削力的实验指数公式,必须注意,如实际切削条件与试验中切削条件有差异时,则应在上式后面乘以相应的修正系数,四、单位切削力、切削功率,单位切削力指的是单位切削面积上的主切削力。切削功率是各切削分力消耗功率的总和。Pc=Fc·Vc·10-3 (kW) 机床电动机的功率PE:根据切削功率选择机床电动机,还要考虑机床的传动效率。,五、影响切削力的因素,工件材料: 被加工工件材料的强度、硬度越高,切削力增大。强度相近的材料,如其塑性(伸长率)较大,切削力增大。切削脆性材料时,其切削力一般低于塑性材料。 切削深度ap或进给量f加大,均使切削力增大,但两者的影响程度不同。 切削速度 加工塑性金属时,在中速和高速下,切削力一般随着切削速度的增大而减小。,刀具几何参数,1.前角γ。: 前角加大,被切金属的切削力显著下降。 2.负倒棱 :在锋利的切削刃上磨出适当宽度的负倒棱,可以提高刀具使用寿命但将使被切金属的变形加大,使切削力有所增加。 3. 主偏角(1)当kr加大时,Fp减小,Ff加大。 (2)当加工塑性金属时,随kr加大,Fc减小;约在kr=60—750之间,Fc减到最小;然后随kr继续加大,Fc又有所增大。Fc的变动范围不大,无论减小或增大,都在10%以内。 (3)kr加大时,Fp/Fc减小,Ff/Fc加大。4.刃倾角 :刃倾角变化时 ,将改变合力F的方向,因而影响各分力的大小。刃倾角λs减小时,Fp增大,Ff减小。5.刀尖圆弧半径 在一般的切削加工中,刀尖圆弧半径rε对Fp 、Ff的影响较大,对Fc 的影响较小。,刀具磨损:后刀面磨损后,切削力加大。切削液: 以冷却作用为主的水溶液对切削力影响很小。而润滑作用强的切削油能够显著的降低切削力。 刀具材料:刀具材料不是硬削切削的主要因素。但由于不同的刀具材料与工件材料之间的摩擦系数不同,因此对切削力也有一些影响。,前角对切削力的影响,3-3 切削温度,一、切削热的来源:在刀具的切削作用下,切削层金属发生弹性变形和塑性变形,这是切削热的一个来源。同时,切屑与前刀面,工件与后刀面间消耗的摩擦功,也将转化为热能,这是切削热的又一个来源。,Q=FcVc,切削热由切屑、工件、刀具以及周围的介质传导出去。影响热传导的主要因素是工件和刀具材料的导热系数以及周围介质的状况。,二、切削温度切削温度一般指切屑与前面接触区域的平均温度。,三、影响切削温度的主要因素,工件材料对切削温度的影响 (1)工件材料的硬度和强度越高,切削时所消耗的功就越多,产生的切削热也多,切削温度就越高。 (2)合金结构钢的强度普遍高于45钢,而导热系数又一般均低于45钢。所以切削合金结构钢时的切削温度一般均高于切削45钢时的切削温度 (3)不锈钢lCrl8Ni9Ti和高温合金GHl3l不但导热系数低,而且在高温下仍能保持较高的强度和硬度。所以
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