中职学校《机械加工技术》ppt课件(第2章金属切削的基本知识).ppt

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1、机械加工技术 第二章 金属切削的基本知识,欢迎同学们光临,2014年秋期,2023/3/24,第2章 金属切削的基本知识,金属切削加工 依靠刀具与工件的相对运动，从工件表面切去多余金属层，以获得所需零件的加工方法。切削过程：金属变形、切削力、切削热、刀具磨损等物理现象,知识点,切削运动切削形成的加工表面切削用量 刀具的几何角度 切削层参数,技能点,认识切削运动、加工表面、切削用量切削层参数等相关概念认识刀具的几何角度,2023/3/24,第一节 切削运动和切削要素,一、切削运动 切削加工中刀具和工件之间的相对运动即切削运动。切削运动可以是旋转运动或直线运动，也可以是连续的或间歇的。切削运动包括

2、主运动和进给运动。,主运动 由机床或人力提供的刀具与工件之间主要的相对运动,它使刀具切削刃及其邻近的刀具表面切入工件材料，使被切削层转变为切屑,从而形成工件的新表面。在切削运动中，主运动速度最高、耗功最大。主运动只有一个。,2023/3/24,第一节 切削运动和切削要素,一、切削运动 切削加工中刀具和工件之间的相对运动即切削运动。切削运动可以是旋转运动或直线运动，也可以是连续的或间歇的。切削运动包括主运动和进给运动。,主运动,2.进给运动 刀具与工件之间附加的相对运动,它配合主运动依次地或连续不断地切除切屑,从而形成具有所需几何特性的已加工表面。进给运动可由刀具完成(如车削)，也可由工件完成(

3、如铣削)，可以是间歇的（如刨削）,也可以是连续的（如车削）。进给运动可以是1个或多个,2023/3/24,第一节 切削运动和切削要素,一、切削运动 切削加工中刀具和工件之间的相对运动即切削运动。切削运动可以是旋转运动或直线运动，也可以是连续的或间歇的。切削运动包括主运动和进给运动。,主运动,2.进给运动,3.工件上的三个表面,(1)待加工表面,(2)已加工表面,(3)过渡表面,工件上待切除的表面。,工件上已加工好的表面。,工件上切削刃正在切削的表面。,各种切削运动及工件上的三个表面（P16图）,2023/3/24,第一节 切削运动和切削要素,二、切削要素 切削要素包括切削用量和切削层横截面要素

4、,1.切削用量切削用量三要素：切削速度、进给量、背吃刀量。切削用量的选择意义 直接影响生产效率和工件质量。,（）切削速度vc 是单位时间内刀具和工件在主运动方向上的相对位移。主运动为旋转运动（车削、铣削、磨削等），,主运动为往复直线运动（刨削、插削），,2023/3/24,第一节 切削运动和切削要素,二、切削要素,1.切削用量,（）切削速度vc 是单位时间内刀具和工件在主运动方向上的相对位移。,（2）进给量f 是单位时间内刀具和工件在主运动方向上的相对位移。,单位是mm/r（毫米/转）。,（3）背吃刀量 ap 对于车削和刨削加工来说，背吃刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位

5、为mm。,对于外圆车削的深度可用下式计算：ap=（dw-dm）/2 mm,对于钻孔工作：ap=dm/2 mm,上两式中 dw 待加工表面直径（mm）,dm已加工表面直径（mm）,2023/3/24,第一节 切削运动和切削要素,二、切削要素,1.切削用量,选择切削用量的基本原则：首先尽量选择较大的背吃刀量；其次，在工艺装备和技术条件允许的情况 下选择大的进给量；最后再根据刀具耐用度确定合理的切削速度。,2023/3/24,第一节 切削运动和切削要素,二、切削要素,2.切削层横截面要素切削层横截面要素：刀具走过一个进给量时，相邻两个过渡表面之间的区域。,2023/3/24,第一节 切削运动和切削要

6、素,包括：切削宽度、切削厚度和切削面积（1）切削宽度,指刀具切削刃与工件的接触长度，单位是 mm,（2）切削厚度,指刀具或工件每移动一个进给量时，刀具切削刃相邻的两个位置之间的距离，单位是 mm,（3）切削面积,指切削层横截面的面积，单位是,2.切削层横截面要素,2023/3/24,第二节 切削对加工表面的影响,一、切削时表面轮廓及表面粗糙度的影响,.残余面积残留高度H影响工件轮廓及表面粗糙度值。影响表面轮廓的因素：进给量f、刀具主偏角、刀具副偏角减小上述参数有利于降低残留高度，但通常是减小刀具副偏角。设置刀尖圆角半径也能降低残留高度。,2023/3/24,第二节 切削对加工表面的影响,一、切

7、削时表面轮廓及表面粗糙度的影响,.残余面积,2.积屑廇 成因：中速切削塑性材料，在高温高压下，工件上的一小块材料被撕裂、冷焊在刀刃某处上，代替刀刃进行切削的现象。对精加工的影响：积屑廇外形不规则，且不稳定，在工件表面上留下毛刺、亮斑，恶化了工件表面质量。要力求避免：如保持刀具锋利、避开中速切削区域。对粗加工的影响：积屑廇对精加工略有好处，可不理会。,2023/3/24,第二节 切削对加工表面的影响,一、切削时表面轮廓及表面粗糙度的影响,3.振动波纹,振动危害：工件表面因振动产生波纹，恶化表面质量，切削难以正常进行。振动的成因：切削阻力大（横向），工艺系统刚性不足（机床、工件、刀具），刀具磨损，

8、切削用量选择不当等。解决办法：分析、消除上述因素。（可先改变切削速度）,2023/3/24,第二节 切削对加工表面的影响,二、表层材质变化,.加工硬化,加工硬化现象：切削过程中，工件已加工表面受刀具（挤压、摩擦）作用产生塑性变形，使工件表面组织硬度变硬的现象。加工硬化对进一步加工有一定不良影响，对提高零件表面硬度有一定好处。,2.残余应力成因及危害：工件表面在加工（特别是粗加工）过程中，受刀具（挤压、摩擦）作用，会在工件内部留下内应力。这份残余的内应力，今后即使零件没有受到外力的作用，也会在一定时期内自行消除，但这个过程会导致工件的变形，造成在零件在机器使用过程中形状、尺寸发生变化，降低机器精

9、度。解决办法：在工件粗加工后安排人工时效退火，消除其残余内应力，再进行一下步的精加工。特别对精密零件尤为重要。,2023/3/24,第三节 切削力,切削力 切削加工时刀具刀具切入工件，使被加工材料发生变形成为切屑所需的力。,一.总切削力的来源,3个变形区产生的弹、塑性变形抗力。即工件材料被切过程中所发生的弹性变形和塑性变形的抗力。切屑、工件与刀具间摩擦力。即切屑对刀具前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面和已加工表面之间的摩擦力。,2023/3/24,第三节 切削力,切削力 切削加工时刀具刀具切入工件，使被加工材料发生变形成为切屑所需的力。,一.总切削力的来源,二.总切削力的分解,主切削力Fz

10、切于过渡表面并与基面垂直(切削力或切向力)进给抗力Fx 处于基面内并与工件轴线平行(进给力或轴向力)切深抗力Fy 处于基面内并与工件轴线垂直(背向力、径向力、吃刀力)总切削力,2023/3/24,第三节 切削力,二.总切削力的分解,2023/3/24,第三节 切削力,三.影响总切削力的因素凡造成切削变形和摩擦的因素就会影响总切削力。,.工件材料 主要是工件强度、硬度高低，决定变形抗力，其次是韧性高低。2.刀具角度 前角：锋利程度 主偏角：影响径向抗力和轴向抗力的比例分配 3.切削用量 影响大小的顺序是：进给量背吃刀量切削速度 4.切削液 减小变形抗力、摩擦力。,2023/3/24,第四节 切削

11、热,一.切削热的产生 切削热产生于三个变形区 区：滑移变形区，产生大部分热量、区：挤压摩擦区的热量 切削过程中消耗的能量约98%转换为热能切削热,切削热 切削过程中，由变形抗力和摩擦阻力所消耗的能量而转变成的热量。,二.切削热的传散 传散途径：大部份热量通过切屑带走，一部分传入工件、刀具和周围介质。如：在干切削车削时，切屑50%86%，工件10%40%，刀具3%9%,空气1%。热量传入切屑带走，最理想；热量传入工件，会引起工件热变形；热量传入刀具，使刀具发热升温，降低刀具切削性能以至烧伤刀具。,2023/3/24,第四节 切削热,三.切削温度 1.切削温度的概念 切削温度是指刀具表面与切屑及工

12、件接触处的平均温度。切削温度是切削过程中生热与散热的平衡点。温度测量：温度计（热电偶）目测切屑温度：白色，约200；深蓝色，约600，越深温度越高。,2.影响切削温度的因素 工件材料、切削用量、刀具角度、切削液（1）工件材料 工件材料的强度、硬度、导热系数,（2）切削用量 增大切削用量，生热增多，切削温度上升；其中影响最大的是切削速度，背吃刀量影响最小。,2023/3/24,第四节 切削热,2.影响切削温度的因素 工件材料、切削用量、刀具角度、切削液,（3）刀具角度 前角：大前角，切削温度降低；刀具锋利，切削省力，减少生热。主偏角：减小，切削温度降低；主偏角小，刀尖角增大，主刃增长，刀具散热条

13、件好。,（4）切削液 使用切削液，切削温度降低。改善润滑，减少生热；切削液带走部分热量。,2023/3/24,第五节 切削液,一、切削液的作用 1.冷却作用 2.润滑作用 3.清洗作用 4.防锈作用,迅速带走切削区的热量，降低切削温度。特别是粗加工，生热多，需要发挥冷却功能。,切削液渗入到切屑、刀具、工件的接触面间，粘附在金属表面上形成润滑膜，减小它们之间的摩擦系数、减轻粘结现象、抑制积屑瘤，并改善已加工表面的粗糙度，提高刀具耐用度。,冲走切削中产生的细屑、砂轮脱落下来的微粒等，起到清洗作用，防止加工表面、机床导轨面受损；有利于精加工、深孔加工、自动线加工中的排屑；,加入防锈添加剂的切削液，还

14、能在金属表面上形成保护膜，使机床、工件、刀具免受周围介质的腐蚀。,2023/3/24,第五节 切削液,二、切削液的种类 1.水溶液 2.乳化液 3.切削油,主要成分为水，并加入防锈剂，也可加入适量的表面活性剂和油性添加剂，使其具有一定的润滑性能。成本低，主用于粗加工。,由矿物油、乳化剂及其它添加剂配制的乳化油加95%98%的水稀释而成的乳白色切削液，有良好的冷却性能和清洗作用。,有各种矿物油，主要是机油。其它如柴油、煤油及动、植物油等；以及加入油性、极压添加剂配制的混合油。它主要起润滑作用。成本较高，主要用于精加工。,2023/3/24,第五节 切削液,三、切削液的选用 根据工件材料、刀具材料

15、、加工性质、切削方式选用1.按刀具材料选 高速钢刀具耐热性差，粗加工时，切削用量大，切削热多，容易导致刀具磨损，应选用以冷却为主的切削液，如3%5%的乳化液或水溶液；精加工时，主要是获得较好的表面质量，可选用润滑性好的极压切削油或高浓度极压乳化液。硬质合金刀具耐热性好，一般不用切削液，如必要，也可用低浓度乳化液或水溶液，但应连续、充分地浇注，以免高温下刀片冷热不均，产生热应力而导致裂纹、损坏等。,2.按工件材料选 钢等塑性材料，需用切削液；铸铁等脆性材料时，一般则不用，原因是易污染机床；铜、铝及铝合金，为了得到较好的表面质量和精度，可采用10%20%的乳化液、煤油或煤油与矿物油的混合液；切削铜时不宜用含硫的切削液，因为硫会腐蚀铜；,2023/3/24,第五节 切削液,四、切削液的加注方法 1.浇注法 简单，广泛使用；但效果差，浪费较大。,3.高压法 适于深孔加工，将工作压力约110 MPa，流量约50150 Lmin的切削液直接喷射到切削区，并可将碎断的切屑驱出。此法也可用于高速钢车刀切削难加工材料，以改善渗透性，可显著提高刀具耐用度，但飞溅严重，需加护罩。,2.喷雾法 以压缩空气及喷雾装置使切削液雾化，从直径1.53 mm的喷嘴中高速喷射到切削区。冷却效果好。用于难切削材料加工及超高速切削时，可显著提高刀具耐用度。,2023/3/24,