切削基本规律的应用.ppt
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1、第四章切削基本规律的应用,机械工程系 秦春霞,第四章切削基本规律的应用,应用性课题:断屑切削液材料加工性表面粗糙度刀具几何参数及切削用量,第四章 切削基本规律的应用,本章主要介绍切削基本规律在生产中的应用。深入了解与掌握本章内容为分析解决切削加工中一些实际问题,打下初步基础。本章内容例举的实际问题有:断屑、切削冷却、材料切削加工性、表面粗糙度等。本章重点是,在掌握切削规律的成因,作用及切削因素对它们影响基础上,根据切削中产生的实际问题,在达到切削加工技术要求的条件下进行切削用量参数、刀具几何参数的合理选择。此外,对于目前切削加工中的一些新技术作了简单介绍。,第四章切削基本规律的应用,第一节 断
2、屑 第二节 工件材料切削加工性 第三节 切削液 第四节 已加工表面粗糙度 第五节 刀具几何参数选择 第六节 切削用量选择 第七节 切削新技术简介,第一节 断屑,切削塑性材料 带状切屑 断屑一、断屑原因与屑形断屑原因:1)切屑在流出过程中受阻碍物相碰,使切屑弯曲后产生的弯曲应力超过材料强度极限而折断。2)切屑流出过程中靠自身重量而甩断。理想屑形:“C”、“6”、50mm左右长的“螺旋状”切屑,图 4-1 呈带状流出的切屑,第一节 断屑,图 4-2 切屑受撞击折断的几种形式 a)切屑与工件待加工表面撞击 b)切屑与工件切削表面撞击 c)切屑与车刀后面撞击 d)切屑卷曲流出后甩断,第一节 断屑,二、
3、断屑措施1、磨制断屑槽前面上磨制断屑台,图 4-3 断屑槽断屑及其参数,结论:切屑厚度hch大,小,切屑较易折断即:增大,减小,第一节 断屑,断屑槽形式折线型直线圆弧型全圆弧型,适用于加工碳钢、合金钢、工具钢和不锈钢,槽底前角大,适用于加工塑性高的金属材料和重型刀具,例:龙门刨床刨刀,图 4-4 断屑槽形式 a)折线型 b)直线圆弧型 c)全圆弧型,第一节 断屑,影响断屑效果的主要参数是:槽宽、槽深 槽宽大小要保证一定厚度的切屑在流出时碰到断屑台,如若进给量f大,切削厚度hch大,切屑不易卷曲,则应使槽宽相应增大。所以根据进给量f、背吃刀量ap来确定槽宽。见表4-1P47,第一节 断屑,2、可
4、转位刀片的断屑范围P47 图4-5、4-6 3、改变刀具角度,图4-5 国产刀片断屑槽的断屑切削用量范围,图 4-6 Sandvik 刀片断屑槽的断屑切削用量范围,第一节 断屑,3、改变刀具角度主偏角Kr增大,切削厚度增大,受外力作用后变形剧烈易折断,选取较大的主偏角,Kr=6090。刃倾角 正、负及其大小改变切屑的流向及屑形,-,切屑碰撞待加工表面形成“C”形、“6”形屑;,+,切屑碰撞后面形成“C”形屑或甩断形成段螺旋切屑。,图 4-7 刃倾角s对断屑影响 a)s0,第二节 工件材料切削加工性,概念:工件材料切削加工性是指工件材料被切削的难易程度。其难易程度,一般与材料的化学成份,热处理状
5、态金相组织物理力学性能以及切削条件有关。,第二节 工件材料切削加工性,一、难加工材料切削加工性特点化学成份:碳化物、氧化物、氮化物热处理状态:淬火金相组织:奥氏体、马氏体及铁素体物理力学性能:高硬度、强度、塑性、热导率低切削条件:存在硬质点、断屑困难 以上均可能使切削困难,材料加工性差,例如出现切削力大、切削温度高、刀具磨损及破损严重、刀具寿命低,并不易获得低的表面粗糙度和搞得加工精度等。,第二节 工件材料切削加工性,二、切削加工性指标 1、加工材料性能指标:物理、化学、力学性能 硬度、抗拉强度、伸长率、冲击韧度、热导率正火45钢:43224 较易切削奥氏体不锈钢:52698高锰钢:45998
6、,第二节 工件材料切削加工性,2、相对加工性指标以45钢T=60min为例:当Kr1时,说明该材料比45钢难切削;切削加工性好;当Kr1时,该材料比45钢难切削,切削加工性能差。,第二节 工件材料切削加工性,三、改善材料切削加工性途径1、进行适当热处理塑性大的材料如低碳钢,能过正火调质,可降低塑性,提高硬度,容易切削;脆性材料如高碳钢,白口铸铁,经过退火处理,可以降低硬度,改善切削性能;低碳钢根据泠作硬化,采用泠拔使塑性降低,提高硬度,改善其切削功工性;,第二节 工件材料切削加工性,三、改善材料切削加工性途径 2、合理选用刀具材料P50 3、合理选择刀具几何参数bz切削硬度高、硬化严重或带冲击
7、性工件用的刀具:提高强度:则选择较小前角、主偏角、刃倾角、较大的刀尖圆弧半径和磨制刃口负倒棱,第二节 工件材料切削加工性,改善材料的化学成份。1*在黄铜中加入1的铅,在钢中加入的铅。铅可以球状粒子存在于材料的金相组织中,切削时能起很好润滑作用,减少摩擦,使刀具耐用度和表面质量得提高。2*在碳钢中加入Mn,Mn分布于珠光体中,起润滑作用,使刀具耐用度和切切削后的表面质量提高,增大脆性,切屑易断。,第三节 切削液,在金属切削中,正确选用切削液,对降低切削温度和切削力,减小刀具磨损,提高刀具耐用度,改善表面质量,提高生产率,都有非常重要的作用。一、切削液的作用 1冷却作用 2、润滑作用 定义-润滑作
8、用是指切削液具有减少前刀面,后刀面与已加工表面间摩擦的能力。,第三节 切削液,机理利用渗透作用摩擦分类:干摩擦、流体润滑摩擦、边界摩擦 若加入切削液条件理想,则运动着的金属表面间,有时被连续的润滑油膜完全隔开,即流体润滑摩擦,又由于载荷增大,油膜局部被破坏,两金表面间发生局部接触,即边界润滑摩擦,切削过程中的润滑大都属于边界润滑。泵吸原理,速度越高润滑越差,第三节 切削液,3清洗与排屑作用 清洗作用是切削液粘结附在机床,夹具,刀具上的细碎切屑和糜料细粉洁除,以减小刀具磨损,防止划伤已民加工表面和机床导轨,清洗性能的好坏,取决于切削液的油性,流动性和使用压力。,第三节 切削液,4、防绣作用 是为
9、保护工件,机床刀具不周围介质(空气等)的影响腐蚀。防绣作用的强弱,取决于切削液本身和添加剂的作用。,第三节 切削液,二、切削液的和类与选用金属切削时使用的切削液分为水基、油基切削液:水基:水溶液,乳化液,合成切削液。1)水溶液 水溶液主要成分是软水,加入防锈,电介水溶液,主要用于磨削、粗车;表面活性水溶液,用于精车、精铰。2)乳化液 乳化液具有良好的泠却作用,若再加入一定比例的油性剂和防锈剂,则可成为即能润滑又可防锈的乳化剂。,第三节 切削液,油基切削液:切削油、极压切削油1、切削油 切削油的主要成分有矿物油、动物油、复合油,矿物油性差。不能形成牢固的吸附膜,润滑能力差,在低速时,可加入油性剂
10、。在高速或重切削时可再加入极压添砖加剂。2、极压切削油,复 习,理想屑形断屑措施 磨制断屑槽(参数)改变刀具角度 工件材料切削加工性切削液的作用,第四节 已加工表面粗糙度,已加工表面质量包括零件表面的:微观几何形状、表面层材质的变化两个方面,一般以表面粗糙度、表面层加工硬化及表面层残余应力来衡量。表面质量对零件的使用性能有着很大的影响,第四节 已加工表面粗糙度,1表面粗糙度对耐磨性的影响 由于两相互摩擦零件配合时,不是全部表面接触,只是一些凸峰相接触,其实际接触面小,导致单位面积上压力增大,磨损加快,这些凸峰很快压扁磨平,使零件从而失去了原有的精度。表面粗糙度并不是越小越好,若表面粗糙度太小,
11、不利于润滑油储存,致使接面形成干摩擦。在一定条件下,摩擦表面有一个最佳表面粗糙度值,一般为0.40.8m。,第四节 已加工表面粗糙度,2表面粗糙度对零件疲劳强度的影响 零件表面越粗糙,在交变载荷的作用下容易引起应力集中。其应力超过疲劳极限,就会产生疲劳裂纹。3表面粗糙度对耐腐蚀性的影响 表面粗糙度值大,腐蚀物质易积于坑凹中腐蚀金属表面,降低工件的表面质量。,第四节 已加工表面粗糙度,4表面粗糙度对配合性质的影响 表面粗糙度太粗,对于间隙配合的表面,会因峰尖在工作过程中很快磨掉而使问隙增大,降低配合精度;对于过盈配合,则因装配时表面的峰顶被挤平,使有效实际过盈量减小,同样降低配合的连接强度。,第
12、四节 已加工表面粗糙度,5加工硬化的影响 加工硬化在某些情况下可提高工件的耐磨性和疲劳强度,但常伴随大量细微裂纹出现,降低抗冲击能力。另外,加工硬化也能使后道工序切削加工困难,使刀具磨损严重。,第四节 已加工表面粗糙度,6残余应力的影响 残余应力的存在使工件逐渐变形,影响工件形状、尺寸精度。另外,残余应力易使零件产生裂纹而降低耐磨性、疲劳强度和耐腐蚀性。实践证明:许多零件的报废往往起源于零件的表面缺陷。,第四节 已加工表面粗糙度,已加工表面粗糙度 概念:表面粗糙度是一种微观几何形状误差,又称微观不平度。表面粗糙度是以已加工表面微观不平度来衡量。,第四节 已加工表面粗糙度,一、影响表面粗糙度的因
13、素 1残留面积 由于刀具上有主偏角Kr和副偏角kr,使工件的被切削层材料不能完全被切除,而在工件已加工表面上形成间距等于进给量f的螺旋状条纹。残留面积高度愈大,表面光洁度愈差。,图 4-8 已加工表面上理论粗糙度 a)r=0 b)r0,第四节 已加工表面粗糙度,残留面积是形成表面粗糙度的主要组成部分,残留面积亦称为理论粗糙度,常用它的高度Rmax表示。图4-8a中由 形成残留面积高度Rmax,第四节 已加工表面粗糙度,图4-8b中由 0形成残留面积高度Rmax,残留面积高度,随着进给量f的减小及主、副偏角的减小或刀尖圆弧半径的增大而减小。,第四节 已加工表面粗糙度,2、积屑瘤的影响 bz不利方
14、面:A、其增大背吃刀量,造成过切现象,而影响加工的尺寸精度;B、高低不平,会在工件表面造成犁沟现象,影响表面粗糙度;C、脱落的碎片会粘附或嵌入工作表面上,而影响表面加工质量。(精加工必须抑制积屑瘤),图4-9 积削瘤对表面粗糙度影响(32x)a)积削瘤掉落时的照片 b)积削瘤影响表面粗糙度,第四节 已加工表面粗糙度,3鳞刺的影响 鳞刺是在已加工表面的速度方向上残留着突出的鳞片状毛刺,它是经常产生在对塑性材料的车、拉、攻丝和滚齿等加工中。鳞刺是在使用中、低速及较大进给量,并在严重摩擦和挤压条件下切削使切削层导裂而形成的,由于鳞刺的影响促使已加工表面更为粗糙不平。,图 4-10 在已加工表面上突出
15、的鳞刺,第四节 已加工表面粗糙度,4刀具磨损的影响 刀具的后角过小或后面出现严重磨损,使刀具后面与加工表面间产生挤压和摩擦,形成了理论粗糙度高度被挤平和划伤。,图 4-11 刀具后面磨损对已加工表面粗糙度的影响,第四节 已加工表面粗糙度,5、刀具刃磨质量的影响 刀具刃磨或使用不当,使刀尖和刀刃上产生微小崩刃和缺口等,切削时这些细微缺陷会复映在已加工表面上形成明显的划痕。6振动的影响 切削过程中发生振动表面变得粗糙,降低了表面质量,严重时会影响机床精度和损坏刀具。,图 4-12 在已加工表面上复映的划痕及振纹 a)复映刻痕 b)振纹,第四节 已加工表面粗糙度,二、减小已加工表面粗糙度值的措施 1
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