机械制造基础(第二讲3学时)

MechanicalandElectricalEngineeeringCollege§1-3切削过程及控制一切削的形成过程及切屑种类1切屑形成过程切削塑性材料时,材料受到刀具的作用,材料发生弹性变形,随着刀具继续深入,金属内部的应力,应变继续加大,达到屈服点时,工件产生塑性变形,刀具继续前进,应力达到材料断裂强度,金属被挤压,切屑形成.2切屑的种类A带状切屑:内表面是光滑的,外表面是粗糙的.一般加工塑性材料,切削厚度较小,切削速度较高,刀具前角较大时易得该种切屑,采用断屑措施.MechanicalandElectricalEngineeeringCollege切屑种类MechanicalandElectricalEngineeeringCollege金属切削过程MechanicalandElectricalEngineeeringCollege切屑种类B挤裂切屑:外表面呈锯齿状,内表面有裂纹,其内应力在局部地方达到了材料的强度极限.一般在加工塑性金属,切削厚度较大,切削速度较低,刀具前角较大时易得该种切屑.由于局部断裂,切削力波动大.切削过程较平稳,已加工表面粗糙度也较大.C单元切屑:呈粒状,切削内部的剪应力超过材料的强度极限,切屑沿某一截面破裂,不能形成连续的切屑.一般加工塑性金属,切削厚度较大,切削速度较低,刀具前角较小时易得该种切屑,切削力波动大.切削过程不平稳,已加工表面粗糙度也较大.MechanicalandElectricalEngineeeringCollege切屑种类D崩碎切屑:切削脆性材料时,由于材料的塑性很低,切削时,切削刃前方金属在塑性变形很小时就被挤裂或在拉应力状况下碎断,形成不规则的碎块切屑.它与工件基体分离的表面很不规则,已加工表面粗糙度很大,切削力变化很大,当刀具前角越小,切削厚度越大时,越容易产生这种切屑.切屑基本分类,生产中通常介于以上四种之间的切屑.MechanicalandElectricalEngineeeringCollege挤裂切屑MechanicalandElectricalEngineeeringCollege单元切屑MechanicalandElectricalEngineeeringCollege挤裂切屑MechanicalandElectricalEngineeeringCollege蹦碎切屑MechanicalandElectricalEngineeeringCollege积屑瘤二积屑瘤切削加工中,常有一些金属冷焊(拈法)沉积在前刀面上,形成硬度很高的锲块,它能代替前刀面和切削刃进行切削,这个称之为积屑瘤.1积屑瘤的形成底层金属的流动速度降低而形成”滞流层”.2积屑瘤对切削加工的影响A代替刀刃进行切削,保护刀刃,减少刀具磨损B使刀刃的工作前角增大,减小切削力,使切削轻快,不易振动.C使切削层公称厚度不断变化,影响尺寸精度.精加工时,应尽量避免积屑瘤的产生.MechanicalandElectricalEngineeeringCollege积屑瘤MechanicalandElectricalEngineeeringCollege积屑瘤MechanicalandElectricalEngineeeringCollege积屑瘤作用3积屑瘤的影响因素及控制方法A因素工件材料:塑性大切削速度:主要通过切削温度和摩擦系数起作用切削速度很低------不会产生积屑瘤切削速度提高-------容易产生积屑瘤MechanicalandElectricalEngineeeringCollege切削速度对积屑瘤的影响切削速度的大小积屑瘤的产生Vc0.083m/s不易产生积屑瘤0.083Vc0.83容易产生积屑瘤Vc1.67m/s不易产生积屑瘤切削钢,Vc=0.33m/s,切削温度300-350度,摩擦系数最大,积屑瘤也最高.MechanicalandElectricalEngineeeringCollege积屑瘤影响因素及控制方法避免产生积屑瘤:精车,精铣采用高的切削速度,而拉削,铰孔和宽刃精刨采用低的切削速度;增大前角以减小切削变形;用油石摩前刀面以减小摩擦系数;选用合适工作液以减小摩擦和切削温度;三切削力和切削功率切削力直接影响切削热的产生,进一步影响刀具磨损,耐用度和工件表面质量,生产中又是设计机床,刀具,夹具的必要依据.MechanicalandElectricalEngineeeringCollege1切削力的构成和分解A切削力Fc计算车床动力和设计主运动传动系统零件强度和刚度的主要依据,消耗机床95%的功率.B进给力Ff设计和使用车床验算进给运动传动系统零件强度的依据,消耗机床1-5%的功率.轴向力.C背向力Fp径向力,加工细长轴,容易引起工件弯曲变形使车得工件中间大,两头小,有时容易引起振动.MechanicalandElectricalEngineeeringCollege切削力的图解MechanicalandElectricalEngineeeringCollege切削力车长轴时,常采用主偏角Kr=90的车刀,就是为了减小背向力.三个切削分力与总切削力F如下关系:2切削力的估算经验公式222CfpFFFFFFcccCccxycFpFFpFFCafKCayccFF与工件材料和刀具材料有关系数背吃刀量，mmf--------进给量mm/sx指数K与切削用量，刀具角度，刀具磨损，切削液体有关系数MechanicalandElectricalEngineeeringCollege切削力的估算用单位切削力P来估算生产中常用单位切削力来估算其大小,单位切削力指作用在单位切削面积上的切削力,P的单位为N/mm2,其估算公式:3切削功率车削加工所消耗的总功率,应该是三个分力所消耗的功率之和,但Fp不做功,Ff消耗功率很小,小于1%,因此,通常车削外圆的功率可用下列公式计算:Pm=Fc*Vc/1000KW考虑机床传动效率x=0.75-0.85,故机床电动机功率Pe的计算公式:Pe大于Pm/xccpFPAPafNMechanicalandElectricalEngineeeringCollege四切削热和切削温度切削热和切削温度是金属切削过程中重要物理现象,它直接影响着刀具磨损和刀具耐用度也影响着工件表面质量及生产率.1切削热的产生,传出及对加工的影响A来源切屑变形所产生的热量------主要热源切屑与刀具前刀面摩擦所产生的热量工件与刀具后刀面摩擦所产生的热源B加工影响刀具:刀具摩擦工件:工件变形,产生形状和尺寸误差MechanicalandElectricalEngineeeringCollege切削热的来源MechanicalandElectricalEngineeeringCollege2切削温度及其影响因素A概念:切削温度是指刀具与切屑,工件接触区域的平均温度.B影响因素a切削用量对切削温度的影响根据上面公式选择切削用量0.410.140.04pVfapCVCfCaMechanicalandElectricalEngineeeringCollege切削温度影响因素b刀具几何参数对切削温度影响前角:前角大t小;主偏角:Kr大t大;c工件材料对切削温度影响强度和硬度;材料导热系数;脆性材料;d切削液对切削温度影响e刀具磨损对切削温度影响C切削温度经验公式:公式中指数和系数取决于切削条件,如工件材料,刀具材料,刀具角度及冷却条件等.xyepCVfaMechanicalandElectricalEngineeeringCollege五刀具磨损和刀具耐用度1刀具磨损形式和过程形式:前刀面,后刀面,前刀面与后刀面同时磨损.过程:初期磨损,正常磨损,急剧磨损阶段.刃磨最好阶段:正常磨损后期,急剧磨损阶段前.2影响刀具磨损的因素切削用量刀具材料刀具形状,工件材料,是否使用切削液等.MechanicalandElectricalEngineeeringCollege刀具磨损形式MechanicalandElectricalEngineeeringCollege磨损过程MechanicalandElectricalEngineeeringCollege刀具耐用度及其切削用量的关系刀具耐用度:刀具开始切削直到磨损达到磨钝标准为止的总的时间,用t表示.影响因素:工件材料,刀具材料,刀具几何角度,切削用量等刀具耐用度与切削速度的关系用单因素实验法求得:选择切削用量时,首先选择较大的切削深度,然后根据加工要求选取最大进给量.最后在一定刀具耐用度和机床功率允许下选取最优切削速度.111vpmnpCtVfamnpMechanicalandElectricalEngineeeringCollege六切削用量的合理选择1粗加工时选择原则:较高的生产率,保证必要刀具耐用度.思路:在保证刀具耐用度前提下,使切削用量乘积尽可能大,优先选择大的背吃刀量,进给量,切削速度.选择方法:A背吃刀量:尽可能一次性进给全切除.B进给量:根据机床功率,传动机构的强度及工件表面粗糙度,进给力小于机床允许最大值.C切削速度:根据耐用度,工件,刀具材料,手册计算选用合理的切削速度.MechanicalandElectricalEngineeeringCollege2精加工时选择切削用量原则:保证加工精度和表面粗糙度,刀具耐用度和生产率,关键控制积屑瘤.方法:硬质合金车刀切削,选用高的切削速度;高速钢切削,选用低的切削速度.精加工,采用较小的背吃刀量和进给量.常见:高速精车:ap=0.3-0.5低速光刀:ap=0.05-0.1f=0.05-0.2mm/r硬质合金:Vc=1.7-3.34m/s车铸铁:Vc=1-1.7m/sMechanicalandElectricalEngineeeringCollege1-4磨具与磨削过程一、磨料与磨具磨削是用带有磨粒的工具对工件进行加工；磨削工具：砂轮，油石，磨头，砂瓦，纱布，砂纸，砂带，研磨膏；砂轮是一种用结合剂把磨粒黏结起来，经压坯，干燥，陪烧及修整而成，具有很多气孔，用磨粒进行切削的固结磨具。砂轮特性主要有：A磨料B粒度C结合剂D硬度E组织F形状与尺寸G磨具标记MechanicalandElectricalEngineeeringCollege砂轮特性：磨料制造磨具的主要原料，直接担负切削工作；常见：棕刚玉A（硬度低的塑性材料）；白刚玉WA（硬度高的塑性材料）；黑碳化硅C（硬度低的脆性材料）；绿碳化硅GC（硬度高的脆性材料）。诸如：中、低碳钢、低合金钢；高碳钢、高速钢、淬硬钢；铸铁、铸铜；硬质合金、宝石、陶瓷、玛瑙、刚玉、玻璃。MechanicalandElectricalEngineeeringCollege砂轮特性：粒度磨料颗粒的大小，用粒度号表示；具有：磨料和微粉两种粒度号；粗磨选用较粗的磨粒（粒度号小）；精磨选用较细的磨粒（粒度号大）；微粉多用于研磨等精密、超精密加工。MechanicalandElectricalEngineeeringCollege砂轮特性：结合剂将磨料粘合成具有一定强度和形状的砂轮，影响砂轮强度、耐热性及抗腐蚀能力；常见：陶瓷结合剂V（适用外、内圆、平面、无心磨和成形磨削砂轮）；树脂结合剂B（切断和开槽的薄片砂轮及高速磨削砂轮）；橡胶结合剂R（无心磨削导轮、抛光砂轮）；金属结合剂M（金刚石砂轮）。MechanicalandElectricalEngineeeringCollege砂轮特性：硬度磨具在外力作用下磨粒脱落的难易程度（结合度）；反映结合剂固结磨粒的牢固程度，磨粒脱落难则硬度高，反之硬度低；决定了砂轮的自锐性。常见：DEF（超软）GHJ（软）KL（中软）MN（中）PQR（中硬）ST（硬）Y（超硬）共16个等级。MechanicalandElectricalEngineeeringCollege砂轮特性：组织磨具中磨粒、结合剂、气孔三者体积的比例关系；以磨粒率（磨粒占磨具体