1、第三章切削与磨削原理,3.1、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、破损与使用寿命 3.5、金属切削条件的合理选择 3.6、磨削原理 3.7、高速切削与磨削,3.1切屑过程,切屑过程就是刀具从工件表面切除多余材料，从切削形成开始到已经工表面形成为止的完整过程。 研究内容 a、金属材料的切削过程 b、硬脆非金属材料的切削过程,3.1.1切屑的形成,1.切屑形成过程,(1)刀具挤压工件，产生变形,(2)滑移,(3)挤裂,(4)切离,请看动态过程,减小变形程度，改善切削过程的措施,对工件进行适当的热处理：,切削速度：,工件塑性,切屑变形 ,O ,刀具锋利,塑性变形,切
2、屑变形 ,vc ,切屑变形,增大刀具前角：,3.1.3前刀面上刀-屑的摩擦与积屑瘤,在一定切削速度下,切削塑性金属形成带状切屑时,常发现在刀具前面靠近切削刃的部位粘附着一小块金属楔块,这就是积屑瘤。,1、积屑瘤,积屑瘤的形成过程,1、积屑瘤,1.积屑瘤的形成 在一定的温度和压力作用下,与前刀面接触的切屑底层受到很大的摩擦阻，形成一层很薄的“滞留层”，当前刀面对滞留层的摩擦阻力超过切屑材料的内部结合力时，便会有一部分金属粘结或冷焊在切削刃附近，形成积屑瘤。,1、积屑瘤,积屑瘤的特点： 硬度是工件材料的23.5倍，可以代替刀具切削。 周而复始的生长、脱落。,1、积屑瘤,2.积屑瘤对切削加工的影响：
3、积屑瘤代替刀刃进行切削，保护了刀刃，增大了前角。积屑瘤形状不规则，频繁生长脱落，影响尺寸精度和表面质量。 故： 粗加工时可人为控制积屑瘤的生长，使积屑瘤能稳定存在。 精加工时应抑制积屑瘤的产生。,2.积屑瘤的控制,避开积屑瘤产生的速度范围。,2.积屑瘤的控制,避开积屑瘤产生的速度范围; 增加刀具前角; 使用润滑性能良好的切削液; 提高工件的硬度，降低塑性。,变形系数：切削在长度上产生的收缩或在厚度上产生的膨胀。,1,变形系数：反映了切削过程中切屑变形程度的大小，对切削力、切削温度和表面粗糙度有重要影响。,在其它条件不变时，变形系数越大，切削力愈大，切削温度愈高,表愈粗糙。,3.1.4 切削变形
4、的影响因素,1）工件材料：若材料强度、硬度越大，刀-屑接触长度越小、变形系数越小。 2）刀具几何参数：影响最大的是前角，前角越大，变形系数越小。 3)切削用量：切削速度越大，变形系数越小。背吃刀量对变形系数基本无影响。,带状切屑的形成过程,（1）带状切屑,3.1.5切屑的种类及切屑控制,2.切屑的种类,（1）带状切屑,形状： 连绵不断呈带状，切屑底面很光滑而背面呈毛茸状。,产生条件： 切削塑性材料(如紫铜)、切削速度高、切削厚度较小、前角大。,2.切屑的种类,（1）带状切屑,特点： 切削过程变形小，切削力小且稳定；已加工表面粗糙度低。对生产安全有危害。 须采取断屑措施。,形成原因： 切速高，切
5、削层未及充分变形即变为切屑，剪切面上的应力还未达到破坏值，因此只有塑性滑移而无断裂；前角大，则刀具锋利；进给量小则切削力小。故易得带状切屑。,节状切屑的形成过程 挤裂切屑.rm,2.切屑的类型,（2）节状切屑 （挤裂切屑）,2.切屑的类型,（2）挤裂切屑（节状切屑）,形状： 宏观上自然连接，但外表面呈锯齿形，如竹节状。,产生条件： 粗加工中等硬度的钢材、小切速、大进给,切削厚度较厚、前角较小。,2.切屑的类型,（2）挤裂切屑（节状切屑）,形成原因： 切削层经过弹性变形、塑性变形挤裂、切离等阶段，是典型的切削过程。,特点： 切屑冷硬度高，脆且易断，便于处理； 变形相对较大，切削力波动较大，易产生
6、振动； 已加工表面粗糙度较高。,崩碎切屑的形成过程 崩裂切屑.rm,2.切屑的类型,（3）崩碎切屑,2.切屑的类型,（3）崩碎切屑,形状： 切屑呈不规则的碎块状。,产生条件： 切削脆性材料。,2.切屑的类型,（3）崩碎切屑,形成原因： 材料塑性差，抗拉强度低，受前刀面挤压时几乎没有塑性变形便脆断成不规则的碎块。,特点： 切削过程不平稳，切削力波动大，有冲击，振动大，已加工表面粗糙。,3.2、切削力,主要讲讨论：.切削力的构成与分解 .切削力的估算 .切削功率,1.切削力的构成与分解,（1）主切削力Fz 在主运动方向的分力。Fz与切削速度方向一致，又称切向抗力。是计算机床切削功率的主要依据。,（
7、2）进给力Fx 在进给方向的分力。是计算或校核机床进给机构强度的依据。,（3）背向力Fy 总切削力在切深方向的分力。在基面内，与进给方向垂直。,1.切削力的构成与分解,三个切削分力与总切削力之间的关系,3.切削功率,机床总功率：,切削功率是三个切削分力消耗功率的总和，背向力运动速度为零，功率为零，进给抗力消耗功率比较小，忽略。切削功率简化为下式：,切削力的影响因素,1）工件材料：若材料强度、硬度、冲击韧度及塑性越大，切削变形抗力越大，切削力越大，加工硬化程度越大，切削力越大。 2）切削用量：切削用量中，背吃刀量和进给量影响切削力，当两个量增加，切削面积增大，切削力增大，背吃刀量增大一倍，切削力
8、同样增大一倍，进给量增大一倍，切削力增大75%。 3) 刀具角度：前角影响最大。加工塑性材料，前角越大，切削变形越小，切削力越小，主偏角也有一定影响。 4）切削液：在切削加工时喷注切削液，可以减小摩擦阻力使切削力降低。 5）刀具后刀面的磨损：磨损越大，摩擦越强烈，切削力越大。,3.3 切削热与切削温度,（1）切削热的产生原因 切削层的弹性及塑性变形。 切屑与前刀面，工件与后刀面的摩擦。,第一变形区： 60%的热量,第二变形区： 30%的热量,第三变形区： 10%的热量,1.切削热的产生传出及对加工的影响,（2）切削热的传出,Q=Q屑+Q刀+Q工+Q介,1.切削热的产生传出及对加工的影响,传给周
9、围空气介质的热量占1%,我们希望：传给切屑和介质中的热量多，传给工件和刀具的热量少。,想一想， 为什么？,2.切削温度及其影响因素,（1）切削用量,vc、f、ap, ,切速增大摩擦热增大切削温度升高,进给量增大切屑变厚热容量增大带走的热量多,背吃刀量增加,切削热增加 刀刃工作长度增加,切削温度上升不明显,综合考虑：选用大的背吃刀量和进给量、较小的切速,（2）工件材料,HB、b,切削抗力,功耗,45#钢为例：,2.切削温度及其影响因素,（3）刀具角度,前角O , , ,主偏角r,2.切削温度及其影响因素,切削厚度,切削变形,（4）切削液,2.切削温度及其影响因素,合理选择切削液, ,切削液的种类
10、有哪些？,水溶液适用于以降低切削热为主要目的的粗加工。,（4）切削液,（4）切削液,低浓度的乳化液用于粗车、磨削； 高浓度的乳化液用于精车、精铣、精镗、拉削等。,（4）切削液,多用于减小摩擦和减小表面粗糙度，常用于精加工。 如精刨、珩磨等。,3.4 刀具的磨损和刀具寿命,1.刀具的磨损形态,刀具的磨损发生在与切屑和工件接触的前刀面和后刀面上。多数情况下二者同时发生，相互影响。,3.4、 刀具的磨损和刀具寿命,1.刀具的磨损形态,当切削脆性材料，或以较小的背吃刀量切削塑性材料时，由于刀具主后刀面与工件过渡表面间存在着强烈的摩擦，在后刀面毗邻切削刃的部位磨损在小棱面。,后刀面的磨损量以后刀面上磨损
11、宽度值VB表示。,3.4、 刀具的磨损和刀具寿命,1.刀具的磨损形态,当切削速度较高、背吃刀量较大且不用切削液的情况下，加工塑性材料 时切屑将在前刀面磨出用牙尘洼。,前刀面的磨损量以月牙洼的最大深度KT表示。,3.4、 刀具的磨损和刀具寿命,1.刀具的磨损形态,在常规条件下加工塑性金属材料时，常出现前后刀面同时磨损的形态。,3.4.2.刀具的磨损过程原因,1、磨料磨损：工件材料中的杂质、材料基体组织中的硬质点在刀具表面刻划出沟纹，是刀具磨损主要原因。 2、粘结磨损：刀具与工件材料接触过程达到原子间距离所产生的粘结现象。又称冷焊。 3、扩散磨损：由于切削温度很高，刀具与工件被切出的新鲜表面接触，
12、化学活性很大，刀具与材料的化学元素可能扩散，使两者化学成分发生变化，消弱刀具材料性能。 4、化学磨损：在一定温度下，刀具材料与某些周围介质起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物，被切屑带走，加速刀具磨损。,2.刀具的磨损过程,刀具的磨损过程：分为初期磨损、正常磨损和急剧磨损三个阶段。在正常磨损后期急剧磨损之前，应换刀重磨，否则增加切削力和切削热，降低加工精度。刀具的破损及检验监控见书P114-115.,3.影响刀具的磨损的因素,vc对T的影响最大，f次之，aP最小。在优选切削用量以提高生产率时，首先应尽量选大的aP，然后根据加工条件和要求选允许最大的f，最后根据T选取合理的vc。 CT-使用寿命系数，与刀具、工件材料和切削条件有关,切削用量与刀具使用寿命的关系：,4.刀具寿命,一把新刀（或重新刃磨过的刀具）从开始使用直至达到磨钝标准所经历的实际切削时间，称为刀具寿命。记为：T,标准规定：以1/2背吃刀量处后刀面上测定的麻损带宽度VB作为刀具的磨钝标准。,一把新刀从第一次投入使用，直至完全报废（经刃磨后也不查使用）时所经历的实际切削时间，叫刀具的总寿命。,不重磨刀具：总寿命=刀具寿命,可重磨刀具：总寿命=刀具寿命X刃磨次数,
