机械制造技术基础课件 第二章-8-12.pptx

2.6.1 切削热的产生与传出 2.6.2 切削温度的测量 2.6.3 切削温度的主要影响因素 2.6.4 切削温度的分布及其对切削加工的影响 2.6.5 切削液,2.6 切削热与切削温度,1）切削用量，2）刀具几何参数，3）工件材料，4）刀具磨损，5）切削液,1）人工热电偶法 2）自然热电偶法,1）切削温度的分布 2）切削温度对工件、刀具和切削过程的影响,1,2.6.3 切削温度的主要影响因素,1）切削用量 2）刀具几何参数 3）工件材料 4）刀具磨损 5）切削液,2,切削温度：前刀面上刀屑接触区的平均温度 分析各因素对切削温度的影响，主要是从这些因素对单位时间内产生的热量和传出的热量的影响入手 如果产生的热量大于传出的热量，则使切削温度增高；如果使传出的热量增大，则使切削温度降低3,1）切削用量 实验得到的切削温度经验公式如下：,4,（1）切削速度 尽管切削速度提高时，单位时间内金属切削量和切削热会成比例地增加，但因剪切角的增大及塑性变形的减小，使单位切削体积的切削功下降 切屑带走热量的比率会随着切削速度的提高增大 切削速度指数一般小于0.5，进给量越大，切削温度随切削速度增加的提高越缓慢，即指数应减小。

5,（2）进给量 进给量的增大，导致单位时间内金属切削量和切削热成比例地增大但进给量增大时变形减小，单位体积切削量的切削功下降6,进给量的增大，会使切屑所带走的剪切热和摩擦热亦增多；随着进给量的增大，刀屑接触长度增大，也增大了热量传出的面积 实验表明，f指数在0.3以下3）背吃刀量 背吃刀量变化时，产生的热量和散热面积亦作相应变化，故对切削温度的影响很小7,切削温度的高低取决于切削过程中产生热量与传出热量之间的差异 综上分析，切削用量中v对的影响最显著，f对的影响次之，ap对的影响最小因此，为了有效地控制切削温度以提高刀具耐用度，在机床允许的条件下，选用较大的背吃刀量和进给量，比选用较大的切削速度更有利8,背吃刀量增大一倍，主切削力也增大一倍（表2.6中ap的指数为1） 切削力的增大与进给量不成正比，所以在切削力的经验公式中进给量的指数一般小于1大于0切槽和切断除外） 综上分析可知，从切削刀具上的载荷和能量消耗的观点来看，用大的进给量工作，比用大的背吃刀量工作更为有利背吃刀量和进给量增大，都会使切削面积增大，使得变形力、摩擦力增大，从而切削力增大但背吃刀量和进给量对切削力的影响不同前课回顾（切削力）,2）刀具几何参数 （1）前角 切削温度随前角的增大而降低，因为前角增大时，切削力和变形减小，使切削热的产生减少。

但前角过大，对切削温度的影响减小，这是因为楔角变小而使刀具散热体积减少10,（2）主偏角 主偏角减小使切削刃工作长度增加，散热条件改善，切削温度降低11,（3）负倒棱和刀尖圆弧半径 负倒棱宽度和圆弧半径的增大，会使塑性变形增大，切削热也随之增加； 但另一方面这两者都能使刀具的散热条件有所改善，传出的热量也有增加，两者趋于平衡，所以对切削温度影响很小12,工件材料的强度、硬度增大，产生的切削热增多，切削温度升高 材料的导热性好，切削温度降低3）工件材料,13,4）刀具磨损 后刀面磨损达到一定值后，对切削温度的影响增大切削速度越高，影响越明显14,5）切削液 切削液对切削温度的影响，与切削液的导热性能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度有很大关系 从导热性能来看，油类切削液不如乳化液，乳化液不如水基切削液15,2.6.4 切削温度的分布及其 对切削加工的影响,1）切削温度的分布 2）切削温度对工件、刀具和 切削过程的影响,16,1）切削温度的分布,17,温度场对刀具磨损的部位、工件材料性能的变化和加工表面质量独有很大影响 切削温度场多用实验法获得人工热电偶、红外测温）,18,切削温度分布规律 剪切面上各点温度几乎相同。

由此可以推想剪切面上各点的应力应变变化不大前刀面和后刀面上的最高温度都不在刀刃上，而是在离刀刃有一定距离的地方这是因为摩擦热沿前后刀面先增加后减少的缘故19,在剪切区域中，垂直于剪切面方向上的温度梯度很大切削速度增高时，因热量来不及传出，而导致温度梯度增大 在切屑靠近前刀面的一层即底层处温度梯度很大，是因为前刀面上的摩擦热集中在切屑的底层20,后刀面的接触长度较小，因此温度的升降是在极短时间内完成的加工表面受到的是一次热冲击工件材料塑性越大，前刀面上的接触长度愈大，切削温度的分布也就越均匀工件材料的脆性愈大，则最高温度所在点离刀刃愈近 工件材料的导热性愈差，刀具前、后刀面的温度愈高21,切削温度高是刀具磨损的主要原因； 切削温度限制生产率的提高； 切削温度还会使得加工精度降低，使已加工表面产生残余应力以及其他缺陷2）切削温度对工件、刀具和切削过程的影响,22,（1）切削温度对工件材料力学性能的影响 切削时温度虽然很高，但是切削温度对工件材料硬度及强度的影响并不很大； 切削温度对剪切区域的应力的影响不很明显；1）因为切削变形引起的材料强度增加，抵消切削温度引起的材料强度降低2）切削温度对剪切面上的应力应变状态来不及产生较大影响，只对切屑底层材料剪切强度影响较大。

加热切削，切削力降低 高速切削，切削力下降不多23,（2）切削温度对刀具材料的影响 适当提高切削温度，对提高硬质合金韧性有利，不易崩刃 各类刀具材料在切削各种工件材料时，都有一个最佳的切削温度范围，刀具寿命最高 （3）切削温度对工件尺寸精度的影响 工件受热膨胀，直径发生变化，影响加工精度 刀杆受热膨胀，实际背吃刀量增加，直径减小 工件受热变长，发生弯曲，直径变化 在精加工、超精加工时，切削温度对加工精度的影响特别突出，所以必须特别注意降低切削温度24,（4）利用切削温度自动控制切削速度和进给量 （5）利用切削温度与切削力控制刀具磨损,切削过程监控 通过最佳切削温度来控制切削速度和进给量（设想） 切削温度可以指示较显著的刀具磨损； 切削力及切削分力间的比例变化也可以反应刀具磨损情况25,2.6.5 切削液,1）切削液的作用和类型 2）切削液的选择,26,为了降低刀具和工件的温度，不仅要减少切削热的产生，而且要改善散热条件 切削液的作用：冷却、润滑、清洗和防锈 常用切削液类型：水溶液、乳化剂、切削油 水溶液：水加防锈剂，呈透明状冷却性能好，润滑性差，常在磨削中使用 乳化液：乳化油用水稀释而成，呈乳白色。

具有良好的冷却和清洗性能，并有一定的润滑性能，用于粗加工和磨削 切削油：矿物油、动植物油或复合油润滑性能好，冷却性能差，主要用于精加工27,粗加工时，主要要求冷却，一般选用低浓度的乳化液等 精加工时主要希望提高工件表面质量和减少刀具磨损，一般选用高浓度的乳化液或切削油等 加工一般钢材时，通常选用乳化液或硫化切削油加工铜合金和有色金属时，一般不宜采用含硫化油的切削液，以免腐蚀工件加工脆性材料时，为避免崩碎切屑进入机床运动部件之间，一般不使用切削液在低速精加工时，为了提高工件的表面质量，可用煤油作为切削液 高速钢刀具的耐热性较差，一般需要使用切削液硬质合金刀具由于耐热性和耐磨性都较好，一般不用切削液28,切削热是如何产生和传出的？仅从切削热产生的多少能否说明切削区温度的高低？ 切削温度的含义是什么？它在刀具上是如何分布的？它的分布和三个变形区有何联系？ 背吃刀量和进给量对切削力和切削温度的影响是否一样？为什么？如何运用这一规律指导生产实践？ 增大前角可以使切削温度降低的原因是什么？是不是前角越大切削温度越低？ 加工钢料等塑性材料和加工铸铁等脆性材料时，前刀面和后刀面上的温度哪个高？,思考题,29,金属切削的过程中可分为三个变形区，请用图示画出三个变形区。

请简述三个变形区的基本特征 切屑有哪四种基本类型？每一种类型的形态特征及产生条件是什么？ 简述积屑瘤的形成过程并说明积屑瘤对切削过程的影响和防止积屑瘤产生的方法有哪些？ 简述切削力的测量原理并列举常用的测力仪 简要分析影响切削力的因素 简要分析影响切削温度的因素作业4,30,2.7.1 刀具磨损的形态 2.7.2 刀具磨损的原因 2.7.3 刀具磨损过程及磨钝标准 2.7.4 刀具耐用度的经验公式 2.7.5 合理刀具耐用度的选用原则 2.7.6 刀具的破损,2.7 刀具磨损、破损与刀具耐用度,1）前刀面磨损、 2）后刀面磨损、 3）边界磨损,1）硬质点磨损、 2）粘结磨损、 3）扩散磨损、 4）化学磨损,1）刀具的磨损过程、2）刀具的磨钝标准,1）切削速度与刀具耐用度的关系 2）进给量与背吃刀量与刀具耐用度的关系 3）刀具耐用度的分布 4）刀具耐用度的试验方法,1）最高生产率耐用度、2）最低成本耐用度,31,切削金属时，刀具一方面切下切屑，另一方面刀具本身也要发生损坏刀具损坏的形式主要有磨损和破损两类 磨损（正常磨损）连续逐渐的刀具表面损伤：工件加工精度降低，表面粗糙度增大，切削力增大，切削温度升高，振动。

破损（非正常磨损）刀具的突然损坏，导致正常切削不能继续进行包括脆性破损（如崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等）和塑性破损两种 磨损的特点：1）前刀面与活性很高的新鲜表面接触；2）前、后刀高温高压 因此，磨损时存在着机械、热和化学作用以及摩擦、粘结、扩散等现象32,2.7.1 刀具磨损的形态,1）前刀面磨损 2）后刀面磨损 3）边界磨损,33,刀具磨损：切削过程中刀具前刀面和后刀面在高温、高压作用下产生的正常磨钝现象 切削时，刀具的前刀面和后刀面经常与切屑和工件相互接触，产生剧烈摩擦，同时在接触区内有相当高的温度和压力因此在刀具前、后刀面上发生磨损前刀面被磨成月牙洼，后刀面形成磨损带，多数情况是二者同时发生，相互影响34,1）前刀面磨损（月牙洼磨损） 原因： 1）切削塑性材料，切削速度和切削厚度较大时，切屑与前刀面以新鲜表面接触和摩擦，化学活性很高，反应强烈； 2）接触面具有很高的压力和温度，80以上是实际接触，空气或切削液难以渗透35,磨损开始时前缘离刀刃还有一小段距离，以后逐渐向前、后扩大，但宽度变化并不显著（取决于切屑宽度），主要是深度不断增大 月牙洼深度最大的位置即是切削温度最高的地方。

36,当月牙洼宽度发展到其前缘与切削刃之间的棱边变得很窄时，刀刃强度降低，导致刀刃破损 前刀面月牙洼磨损值以其最大深度KT表示37,2）后刀面磨损 原因：1）工件的新鲜加工表面与后刀面的接触摩擦；2）由于刀刃钝圆半径造成后刀面与工件表面之间的较大接触压力，存在着弹性和塑性变形 切削铸铁和以较小的切削厚度切削塑性材料时多产生38,后刀面磨损带往往不均匀刀尖部分（C区）强度较低，散热条件又差，磨损比较严重，其最大值为VC 主切削刃靠近工件外皮处的后刀面(N区)上，磨成较严重的深沟，以VN表示 在后刀面磨损带中间部位（B区）上，磨损比较均匀，平均磨损带宽度以VB表示，而最大磨损宽度以VBmax表示39,3）边界磨损 切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外皮处以及副切削刃靠近刀尖处的后刀面上，磨损出较深的沟纹此两处分别是在主、副切削刃与工件待加工或已加工表面接触的地方40,发生边界磨损的原因： 切削时，在刀刃附近的前、后刀面上，压应力和剪应力很大，但在工件待加工表面处的切削刃上应力突然下降，形成很大的应力梯度，引起很大的剪应力同时，前刀面上切削温度最高，而与工件外表面接触点由于受空气或切削液冷却，造成很大的温度梯度，也引起很大的剪应力。

在副切削刃靠近工件已加工表面处的切削厚度减薄到零，由于加工硬化作用引起这部分刀刃打滑，促使副后刀面上发生边界磨损 加工铸、锻件等外皮粗糙的工件，也容易发生边界磨损41,刀具磨损的定量表示 前刀面磨损：KT月牙洼最大深度 后刀面磨损：VB磨损带平均宽度 边界磨损： VC刀尖处的磨损最大值 VN主切削刃靠近待加工表 。