南海一職：劉業(yè)貴 南海一職：劉業(yè)貴 1.知道什么是切削力、切削熱、切削液 2、影響切削力、切削溫度的因素是什么 3、在實(shí)際操作過(guò)程中，會(huì)處理溫度過(guò)高等問題 4、會(huì)選用合理的切削液進(jìn)行冷卻 切削力、切削熱、切削液的概念 教學(xué)目標(biāo) 教學(xué)重 難點(diǎn) 多媒體、動(dòng)畫、視頻、實(shí)物演示 教學(xué)方法 南海一職：劉業(yè)貴 第三節(jié)、 切削力 切削過(guò)程中， 刀具施加于工件使工件 材料產(chǎn)生變形，并使多 余材料變?yōu)榍行妓璧?力，稱為切削力 (cutting force) 。 南海一職：劉業(yè)貴 一、切削力的來(lái)源、切削合力及分力、切削功率 1. 切削力的來(lái)源 切削力來(lái)自于金屬切削過(guò)程中克服 被加工材料的彈、塑性變形抗力和 刀具與工件及刀具與切屑之間摩擦 阻力。 南海一職：劉業(yè)貴 2.切削力的分解 通常將合力 F分 解為相互垂直的三個(gè) 分力： 切削力 Fc 、 進(jìn)給力 Ff 、 背向力 Fp 。 切削力 Fz(Fc) 總切削力在主運(yùn)動(dòng)方向的分力， 大小約占總切削力的 80% 90% 。 Fc消耗的功率最多，約 占總功率的 90%左右，是計(jì)算 機(jī)床切削功率、選配機(jī)床電機(jī)、 校核機(jī)床主軸、設(shè)計(jì)機(jī)床部件 及計(jì)算刀具強(qiáng)度等必不可少的 參數(shù)。 背向力 Fy（ Fp） 進(jìn)給力 Fx (Ff) 總切削力在垂直于工 作平面方向的分力， Fp不消耗功率。但容 易使工件變形，甚至 可能產(chǎn)生振動(dòng)，影響 工件的加工精度。是 進(jìn)行加工精度分析、 計(jì)算工藝系統(tǒng)剛度以 及分析工藝系統(tǒng)振動(dòng) 時(shí)，所必須的參數(shù) 。 總切削力在進(jìn)給方向的分力 ，進(jìn)給力也作功，但只占總 功的 1% 5%。是設(shè)計(jì)、校核 機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)，計(jì)算機(jī)床進(jìn) 給功率不可缺少的參數(shù) 南海一職：劉業(yè)貴 南海一職：劉業(yè)貴 計(jì)算切削功率 (cutting power) Pc是用于核算加工成 本和計(jì)算能量消耗 ， 并在設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)根據(jù)它來(lái)選擇機(jī) 床主電動(dòng)機(jī)功率 。 主運(yùn)動(dòng)消耗的切削功率 Pc Fc c/60 10-3 （ kW） 機(jī)床電機(jī)功率 PE =Pc m（ m 0.75 0. 85） 。 3切削功率 南海一職：劉業(yè)貴 三 、 影響切削力的因素 1. 工件材料 影響較大的因素主要是工件材料 的強(qiáng)度、硬度和塑性。 材料的強(qiáng)度、硬度越高，則屈服 強(qiáng)度越高，切削力越大。 在強(qiáng)度、硬度相近的情況下，材 料的塑性、韌性越大，則刀具前面 上的平均摩擦系數(shù)越大，切削力也 就越大。 2. 切削用 量 進(jìn)給量 f和背吃刀量 ap 進(jìn)給量 f和背吃刀量 ap增加，使切削力 F c增加。 南海一職：劉業(yè)貴 切削速度在 5 20m/min區(qū)域內(nèi)增加時(shí)，積屑瘤高度逐漸 增加，切削力減??； 切削速度繼續(xù)在 20 35m/min范圍內(nèi)增加，積屑瘤逐漸 消失，切削力增加； 在切削速度大于 35m/min時(shí)，由于切削溫度上升，摩擦 系數(shù)減小，切削力下降。一般切削速度超過(guò) 90m/min時(shí)， 切削力無(wú)明顯變化。 在切削脆性金屬工件材料時(shí)，因塑性變形很小，刀屑界 面上的摩擦也很小，所以切削速度 c 對(duì)切削力 Fc無(wú)明顯 的影響。 在實(shí)際生產(chǎn)中，如果刀具材料和機(jī)床性能許可，采用高 速切削，既能提高生產(chǎn)效率，又能減小切削力。 切削速度 c 南海一職：劉業(yè)貴 前角的影響 : o 切削變形 切削力 。（塑性材料） 主偏角的影響： Kr F p , F f 3. 刀具幾何參數(shù) 南海一職：劉業(yè)貴 kr1 Kr kr2 Fp Ff 南海一職：劉業(yè)貴 4. 刀具磨損 5. 切削液 6. 刀具材料 刀具材料與被加工 材料間的摩擦系數(shù)，影響到 摩擦力的變化，直接影響著 切削力的變化。 南海一職：劉業(yè)貴 第四節(jié)、 切削熱和切削溫度 （ 一 ） 、 切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo) 金屬切削過(guò)程的三個(gè)變形區(qū)就是產(chǎn)生切削熱 (cutting heat)的三個(gè)熱源： 1)切屑變形所產(chǎn)生的熱量，是切削熱的主要來(lái) 源； 2)切屑與刀具前刀面之間的摩擦所產(chǎn)生的熱量； 3)工件與刀具后刀面之間的摩擦所產(chǎn)生的熱量。 南海一職：劉業(yè)貴 南海一職：劉業(yè)貴 切削熱向 切屑、工件、刀具 以及 周圍的 介質(zhì) 傳導(dǎo)，使它們的溫度上升，從而導(dǎo) 致切削區(qū)內(nèi)的切削溫度 (cutting temperatures)上升。 用高速鋼車刀及與之相適應(yīng)的切削速度 切削鋼料時(shí)，切削熱傳出的比例是：切 屑傳出的熱約為 50% 86%；工件傳出的 熱約為 40% 10%；刀具傳出的熱約為 9% 3%；周圍介質(zhì)傳出的熱約為 1%。 南海一職：劉業(yè)貴 （ 二 ） 、 切削溫度對(duì)切削加工過(guò)程的影響 1.對(duì)刀具材料的影響 高速鋼刀具材料的 耐熱性為 600 左右，超過(guò) 該溫度刀具失效。硬質(zhì)合金 刀具材料耐熱性好，在高溫 800 1000 時(shí)，強(qiáng)度反而 更高，韌性更好。因此適當(dāng) 提高切削溫度，可防止硬質(zhì) 合金刀具崩刃，延長(zhǎng)刀具壽 命。 2.對(duì)工件尺寸精度的影響 車削工件外圓時(shí)，工件 受熱膨脹，切削后冷卻至室溫， 尺寸變小，特別是在精加工和超 精密加工時(shí)，切削溫度的變化對(duì) 工件尺寸精度的影響特別大，因 此控制好切削溫度，是保證加工 精度的有效措施。 南海一職：劉業(yè)貴 （ 三 ） 、 影響切削溫度的因素 1.工件材料 材料的 強(qiáng)度 、 硬度 越高，則切削抗力越大，消 耗的功越多，產(chǎn)生的熱就越 多； 導(dǎo)熱系數(shù) 越小，傳 散的熱越少，切削區(qū)的切削 溫度就越高。 切削 脆性材料 時(shí)， 由于塑性變形很小，崩碎切 屑與前刀面的摩擦也小，產(chǎn) 生的切削熱較少。 熱處理狀態(tài) 不同， 切削溫度也不相同。 2.切削用量 切削速度對(duì)切削 溫度的影響最大 ， 背吃刀量對(duì)切削 溫度的影響最小 。 南海一職：劉業(yè)貴 3.刀具幾何參數(shù) 4.刀具磨損 5.切削液 1)前角 o 塑性變形和摩 擦 切削溫度 。但前角不 能太大，否則刀具切削部分的 鍥角過(guò)小，容熱、散熱體積減 小，切削溫度反而上升。 2)主偏角 r 切削刃工作 接觸長(zhǎng)度 ，切削寬度 bD ， 散熱條件變差，故切削溫度 。 刀具主后面 磨損時(shí)，后角減小， 后面與工件間摩擦加 劇。刃口磨損時(shí)，切 屑形成過(guò)程的塑性變 形加劇，使切削溫度 增大。 利用切削液的潤(rùn)滑 功能降低摩擦系數(shù)，減少切 削熱的產(chǎn)生，也可利用它的 冷卻功用吸收大量的切削熱， 所以采用切削液是降低切削 溫度的重要措施。 南海一職：劉業(yè)貴 第五節(jié) 切削液 1、切削液的作用 切削液 (cutting fluid)的冷卻作用主要靠 熱傳導(dǎo)帶走大量的切削熱， 從而降低切削溫度，提高刀 具壽命；減少工件、刀具的 熱變形，提高加工精度；降 低斷續(xù)切削時(shí)的熱應(yīng)力，防 止刀具熱裂破損等。 1） .切削液的冷卻作用 2） .切削液的潤(rùn)滑作用 使用切削液后，切屑、工 件與刀面之間形成完全的潤(rùn)滑油膜， 成為流體潤(rùn)滑摩擦，此時(shí)摩擦系數(shù) 很??；實(shí)際情況是屬于邊界潤(rùn)滑摩 擦，其摩擦系數(shù)大于流體潤(rùn)滑，但 小于干摩擦。 3）切削液的清洗作用 南海一職：劉業(yè)貴 2.切削液的分類 水溶液 :主要成分是水， 并加入少量的防銹劑等添 加劑 ,有良好的冷卻作用 和清洗作用。 （ 1）水溶液 礦物油 少量動(dòng)植物油 非溶性切削液主要起潤(rùn) 滑作用。 （ 3）切削油 （ 2）乳化液 乳化液乳化油用水稀釋而成，具有良好的流動(dòng)性和 冷卻作用，并有一定的潤(rùn) 滑作用 南海一職：劉業(yè)貴 3. 切削液的選用 按工件材料選用 加工鋼等塑性材料時(shí)，需要切削液；加 工鑄鐵等脆性材料時(shí)，不用切削液。 按刀具材料選用 高速鋼刀具耐熱性差，粗加工時(shí)應(yīng)選用 以冷卻作用為主的切削液，以降低切削溫度；在精加工時(shí)應(yīng) 使用潤(rùn)滑性能好的極壓切削油或高濃度的極壓乳化液，以提 高加工表面質(zhì)量。硬質(zhì)合金刀具由于耐熱性好，一般不用切 削液； 按加工方法選用 對(duì)半封閉、封閉加工，選用極壓乳化 液或極壓切削油，以對(duì)切削區(qū)進(jìn)行冷卻、潤(rùn)滑和對(duì)切屑沖洗。 磨削加工時(shí)，由于磨削區(qū)溫度很高，磨屑會(huì)破壞已磨削表面 質(zhì)量 ,要求切削液具有良好的冷卻、清洗、排屑和防銹性能， 一般選用乳化液。 南海一職：劉業(yè)貴 第六節(jié)、 刀具磨損和耐用度 （一）、刀具磨損的形態(tài) 南海一職：劉業(yè)貴 1）后面磨損 當(dāng)切削脆性材料或以 較小的背吃刀量切削塑性材料 時(shí)，由于刀具主后刀面 與工件 過(guò)渡表面間存在著強(qiáng)烈的摩擦， 在后刀面毗鄰切削刃的部位磨 損成小棱面。后刀面磨損量以 后刀面上磨損寬度值 VB表示， 3）前面和后面同時(shí)磨損 一般在以中等 切削用量加工塑性金屬 材料時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種形式 磨損。 在切削速度較高、背 吃刀量較大且不用切削液的情況 下加工塑性材料時(shí)， 切屑將在 前刀面磨出月牙洼。前刀面的磨 損量以月牙洼的最大深度 KT表 示， 2）前面磨損 南海一職：劉業(yè)貴 （二）、刀具磨損過(guò)程 1.刀具磨損過(guò)程 初期磨損階段 （ ） 正常磨損階段 （ ） 急劇磨損階段 （ ） 南海一職：劉業(yè)貴 （三）、影響刀具磨損的因素 切削用量、刀具材料、刀具幾何形狀、工件 材料以及是否使用切削液等，也都會(huì)影響刀具的磨損 (tool wear) 。 在切削用量中，增大切削速度切削溫度隨之 增高，對(duì)刀具磨損的影響最大，進(jìn)給量 f次之，背復(fù) 雜的吃刀量 ap最小。 耐熱性好的刀具材料，就不易磨損。 適當(dāng)加大刀具前角，由于減小了切削力，可 減少刀具的磨損。 南海一職：劉業(yè)貴 （四）、刀具耐用度 1. 刀具耐用度的定義 刀具耐用度（現(xiàn)稱刀具壽命）是指一把刃磨 好的新刀從投入使用直至達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)歷 的實(shí)際切削時(shí)間。 刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件 材料的切削加工性及刀具幾何參數(shù)是否合理的 重要參數(shù)。 南海一職：劉業(yè)貴 2.刀具耐用度的選擇原則 復(fù)雜的 、 高精度的 、 多刃的刀具耐用度應(yīng)選得比簡(jiǎn)單的 、 低精度的 、 單刃的刀具高 。 對(duì)于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具 ， 由于換刀時(shí)間短 ， 為使切削刃始終 處于鋒利狀態(tài) ， 刀具耐用度可選得低些 。 對(duì)于換刀 、 調(diào)刀比較復(fù)雜的數(shù)控刀具 、 自動(dòng)線刀具以及多 刀加工時(shí) ， 刀具耐用度應(yīng)選得高些 ， 以減少換刀次數(shù) ， 保證 整機(jī)和整線的可靠工作 。 精加工刀具切削負(fù)荷小 ， 刀具耐用度應(yīng)比粗加工刀具選得 高些 。 大件加工時(shí) ， 為避免一次進(jìn)給中中途換刀 ， 刀具耐用度應(yīng) 選得高些 。 南海一職：劉業(yè)貴 刀具壽命：刀具從開始投入使用到完全報(bào)廢的總切削時(shí) 間 刀具幾何參數(shù) 刀 具 材 料 工 件 材 料 切 削 用 量 （五）、影響刀具壽命的因素 南海一職：劉業(yè)貴 五、 切削用量的選擇 1、選擇切削用量的原則 合理切削用量是指使刀 具的切削性能和機(jī)床的動(dòng)力性能 得到充分發(fā)揮，并在保證加工質(zhì) 量的前提下，獲得高生產(chǎn)率和低 加工成本的切削用量。 南海一職：劉業(yè)貴 粗加工時(shí)，一次走刀盡可能切除全部余量，被吃刀量 等于加工余量。 半精加工時(shí)，被吃刀量取為 0.5 2mm。 精加工時(shí)，被吃刀量取為 0.1 0.4mm 1）、被吃刀量的選定 2、被吃刀量、進(jìn)給量和切削速度的選定 2）、進(jìn)給量的選定 生產(chǎn)實(shí)際中多采用查表法確定進(jìn)給量。 粗加工時(shí)，進(jìn)給量由機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、刀具強(qiáng)度與 剛性、工件的裝夾剛度決定。 精加工時(shí)，進(jìn)給量由加工精度和表面粗糙度決定。 南海一職：劉業(yè)貴 3）、切削速度的選定 在 ap、 f 值選定后，根據(jù)合理的刀具耐用度或查表 來(lái)選定車削速度。 在生產(chǎn)中選擇切削速度的一般原則是： （ 1）粗車時(shí)， ap、 f 較大，故選擇較低的 v；精車 時(shí)， ap 、 f 均較小，故選擇較高的 v。 （ 2）工件材料強(qiáng)度、硬度高時(shí)，應(yīng)選較低的 v。 （ 3）切削合金鋼比切削中碳鋼切削速度應(yīng)降低 20 30；切削調(diào)質(zhì)狀態(tài)的鋼比正火、退火狀態(tài)鋼要 降低 20 30；切削有色金屬比切削中碳鋼的 切削速度可提高 100 300； 南海一職：劉業(yè)貴 （ 4）刀具材料的切削性能愈好，切削速度也選得愈高。 （ 5）精加工時(shí)，應(yīng)盡量避開積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生的區(qū)域。 （ 6）斷續(xù)切削及加工大件、細(xì)長(zhǎng)件和薄壁工件時(shí)，應(yīng) 適當(dāng)降低切削速度。 （ 7）在易發(fā)生振動(dòng)的情況下，切削速度應(yīng)避開自激振 動(dòng)的臨界速度。 南海一職：劉業(yè)貴 3、 粗、精加工 選擇切削用量的原則 粗加工： 首先選取盡可能大的被吃刀量； 其次根據(jù)機(jī)床動(dòng)力和剛性限制條件或加工表面 粗糙度的要求，選取盡可能大的進(jìn)給量；最后 利用切削用量手冊(cè)選取或者用公式計(jì)算確定切 削速度。 精加工：主要考慮加工質(zhì)量，常選用 較小的背吃刀量和進(jìn)給量，較高的切削速度， 只有在受到刀具等工藝條件限制不宜采用高速 切削時(shí)才選用較低的切削速度。