影响刀具切削力的因素PPT格式课件下载.ppt
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变形系数与前角之间的关系如图所示。
刀尖圆弧半径越大,变形系数越大,切削变形越大。
(图),图切削厚度与变形系数的关系,图前角对变形系数的影响,图刀尖圆弧半径对变形系数的影响,第四节影响切削力的因素(重点),1工件材料的影响2切削用量的影响3刀具几何参数的影响4刀具材料的影响5切削液的影响6刀具后刀面磨损的影响,
(一)工件材料对切削力的影响,a)被加工工件材料的强度、硬度越高,则s越大,虽然变形系数有所减小,但总起来切削力还是增大的。
c)在同样热处理状态下,切削合金钢的切削力比碳素钢大。
(化学成分),d)同一种材料热处理状态不同,切削力也不相同。
e)有色金属的强度低,虽塑性较大,但加工硬化倾向小,所以切削力较小。
f)铸铁等脆性材料,塑性小,加工硬化小,形成的是崩碎切屑,接触小,摩擦力小,所以切削力较小。
b)如材料的强度、硬度相同,则塑性(延伸率)、韧性(冲击值k)越大,切削力越大。
(加工硬化),ap的指数xFc1,而f的指数yFc=0.750.9。
即当ap加大一倍时,Fc约增大一倍;
而f加大一倍时,Fc只增大6886%。
a.切削深度和进给量,
(二)切削用量的影响(重点)进给量、背吃刀量增大,二者都会使切削力增大,而实际上背吃刀量对切削力的影响要比进给量大。
其主要原因在于,p增大一倍时,切削厚度hD不变,而切削宽度bD则增大一倍,切削刃上的切削负荷也随之增大一倍,即变形力和摩擦成倍增加,最终导致了切削力以成倍增加;
f增大一倍时,切削宽度bD不变,只是切削厚度hD增大一倍,平均变形减小,故切削力增加不到一倍。
切削速度对切削力的影响:
切削塑性金属时,在vc50m/min,切削温度升高,使平均摩擦系数下降,切削力也随之下降。
b.切削速度,加工塑性材料时,如下图所示加工脆性材料时,因塑性变形小,摩擦小,所以影响小.,(三)刀具几何参数对切削力的影响(具体分析见后面的各页PPT),5、刀尖圆弧半径:
r对Fy,Fx影响较大,对Fz影响较小.,1、前角:
Fz,2、负倒棱:
(负倒棱/进给量)b/fF,3、主偏角:
Fy/Fz,Fx/Fz,4、刃倾角:
s变化合力F的方向,sFy,Fx,Fz基本不变,
(1)前角对切削力的影响所有刀具角度中,影响最大,1)加工塑性材料时,前角0增大,变形系数减小,因此切削力降低;
2)加工脆性材料(加铸铁、青铜)时,由于切屑变形很小,所以前角对切削力的影响不显著。
1)主偏角kr对切削力Fc的影响较小,影响程度不超过10%。
主偏角kr在6075之间时,切削力Fc最小。
因为还要考虑刀尖圆弧的影响2)主偏角kr对背向力Fp和进给力Ff的影响较大。
式中:
FD-切削合力F在基面内的分力。
可见Fp随kr的增大而减小,Ff则随kr的增大而增大。
(2)主偏角对切削力的影响,3)刀尖圆弧半径对切削力的影响,刀尖圆弧半径re增大,使切削刃曲线部分的长度和切削宽度增大,但切削厚度减薄,各点的kr减小。
所以re增大相当于kr减小时对切削力的影响。
(4)刃倾角对切削力影响,1)刃倾角s在很大范围(-40+40)内变化时对切削力Fc没有什么影响。
2)刃倾角s对Fp和Ff影响较大,随着s的增大,Fp减小,而Ff增大。
(5)负倒棱对切削力的影响,在前刀面上磨出的负倒棱br的宽度与进给量f之比增大,切削力随之增大。
但当切削钢,或切削灰铸铁时,切削力趋于稳定,接近于负前角刀具的切削状态。
(四)刀具材料的影响,主要是刀具材料与工件材料的摩擦系数的影响通常按CBN,陶瓷,涂层硬质合金,高速钢的顺序切削力依次增大。
硬质合金中,按Co增加和TiC减小,摩擦增加,(五)切削液的影响,切削液具有润滑作用,使得切削力降低。
水容液(冷却为主)影响很小,切削油(润滑为主)影响较大.,(六)刀具后刀面磨损的影响,刀具后刀面磨损带宽愈大,切削力愈大。
VB对背向力Fp影响最显著。
前刀面磨损前后刀面同时磨损,二切削温度,【概念】指前刀面与切屑接触区内的平均温度。
它由切削热的产生和传出的平衡条件所决定,产生的热越多,传出的热越慢,切削温度越高,反之,切削温度越低。
【结论】凡是增大切削力和切削功率的因素都会使切削温度上升;
有利于切削热传出的因素都会使切削温度降低。
因此为了有效地控制切削温度以提高刀具寿命,在机床允许地条件下,选用较大的吃刀深度和进给量,比选用大的切削速度更为有利。
1)切削速度切削速度对切削温度有显著的影响,VC,2)进给量进给量对切削温度有影响,fC,3)切削深度切削深度对切削温度影响很小.,2、刀具几何参数对切削温度的影响,1)前角对切削温度的影响初期:
C锋利后期:
C散热,2)主偏角对切削温度的影响rC主偏角r减小时,使切削宽度aw增大,切削厚度ac减小,故切削温度下降。
要分析切削温度与切削厚度的关系公式见课本87面,公式(5-20),3)负倒棱对切削温度的影响负倒棱b1在(0-2)f范围内变化,刀尖圆弧半径re在0-1.5mm范围内变化,基本上不影响切削温度。
产热增加:
因为负倒棱宽度及刀尖圆弧半径的增大,会使塑性变形区的塑性变形增大,散热增加:
但另一方面这两者都能使刀具的散热条件有所改善,传出的热量也有所增加,两者趋于平衡,所以对切削温度影响很小。
(4)脆性金属的抗拉强度和延伸率都较小,切削过程中切削区的塑性变形很小,切屑呈崩碎状或脆性带状,与前刀面的摩擦也较小,所以产生的切削热较少,切削温度一般比切削钢料时低,同切削45钢相比较,切削灰铸铁HT20-40时的切削温度大约低20%-30%。
4、工件材料对切削温度的影响,
(1)工件材料的硬度和强度越高,切削时所消耗的功就越多产生的切削热也多。
(2)合金结构钢的强度普遍高于45钢,而导热系数有一般均低于45钢.所以切削合金结构时的切削温度一般均高于切削45钢时的切削温度。
(3)不锈钢1cr18Ni9Ti和高温合金GH131不但导热系数低,而且在高温下仍能保持较高的强度和硬度,所以切削这种类型的材料时,切削温度比切削其他材料要高得多。
5.刀具磨损的影响,刀具磨损越大,切削温度越高切削速度越大,磨损加剧,温度越大,6.切削液的影响,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的关系。
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。
1.剪切面上各点温度几乎相同。
2.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。
原因是摩擦热传递3.在剪切区域中,垂直剪切面方向上的温度梯度很大。
4.在切屑靠近前刀面的一层(简称底层)上温度梯度很大,离前刀面0.1-0.2mm,温度就可能下降一半。
5.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。
因此产生热冲击。
6.工件材料塑性越大,则前刀面上的接触长度愈大,切削温度的分布也就较均匀些;
反之,工件材料的脆性愈大,则最高温度所在的点离刀刃愈近。
7.工件材料的导热系数愈低,则刀具的前、后刀面的温度愈高。
比如切削钛合金。
四.切削温度对工件、刀具和切削过程的影响1.切削温度对工件材料强度和切削力的影响:
不大。
原因:
1)高速切削,变形速度很高,材料强度增加,同时,切削温度增加,将使材料强度降低,两者综合,影响不大;
2)切削温度是在切削变形过程中产生的,因此对剪切面上的应力应变状态来不及产生很大的影响,只对切屑底层的剪切强度产生影响。
2.对刀具材料的影响:
提高切削温度,可提高硬质合金韧性,不易崩刃,降低磨损;
各类刀具材料在切削各种工件材料时,都有一个最佳切削温度范围。
3.对工件尺寸精度的影响:
主要是工件受热膨胀所致。
刀杆受热膨胀,切削时实际切削深度增加使直径减小。
工件受热变长,但因夹固在机床上不能自由伸长而发生弯曲,车削后工件中部直径变化。
4.利用切削温度自动控制进给量。
各种刀具材料切削不同的工件材料都有一个最佳切削温度范围。
因此,可利用切削温度来控制机床的转速或进给量,保持切削温度在最佳范围内,以提高生产率及工件表面质量。
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