切削力、切削熱、切削液

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1、 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(wèn) 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 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 為 切 屑 所 需 的力

2、 ， 稱 為 切 削 力(cutting force) 。 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 。 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

3、 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 F x (Ff)總 切 削 力 在 垂 直 于 工作 平 面 方 向 的 分 力 ，F(xiàn)p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)

4、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) 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-

5、3 （ kW）機(jī) 床 電 機(jī) 功 率 PE =Pc m（ m 0.75 0. 85） 。 3 切 削 功 率 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 a p

6、 進(jìn) 給 量 f和 背 吃 刀 量 ap增 加 ， 使 切削 力 Fc增 加 。 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 小 ；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)

7、 ， 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 前 角 的 影 響 : o 切 削 變 形 切 削 力 。 （ 塑 性 材 料 ）主 偏 角 的 影 響 ： Kr Fp , Ff 3. 刀 具 幾 何 參 數(shù) kr1 K rkr2 FpFf 4. 刀 具 磨 損5. 切 削 液6. 刀 具 材

8、 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 。 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

9、所 產(chǎn) 生 的 熱 量 。 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%。 （ 二 ） 、 切 削 溫

10、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

11、 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 。 （ 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

12、 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 。 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

13、 ， 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 。 第 五 節(jié) 切 削 液1、 切 削 液 的 作 用 切 削 液 (

14、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 小 ； 實(shí) 際 情 況 是 屬

15、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 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

16、 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

17、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 。 第 六 節(jié) 、 刀 具 磨 損 和 耐 用 度（ 一 ） 、 刀 具 磨 損 的 形 態(tài) 1） 后 面 磨 損 當(dāng) 切 削 脆 性 材 料 或 以較 小 的 背 吃 刀

18、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

19、 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 （ 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（ ） （ 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

20、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 。 （ 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

21、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) 。 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

22、 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 。 刀 具 壽 命 ： 刀 具 從 開(kāi) 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 五 、 切 削 用 量 的 選 擇1、 選 擇 切 削 用 量

23、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 。 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 0.4mm1） 、 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

24、） 、 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 。 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

25、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； （ 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(kāi) 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(kāi) 自 激 振 動(dòng) 的 臨 界 速 度 。

26、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 。