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浅析金属切削的技术要点

2017-04-26

切削力
    切削时刀具的前面和后面上都承受法向力和摩擦力,这些力组成合力F,在外圆车削时,一般将这个切削合力F分解成三个互相垂直的分力(图3[切削合力和分力]):切向力F──它在切削速度方向上垂直于刀具基面,常称主切削力;径向力F──在平行于基面的平面内,与进给方向垂直,又称推力;轴向力F──在平行于基面的平面内,与进给方向平行,又称进给力。一般情况下,F最大,F和F较小,由于刀具的几何参数刃磨质量和磨损情况的不同和切削条件的改变,F、F对F的比值在很大的范围内变化。

    切削过程中实际切削力的大小,可以利用测力仪测出。测力仪的种类很多,较常用的是电阻丝式和压电晶体式测力仪。测力仪经过标定以后就可测出切削过程中各个分力的大小。

切削热
    切削金属时,由于切屑剪切变形所作的功和刀具前面、后面摩擦所作的功都转变为热,这种热叫切削热。使用切削液时,刀具、工件和切屑上的切削热主要由切削液带走;不用切削液时,切削热主要由切屑、工件和刀具带走或传出,其中切屑带走的热量最大,传向刀具的热量虽小,但前面和后面上的温度却影响着切削过程和刀具的磨损情况,所以了解切削温度的变化规律是十分必要的。

切削温度
    切削过程中切削区各处的温度是不同的,形成一个温度场切屑和工件的温度分布,这个温度场影响切屑变形、积屑瘤的大小、加工表面质量、加工精度和刀具的磨损等,还影响切削速度的提高。一般说来,切削区的金属经过剪切变形以后成为切屑,随之又进一步与刀具前面发生剧烈摩擦,所以温度场中温度分布的最高点不是在正压力最大的刃口处,而是在前面上距刃口一段距离的地方。切削区的温度分布情况,须用人工热电偶法或红外测温法等测出。用自然热电偶法测出的温度仅是切削区的平均温度。

刀具磨损
    具在切削时的磨损是切削热和机械摩擦所产生的物理作用和化学作用的综合结果。刀具磨损表现为在刀具后面上出现的磨损带、缺口和崩刃等,前面上常出现的月牙洼状的磨损,副后面上有时出现的氧化坑和沟纹状磨损等。当这些磨损扩展到一定程度以后就引起刀具失效,不能继续使用。刀具逐渐磨损的因素,通常有磨料磨损、粘着磨损、扩散磨损、氧化磨损、热裂磨损和塑性变形等。在不同的切削条件下,尤其是在不同切削速度的条件下,刀具受上述一种或几种磨损机理的作用。例如,在较低切削速度下,刀具一般都因磨料磨损或粘着磨损而破损;在较高速度下,容易产生扩散磨损、氧化磨损和塑性变形。

刀具寿命
    刀具由开始切削达到刀具寿命判据以前所经过的切削时间叫做刀具寿命(曾称刀具耐用度),刀具寿命判据一般采用刀具磨损量的某个预定值,也可以把某一现象的出现作为判据,如振动激化、加工表面粗糙度恶化,断屑不良和崩刃等。达到刀具寿命后,应将刀具重磨、转位或废弃。刀具在废弃前的各次刀具寿命之和称为刀具总寿命。   生产中常根据加工条件按最低生产成本或最高生产率的原则,来确定刀具寿命和拟定工时定额。

切削加工性
    指零件被切削加工成合格品的难易程度。它根据具体加工对象和要求,可用刀具寿命的长短、加工表面质量的好坏、金属切除率的高低、切削功率的大小和断屑的难易程度等作为判据。在生产和实验研究中,常以作为某种材料的切削加工性的指标,它的含义是:当刀具寿命为分钟时,切削该材料所允许的切削速度。越高,表示加工性越好,一般取60、30、20或10分钟。

加工表面质量
    通常包括表面粗糙度加工硬化残余应力、表面裂纹和金相显微组织变化等。切削加工中影响加工表面质量的因素很多,例如刀具的刀尖圆弧半径进给量和积屑瘤等是影响表面粗糙度的主要因素;刀具的刃口钝圆半径和磨损及切削条件是影响加工硬化和残余应力的主要因素。因此,生产中常通过改变刀具的几何形状和选择合理的切削条件来提高加工表面质量。

切削振动
    切削过程中,刀具与工件之间经常会产生自由振动、强迫振动或自激振动(颤振)等类型的机械振动。自由振动是由机床零部件受到某些突然冲击所引起,它会逐渐衰减。强迫振动是由机床内部或外部持续的交变干扰力(如不平衡的机床运动件、断续切削等)所引起,它对切削产生的影响取决于干扰力的大小及其频率。自激振动是由于刀具与工件之间受到突然干扰力(如切削中遇到硬点)而引起初始振动,使刀具前角、后角和切削速度等发生变化,以及产生振型耦合等,并从稳态作用的能源中获得周期性作用的能源,促进并维持振动。通常,根据切削条件可能产生各种原生型自激振动,从而在加工表面上留下的振纹,又会产生更为常见的再生型自激振动。上述各种振动通常都会影响加刀表面质量,降低机床和刀具的寿命,降低生产率,并引起噪声,极为有害,必须设法消除或减轻。

切屑控制
    指控制切屑的形状和长短。通过控制切屑的卷曲半径和排出方向,使切屑碰撞到工件或刀具上,而使切屑的卷曲半径被迫加大,促使切屑中的应力也逐渐增加,直至折断切屑的卷曲半径可以通过改变切屑的厚度、在刀具前面上磨制卷屑槽或断屑台来控制,其排出方向则主要靠选择合理的主偏角和刃倾角来控制。现代人们已能用两位或三位数字编码的方式来表示各种切屑的形状,通常认为短弧形切屑是合理的断屑形状。
切削液

切削液
    也称冷却润滑液,用于减少切削过程中的摩擦和降低切削温度,以提高刀具寿命、加工质量和生产效率。常用的切削液有切削油、乳化液和化学切削液3类。

 

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