机械设计基础：第12讲.pptVIP

* * 常德职业技术学院机电工程系 第12讲 金属切削过程基本规律 本讲要点： 切削热与切削温度 刀具耐用度 §3.2 金属切削过程基本规律 第12讲 金属切削过程基本规律──切削热与切削温度 三、切削热与切削温度 切削热与切削温度是切削过程中产生的重要物理现象。切削时做的功，可转化为等量的热。切削热除少量散逸在周围介质中外，其余均传入刀具、切屑和工件中，并使它们温度升高，引起工件变形、加速刀具磨损。因此，研究切削热与切削温度具有重要的实用意义。 第12讲 金属切削过程基本规律──切削热与切削温度 1、切削热的产生与传导 切削热是由切削功转变而来的。如右图所示，其中包括：剪切区变形功形成的热QP、切屑与前刀面摩擦功形成的热Qrf、已加工表面与后刀面摩擦功形成的热Qαf,因此，切削时共有三个发热区域，即剪切面、切屑与前刀面接触区、后刀面与已加工表面接触区，如图示，三个发热区与三个变形区相对应。所以，切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。 第12讲 金属切削过程基本规律──切削热与切削温度 在切削过程中，设单位时间内产生的切削热为Q，Q的大小由下式计算： 式中 Q──单位时间产生的热量，单位：J?/?s； Fc──切削力，单位：N； vc──切削速度单位：m?/?s。 切削热分别传入切屑Qch、刀具Qc、工件Qw和周围介质Qf。切削热的形成及传导关系为： 第12讲 金属切削过程基本规律──切削热与切削温度 注意： 切削塑性金属时切削热主要由剪切区变形热和前刀面摩擦热形成； 切削脆性金属时则后刀面摩擦热占的比例较多。 切削热传至各部分比例： 一般情况是切屑带走的热量多，刀具中次之，工件中热量最少。 12% 80% 4% 磨削 15% 50% 30% 钻、镗削 5% 30% 70% 铣削 5% 10~40% 50~80% 车削 刀具 工件 切屑 加工方法 第12讲 金属切削过程基本规律──切削热与切削温度 2、切削温度 切削热是通过切削温度对工件和刀具产生作用的。通常所说的切削温度，是指刀具前刀面与切屑接触区的平均温度，该区域温度的高低既取决于单位时间内切削热量产生的多少，又与单位时间传散出去热量的多少有关。研究切削温度的目的在于设法控制刀具上的最高温度，以延长刀具的使用寿命。 第12讲 金属切削过程基本规律──切削热与切削温度 切削温度分布极不均匀，在切屑中，底层温度最高；在刀具中，靠近切削刃处（约1mm）温度最高；在工件中，切削刃附近温度最高。 切削钢材时，切屑表层产生一层氧化膜，它的颜色随切削温度的高低而变化，可从切屑的颜色大致判断切削温度的高低。300℃以下切屑呈银白色；400℃左右呈黄色；500℃左右呈深兰色；600℃左右呈紫黑色。 第12讲 金属切削过程基本规律──切削热与切削温度 3、影响切削温度的主要因素 根据理论分析和大量的实验研究得知，切削温度主要受切削用量、刀具几何参数、工件材料、刀具磨损和切削液的影响，以下对这几个主要因素加以分析。??? 分析各因素对切削温度的影响，主要应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，则这些因素将使切削温度增高；某些因素使传出的热量增大，则这些因素将使切削温度降低。 第12讲 金属切削过程基本规律──切削热与切削温度 （1）切削用量的影响 当切削用量ap、f和Vc增大时，变形和摩擦加剧，切削功增大，故切削温度升高。但背吃刀量ap增大后，切屑与刀具接触面积以相同比例增大，散热条件显著改善；进给量f增大，切屑与前刀面接触长度增加，散热条件有所改善；切削速度Vc增高，虽切削力减少，但切屑与前刀面接触长度减短，故散热较差。 第12讲 金属切削过程基本规律──切削热与切削温度 切削用量对切削温度的影响，就是由生热与散热两方面作用的结果决定的。由此可见，在金属切除率相同的条件下，为了减少切削温度影响，防止刀具迅速磨损，保持刀具耐用度，增大切削深度ap或给进量f比增大切削速度Vc更有利。 因此，若要切除给定的余量，又要求切削温度较低，则在选择切削用量时，应优先考虑采用大的背吃刀量，然后选择一个适当的进给量，最后再选择合理的切削速度。 上述切削用量选择原则是从最低切削温度出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规程时，确定切削用量的原则。 第12讲 金属切削过程基本规律──切削热与切削温度 （2）刀具几何参数的影响 切削温度随前角γo的增大而降低。这是因为前角增大时，切削变形减小，摩擦减小，产生的热量少，切削温度低。但前角大于18°～20°后，对切削温度的影响减小，这是因为楔角变小而使散热体积减小的缘故。 主偏角Κr增加时，使切削宽度aW减小，切削厚度aC增加，因此