切削原理-第二章3_精品文档.ppt
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机械制造技术基础,2.4刀具磨损与刀具耐用度,刀具磨损形态,正常磨损,前刀面磨损,形式:
月牙洼形成条件:
加工塑性材料,v大,hD大影响:
削弱刀刃强度,降低加工质量,后刀面磨损,形式:
后角=0的磨损面(参数VB,VBmax)形成条件:
加工塑性材料,v较小,hD较小;加工脆性材料影响:
切削力,切削温度,产生振动,降低加工质量,前、后刀面磨损,3.4.1刀具磨损,非正常磨损,破损(裂纹、崩刃、破碎等),卷刃(刀刃塑性变形),磨粒磨损各种切速下均存在低速情况下刀具磨损的主要原因粘结磨损(冷焊)刀具材料与工件材料亲和力大刀具材料与工件材料硬度比小中等偏低切速,粘结磨损加剧,扩散磨损高温下发生相变磨损温度升高达到相变温度,组织发生变化,硬度降低。
氧化磨损高温情况下,在切削刃工作边界发生,刀具磨损原因:
机械、热、化学三种综合作用的结果。
3.4.2刀具寿命,刀具寿命(耐用度)概念,耐用度:
刀具从切削开始至磨钝标准的净切削时间,用T表示。
刀具总寿命一把新刀从投入切削开始至报废为止的总切削时间,其间包括多次重磨。
(3-14),式中CT、m、n、p为与工件、刀具材料等有关的常数。
(3-15),可见v的影响最显著;f次之;ap影响最小。
用硬质合金刀具切削碳钢(b=0.763GPa)时,有:
图3-27不同刀具材料的耐用度比较,硬质合金(VB=0.4mm),陶瓷刀具(VB=0.4mm),高速钢,刀具耐用度T(min),1235681020304060,800,600,500,400,300,200,100,80,60,50,切削速度v(m/min),不同刀具材料寿命(耐用度)比较,刀具耐用度在加工不同材料时可以比较材料的切削加工性;在加工相同材料时可比较刀具材料的切削性能;可以用刀具耐用度评判刀具几何参数的合理性。
3.刀具耐用度的确定,一般不选用!
生产任务急迫或生产中出现不平衡的薄弱环节时才选用最大生产率耐用度。
使工序时间最短的刀具耐用度。
使工序成本最小的刀具寿命。
一般情况下多采用经济耐用度。
在生产中选择刀具耐用度的原则:
1、复杂刀具选择得高,简单刀具低;2、装夹、调整比较复杂的刀具耐用度选择得高;3、自动线上刀具耐用度应规定一个班或两个班,避免中途换刀;4、精加工尺寸比较大的工件时,耐用度应选择至少能完成一次走刀。
规定刀具切削时间,离线检测,刀具磨损、破损检测与监控,通过切削力(切削功率)变化幅值,判断刀具的磨损程度;当切削力突然增大或突然下降很大幅值时,则表明刀具发生了破损通过实验确定刀具磨损与破损的“阈值”,切削加工时,切屑剥离,工件塑性变形,刀具与工件之间摩擦以及刀具破损等,都会产生声发射。
正常切削时,声发射信号小而连续,刀具严重磨损后声发射信号会增大,而当刀具破损时声发射信号会突然增大许多,达到正常切削时的几倍,刀具磨损、破损检测与监控,2.5刀具合理几何参数和切削用量的选择2.6.1刀具几何参数的选择刀具几何参数包括:
1、刀具角度:
2、刀面形式:
3、切削刃形状:
刀具合理的几何参数,是指在保证加工质量的前提下,能够获得最高刀具耐用度,从而达到提高切削效率或降低生产成本目的的几何参数。
1、刀具合理几何参数选择考虑的因素,工件材料:
刀具材料和结构:
具体的加工条件:
各几何参数间的联系:
1、前角及前面形状的选择
(1)前角的功用及合理前角的选择1)前角的主要功用影响切削区的变形程度影响切削刃与刀头的强度影响切屑形态和断屑效果影响已加工表面质量,2)合理前角的概念一定条件下,前角有一个合理的数值。
3)合理前角的选择原则:
取决于工件材料性质和刀具材料的种类。
工件材料强度越大,硬度越高,应取越小的前角,甚至可取负值。
加工塑性材料应取较大的前角,加工脆性材料可取较小的前角。
粗加工,特别是断续切削,应适当减小前角。
前角的合理数值,刀具材料:
高速钢强度和冲击韧性大于硬质合金,前角允许大些。
加工材料不同时的合理前角,3、加工性质:
粗加工切削力和冲击力大,宜选用小前角;精加工切削力小,为使刃口锋利,保证加工质量,选大前角。
、前刀面形状A、正前角锋刃平面型特点:
刃口较锋利,但强度差,o不能太大,不易折屑主要用于高速钢刀具,精加工。
B、带倒棱的正前角平面型特点:
切削刃强度及抗冲击能力强,同样条件下可以采用较大的前角,提高了刀具耐用度。
主要用于硬质合金刀具和陶瓷刀具,加工铸铁等脆性材料。
(2)前刀面形状、刃区形状及其参数的选择,C、负前角平面型特点:
切削刃强度较好,但刀刃较钝,切削变形大。
主要用于硬脆刀具材料。
加工高强度高硬度材料,如淬火钢。
图示类型负前角后部加有正前角,有利于切屑流出。
D、曲面型特点:
有利于排屑、卷屑和断屑,而且前角较大,切削变形小,所受切削力也较小。
在钻头、铣刀、拉刀等刀具上都有曲面前面。
E、钝圆切削刃型特点:
切削刃强度和抗冲击能力增加具有一定的消振作用。
适用于陶瓷等脆性材料。
刃区形状倒棱:
沿切削刃研磨出很窄的负前角棱面。
倒棱的优点:
A、当倒棱选择合理时,棱面将形成滞留金属三角区。
切屑仍沿正前角面流出,切削力增大不明显,而切削刃加强并受到三角区滞留金属的保护,同时散热条件改善,刀具寿命明显提高。
B、对于硬质合金和陶瓷等脆性刀具,粗加工时,效果更显著,可提高刀具耐用度15倍。
C、倒棱也使切削力的方向发生变化,在一定程度上改善刀片的受力状况,减小对切削刃产生的弯曲应力分量,从而提高刀具耐用度。
倒棱参数的最佳值与进给量有密切关系b1(0.30.8)f粗加工时取大值,精加工时取小值。
加工低碳钢、灰铸铁、不锈钢时,b10.5f,015o10o。
加工硬皮的锻件或铸钢件,机床刚度与功率允许的情况下,倒棱负角可减小到30o,高速钢倒棱前角010o5o,硬质合金刀具015o10o。
冲击比较大,负倒棱宽度可取b1(1.52)f。
对于进给量很小(f0.2mm/r)的精加工刀具,为使切削刃锋利和减小刀刃钝圆半径,一般不磨倒棱。
加工铸铁、铜合金等脆性材料的刀具,一般也不磨倒棱。
倒棱参数的确定,钝圆切削刃,钝圆切削刃:
是在负倒棱的基础上进一步修磨而成,或直接钝化处理成。
钝圆切削刃与负倒棱比较:
A、切削刃钝圆半径比锋刃增大了一定的值,在切削刃强度方面获得与负倒棱一样的效果;B、比负倒棱更有利于消除刃区微小裂纹,使刀具获得较高耐用度。
C、刃部钝圆对加工表面有一定的整轧和消振作用,有利于提高加工表面质量。
钝圆半径rn有小型(rn0.0250.05),中型(rn0.050.1mm)和大型(rn0.10.15)三种。
需要根据刀具材料、工件材料和切削条件三方面选择。
高速钢刀具一般采用正前角锋刃或小型钝圆切削刃;陶瓷刀片一般要求负倒棱且带大型钝圆切削刃;WC基硬质合金刀具一般采用中型钝圆刀刃;TiC基硬质合金刀具在中型与大型钝圆刀刃之间。
工件材料的性质也影响钝圆半径的选择。
*易切削金属的加工,一般采用锋刃或小型钝圆半径;*切削灰铸铁和球墨铸铁等材质分布不均而容易产生冲击的加工材料,通常采用中型钝圆半径刀具加工;*切削高硬度合金材料,一般采用中型或大型钝圆半径刀具加工。
钝圆半径选择刀具材料强度和韧性影响钝圆半径选择。
(1)后角的功用1)后角的主要功用是减小后面与过渡表面之间的磨擦。
2)后角越大,值越小,切削刃越锋利。
3)在同样的磨钝标准VB下,后角大的刀具由新用到磨钝,所磨去的金属体积较大,可延长刀具耐用度。
4)增大后角,刀头的强度削弱,导热面积和容热体积减小。
(2)后角及副后角的选择,后角与磨损体积的关系a)VB一定b)NB一定,1)切削厚度小,为减少后刀面磨损和使切削刃锋利,选大后角;当切削层厚度很大时,小后角,增加强度和散热条件。
2)工件材料强度或硬度较高时,为加强切削刃,一般采用较小后角。
对于塑性较大材料,已加工表面易产生加工硬化时,后刀面摩擦对刀具磨损和加工表面质量影响较大时,一般取较大后角3)工艺系统刚性差,容易出现振动时,应适当减小后角4)各种有尺寸精度要求的刀具,宜取较小后角,以增加刀具重磨次数。
5)车刀、刨刀、端铣刀的副后角一般取其等于后角。
(2)合理后角的选择原则:
主要取决于切削厚度和进给量的大小。
3)后刀面的行式双重后面:
为减少刃磨后面的工作量,提高刃磨质量,在硬质合金刀具和陶瓷刀具上通常把后面做成双重后面;消振棱:
刃带:
沿主切削刃和副切削刃磨出的窄棱面被称为刃带。
刃带的作用:
A、对定尺寸刀具磨出刃带的作用是为制造、刃磨刀具时有利于控制和保持尺寸精度,B、在切削时提高切削的平稳性和减小振动。
双重后面,消振棱,刃带宽度的选择,一般刃带宽在ba10.10.3范围,超过一定值将增大摩擦,降低表面加工质量。
当工艺系统刚性较差,容易出现振动时,可以在车刀后面磨出ba10.10.3,o-5o-10o的消振棱,如图2-29(b)。
双重后面,消振棱,(3)主偏角、副偏角的选择1)主偏角的选择A、主偏角r的增大或减小对切削加工有利的一面在背吃刀量ap与进给量f不变时,主偏角r减小将使切削厚度hD减小,切削宽度bD增加,参加切削的切削刃长度也相应增加,切削刃单位长度上的受力减小,散热条件也得到改善。
主偏角r减小时,刀尖角增大,刀尖强度提高,刀尖散热体积增大。
所以,主偏角r减小,能提高刀具耐用度。
B、主偏角r的增大或减小对切削加工不利的一面:
主偏角的减小也会产生不良影响。
因为根据切削力分析可以得知,主偏角r减小,将使背向力Fp增大,从而使切削时产生的挠度增大,降低加工精度。
同时背向力的增大将引起振动。
因此主偏角的减小对刀具耐用度和加工精度产生不利影响。
1)影响已加工表面的残留面积高度,减小主偏角和副偏角可以降低粗糙度。
2)影响切削层的形状,增大主偏角时,切削层公称宽度将减小,切削层公称厚度增大,单位切削力加大。
3)影响三个切削分力的大小和比例关系。
增大主偏角,可使背向力减小,进给力增大。
增大副偏角也可使得背向力减小。
4)影响刀尖处的强度、导热面积的容热体积。
5)增大主偏角,使得切屑变得窄而厚,容易折断。
主副偏角的功用,
(2)合理主偏角的选择原则1)精加工和半精加工,选用较大的主偏角,减少振动。
2)加工很硬的材料,为减轻单位长度切削刃上的负荷,选较小的主偏角。
3)工艺系统刚性较好时,减小主偏角可提高刀具耐用度。
4)单件小批生产,选取通用性较好的45车刀或90偏刀。
(3)合理副偏角的选择原则1)一般2)精加工刀具,取得更小一些,磨出一段的修光刃。
3)加工高强度高硬度材料或继续切削时,4)切断刀、锯片铣刀和槽铣刀,为保证刀头强度和重磨后刀头宽度变化较小,,修光刃,4、刃倾角的选择
(1)刃倾角的功用1)控制切屑流出方向=0时,切屑近似沿垂直于主切削刃的方向流出,为负值时,可能缠绕、擦伤已加工表面,为正值时,切屑沿着待加工表面流出。
2)影响切削刃的锋利性:
3)影响刀尖强度、刀尖导热和容热条件:
负的刃倾角使远离刀尖的切削刃处先接触工件,使刀尖避免受到冲击;负的刃倾角使刀头强固,刀尖处导热和容热条件较好。
4)影响切削刃的工作长度和切入切出的平稳性:
当=0时,切削刃同时切入切出,冲击大,当0时,切削刃逐渐切入工件,冲击小。
(2)合理刃倾角的选择:
2.5.2切削用量的选择1、制订切削用量的原则合理的切削用量:
是指充分利用刀具的切削性能和机床性能(功率、扭矩等),在保证加工质量的前提下,获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。
选择切削用量要根据不同的加工条件和加工要求,充分考虑切削用量各参数对切削过程规律的不同影响。
1)、生产效率:
一般情况下选大值,尤其是粗加工时。
2)、机床功率:
3)、刀具耐用度:
4)、表面粗糙度:
2切削用量三要素的确定
(1)背吃刀量1)在粗加工时,一次走刀应尽可能切去全部加工余量2)下列情况可分几次走刀:
加工余量太大工艺系统刚性不足或加工余量极不均匀继续切削如果分二次走刀,第一次的也应比第二次大,第二次的可取加工余量的1/31/4。
3)切削表层有硬皮的铸
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