1.3 切削力及刀具磨损(课件）-《机械加工技术》同步教学（人民邮电版）

模 块 一 金属切削的基本知识 课题三 切削力及刀具磨损 一、 切削力 1. 切削力的来源 切屑力的来源主要有两个方面，一是切屑形成过程中弹性变形及塑性变形产生的变形抗力，二是刀具与切屑及工件表面间的摩擦阻力，这两方面的力构成了切削合力，作用于前刀面和后刀面上。切削力的形成，是切削加工中的基本物理现象之一，切削合力的大小、方向和 作用位置是零件工艺分析和机床、夹具、刀具强度设计的主要参数依据。实际应用时，常将切屑合力F分解到需要的方向上，如图1-9所示。 图1-9 (1) 主切削力Fc ：是切削合力沿主运动方向的分力，垂直于基面，又称切向力。其数值在一般情况下是分力中最大的，所作的功最大，约占总功率的95％～ 99％，是计算机床动力和主传动系统零件强度和刚度的主要依据。 (2) 进给力Ff ：是切削合力沿进给运动方向上的分力，在基面内，与进给方向即工件轴线方向平行，故又称进给抗力或轴向力。进给力一般只消耗总功率的 1％～5％，也是计算进给系统零件强度和刚度的依据。 (3) 背向力FP ：是切削合力沿工作平面垂直方向上的分力，在基面内，与进给方向垂直，即通过工件直径方向，故又称径向力或吃刀抗力。因为切削在此方向上的运动速度为零，所以FP不作功，但会使工件弯曲变形，还会引起振动，对表面粗糙度产生不利影响。 2. 影响切削力的因素 (1) 刀具方面。 ① 前角：前角增大，切削变形减小，切削力显著下降。 ② 主偏角：主偏角变化使切削分力的作用方向改变，当kr增大时，Fy减少，Fx增大。 ③ 刃倾角：当刃倾角由正值向负值变化时，改变了合力Fr及其分力Fxy的作用方向，从而使Fy增大，Fx减小。 ④ 刀尖圆弧半径：当刀尖圆弧半径由 0.25mm增大到1mm时，Fy力可增大20％左右，较易引起振动。 (2) 切削用量方面。 ① 背吃刀量和进给量： 在一般车削时，当进给量f不变，背吃刀量ap增大一倍时，主切削力Fc也成倍增大，而当背吃刀量ap不变，进给量f增大一倍时，Fc约增大70%～80％。 ② 切削速度：低速和高速切削塑性金属时，切削力一般是随着切削速度v的提高而减小。这是因为切削速度提高，使 切削温度增高，摩擦系数减小，变形减小的缘故。在容易生成积屑瘤的中速范围内（15～30m/min），因产生积屑瘤使刀具实际前角增大，切削力减小。 切削脆性金属时，因为变形和摩擦均较小，所以切削速度改变时切削力变化不大。 二、 切削热 1. 切削热的来源和传散 切削热来源于切削层金属发生弹性变形和塑性变形产生的热量以及切屑与前刀 面、工件与后刀面摩擦产生的热量。切削过程中上述变形与摩擦消耗的功的绝大部分将转化为热能。 切削热通过切屑、工件、刀具和周围介质传散。 切削热传至各部分的比例，一般情况下切屑带走的热量最多，如不用切削液，以中等切削速度切钢时，切削热的50%～86％由切屑带走；40%～10％传入工件；9%～3％传入车刀；1％左右传入周围空气。 切削温度一般是指切削区域的平均温度。它的高低是产生热和传散热两方面因素综合影响的结果。例如，车削不锈钢和高温合金时，变形产生的热量较多，工件材料的导热系数低，热量不易传散，所以切削温度较高。 2. 影响切削热的主要因素 (1)刀具角度。 (2) 切削用量。 (3) 工件材料。 (4) 切削液。 三、 刀具磨损 1. 刀具磨损形式 (1) 前面磨损。 (2) 后面磨损。 (3) 前、后面磨损。 2. 刀具耐用度与寿命 刀具由刃磨后开始切削一直到磨损量达到磨钝标准为止的总切削时间(即刀具两次刃磨之间实际进行切削的总时间)， 称为刀具耐用度，用符号T表示，单位是min。刀具耐用度要合理确定，对于比较容易制造和刃磨的刀具，耐用度应低一些；反之，应高一些。 刀具耐用度与刀具寿命是有区别的，刀具寿命是指一把新刀从投入切削起，到报废为止实际切削的总时间，其中包括该刀具的多次重磨，因此刀具寿命等于该刀具的刃磨次数(包括新刀开刃)乘以刀具耐用度。 四、 切削液 1. 切削液的作用 (1) 冷却作用。 (2) 润滑作用。 (3) 清洗作用。 2. 切削液的分类和用途 (见表1-1) 表1-1 切削液的分类和用途 序号 名称 组 成 主要用途 1 水溶液 以硝酸钠、碳酸钠等溶于水的溶液，用100～200倍的水稀释而成 磨削 2 乳化液 以少量矿物油，主要为表面活性剂的乳化