第二章第三节切削过程及其物理现象（课件）-《机械加工技术》同步教学（技工版（第2版））

切削过程及其物理现象 CONTENTS 切削过程的基本概念 切削过程的物理现象 切削参数对切削过程的影响 切削过程的有限元分析 切削过程的实验研究与结果分析 研究展望与未来发展趋势 切削过程的基本概念 01 切削力是指切削过程中刀具克服材料变形抗力和摩擦力，使工件材料发生变形和移动的力。 切削力的定义 切削力的来源主要包括工件材料变形抗力、刀具与工件之间的摩擦力以及切屑与刀具前刀面之间的摩擦力。 切削力的来源 切削力的定义与来源 切削过程中，工件材料发生变形和剪切滑移，产生大量的切削热。 切削热通过切屑、工件、刀具以及周围介质（如空气、切削液等）传递出去。 切削热的产生与传导 切削热的传导 切削热的产生 切削液的种类 切削液主要分为水基切削液和油基切削液两大类，其中水基切削液又可分为乳化液、合成液和纯水溶液等。 切削液的作用 切削液的作用主要包括冷却、润滑、清洗和防锈等。它可以降低切削温度，减少刀具磨损，提高加工效率，同时还可以防止工件生锈和腐蚀。 切削液的种类与作用 切削过程的物理现象 02 在切削过程中，刀具与工件之间的相互作用会导致工件材料的变形和切屑的形成。 切屑是在切削过程中，工件材料被刀具割离的部分，它随着刀具的进给而形成。 切削力是刀具在切削过程中对工件产生的力，它可以导致工件材料的变形和切屑的形成。 切削变形 切屑形成 切削力 切削变形与切屑形成 切削表面的粗糙度是由刀具在切削过程中产生的振动和残留面积所引起的。 表面粗糙度 在切削过程中，工件材料可能会因为受到刀具的挤压而产生表面硬化。 表面硬化 由于切削过程中产生的热量，工件材料的一部分可能会受到影响，这个区域被称为热影响区。 热影响区 切削表面的形成与变化 在切削过程中，由于刀具与工件之间的相互作用，可能会产生振动，这会影响切削过程的稳定性和加工质量。 振动 由于切削过程中的某些因素，如刀具与工件之间的摩擦，可能会产生自激振动。 自激振动 为了保持切削过程的稳定性，需要对刀具和工件的参数进行优化和控制。 稳定性 切削过程的振动与稳定性 切削参数对切削过程的影响 03 后角大小 后角大小对切削摩擦、刀具磨损和切削温度有影响。后角大，切削摩擦和刀具磨损减小，但切削温度升高。 前角大小 前角大小对切削变形、切削力、切削热、刀具磨损等均有影响。前角大，切削变形和摩擦减小，切削力减小，刀具磨损减小，但刀具强度降低。 刃倾角大小 刃倾角大小对切削流向、切削力和刀具磨损有影响。刃倾角大，切削流向偏离轴心，切削力减小，但刀尖强度降低。 刀具几何参数对切削过程的影响 切削速度对切削温度、刀具磨损和加工表面质量有影响。切削速度高，切削温度和刀具磨损增加，加工表面质量降低。 切削速度 进给量对切削厚度、切削力、刀具磨损和加工表面粗糙度有影响。进给量大，切削厚度增加，切削力增大，刀具磨损加快，加工表面粗糙度增加。 进给量 背吃刀量对切削力、刀具磨损和加工表面粗糙度有影响。背吃刀量大，切削力增大，刀具磨损加快，加工表面粗糙度增加。 背吃刀量 切削用量对切削过程的影响 不同材料的刀具具有不同的物理、化学和机械性能，对切削过程产生影响。例如，高速钢刀具具有较好的韧性和耐热性，但耐磨性较差；硬质合金刀具具有较高的硬度和耐磨性，但韧性较差。 刀具材料 切削液在切削过程中起到润滑、冷却和排屑的作用，对切削力、刀具磨损和加工表面质量产生影响。常用的切削液有油基切削液和水基切削液。 切削液 刀具材料与切削液对切削过程的影响 切削过程的有限元分析 04 有限元方法的基本思想 将连续的求解域离散为一组相互连接的有限个小的单元，通过对这些单元进行分片插值得到原函数的近似解。 有限元方法在机械工程中的应用 在机械工程中，有限元方法广泛应用于结构分析、流体动力学分析、热分析等领域，为复杂系统的分析提供了有效的工具。 有限元分析的基本原理 建立有限元模型 根据切削过程的物理模型，通过划分网格、定义材料属性、施加边界条件等步骤建立有限元模型。 有限元模型的验证与修正 通过与实验数据的比较，对有限元模型进行验证和修正，以提高模型的准确性和可靠性。 切削过程的物理模型 切削过程涉及应力、应变、温度等物理量，建立相应的物理模型是有限元分析的基础。 切削过程的有限元模型建立 切削参数优化 01 通过有限元分析，可以研究不同切削参数（如切削速度、进给速度、刀具角度等）对切削过程的影响，从而优化切削参数以提高加工效率和质量。 刀具几何形状优化 02 通过有限元分析，可以研究不同刀具几何形状（如前角、后角、刃倾角等）对切削过程的影响，从而优化刀具几何形状以提高刀具寿命和切削性能。 材料选择与热处理优化 03 通过有限元分析，可以研究不同材料和热处理工艺对切削过程的影响，从而优化材料选择与热处理工艺以提高工件材料的切削性能