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淺析金屬切削的技術要點

2017-04-26

切削力
    切削時刀具的前面和后面上都承受法向力和摩擦力,這些力組成合力F,在外圓車削時,一般將這個切削合力F分解成三個互相垂直的分力(圖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,常稱主切削力;徑向力F──在平行于基面的平面內,與進給方向垂直,又稱推力;軸向力F──在平行于基面的平面內,與進給方向平行,又稱進給力。一般情況下,F最大,F和F較小,由于刀具的幾何參數刃磨質量和磨損情況的不同和切削條件的改變,F、F對F的比值在很大的范圍內變化。

    切削過程中實際切削力的大小,可以利用測力儀測出。測力儀的種類很多,較常用的是電阻絲式和壓電晶體式測力儀。測力儀經過標定以后就可測出切削過程中各個分力的大小。

切削熱
    切削金屬時,由于切屑剪切變形所作的功和刀具前面、后面摩擦所作的功都轉變為熱,這種熱叫切削熱。使用切削液時,刀具、工件和切屑上的切削熱主要由切削液帶走;不用切削液時,切削熱主要由切屑、工件和刀具帶走或傳出,其中切屑帶走的熱量最大,傳向刀具的熱量雖小,但前面和后面上的溫度卻影響著切削過程和刀具的磨損情況,所以了解切削溫度的變化規律是十分必要的。

切削溫度
    切削過程中切削區各處的溫度是不同的,形成一個溫度場切屑和工件的溫度分布,這個溫度場影響切屑變形、積屑瘤的大小、加工表面質量、加工精度和刀具的磨損等,還影響切削速度的提高。一般說來,切削區的金屬經過剪切變形以后成為切屑,隨之又進一步與刀具前面發生劇烈摩擦,所以溫度場中溫度分布的最高點不是在正壓力最大的刃口處,而是在前面上距刃口一段距離的地方。切削區的溫度分布情況,須用人工熱電偶法或紅外測溫法等測出。用自然熱電偶法測出的溫度僅是切削區的平均溫度。

刀具磨損
    具在切削時的磨損是切削熱和機械摩擦所產生的物理作用和化學作用的綜合結果。刀具磨損表現為在刀具后面上出現的磨損帶、缺口和崩刃等,前面上常出現的月牙洼狀的磨損,副后面上有時出現的氧化坑和溝紋狀磨損等。當這些磨損擴展到一定程度以后就引起刀具失效,不能繼續使用。刀具逐漸磨損的因素,通常有磨料磨損、粘著磨損、擴散磨損、氧化磨損、熱裂磨損和塑性變形等。在不同的切削條件下,尤其是在不同切削速度的條件下,刀具受上述一種或幾種磨損機理的作用。例如,在較低切削速度下,刀具一般都因磨料磨損或粘著磨損而破損;在較高速度下,容易產生擴散磨損、氧化磨損和塑性變形。

刀具壽命
    刀具由開始切削達到刀具壽命判據以前所經過的切削時間叫做刀具壽命(曾稱刀具耐用度),刀具壽命判據一般采用刀具磨損量的某個預定值,也可以把某一現象的出現作為判據,如振動激化、加工表面粗糙度惡化,斷屑不良和崩刃等。達到刀具壽命后,應將刀具重磨、轉位或廢棄。刀具在廢棄前的各次刀具壽命之和稱為刀具總壽命。   生產中常根據加工條件按最低生產成本或最高生產率的原則,來確定刀具壽命和擬定工時定額。

切削加工性
    指零件被切削加工成合格品的難易程度。它根據具體加工對象和要求,可用刀具壽命的長短、加工表面質量的好壞、金屬切除率的高低、切削功率的大小和斷屑的難易程度等作為判據。在生產和實驗研究中,常以作為某種材料的切削加工性的指標,它的含義是:當刀具壽命為分鐘時,切削該材料所允許的切削速度。越高,表示加工性越好,一般取60、30、20或10分鐘。

加工表面質量
    通常包括表面粗糙度加工硬化殘余應力、表面裂紋和金相顯微組織變化等。切削加工中影響加工表面質量的因素很多,例如刀具的刀尖圓弧半徑進給量和積屑瘤等是影響表面粗糙度的主要因素;刀具的刃口鈍圓半徑和磨損及切削條件是影響加工硬化和殘余應力的主要因素。因此,生產中常通過改變刀具的幾何形狀和選擇合理的切削條件來提高加工表面質量。

切削振動
    切削過程中,刀具與工件之間經常會產生自由振動、強迫振動或自激振動(顫振)等類型的機械振動。自由振動是由機床零部件受到某些突然沖擊所引起,它會逐漸衰減。強迫振動是由機床內部或外部持續的交變干擾力(如不平衡的機床運動件、斷續切削等)所引起,它對切削產生的影響取決于干擾力的大小及其頻率。自激振動是由于刀具與工件之間受到突然干擾力(如切削中遇到硬點)而引起初始振動,使刀具前角、后角和切削速度等發生變化,以及產生振型耦合等,并從穩態作用的能源中獲得周期性作用的能源,促進并維持振動。通常,根據切削條件可能產生各種原生型自激振動,從而在加工表面上留下的振紋,又會產生更為常見的再生型自激振動。上述各種振動通常都會影響加刀表面質量,降低機床和刀具的壽命,降低生產率,并引起噪聲,極為有害,必須設法消除或減輕。

切屑控制
    指控制切屑的形狀和長短。通過控制切屑的卷曲半徑和排出方向,使切屑碰撞到工件或刀具上,而使切屑的卷曲半徑被迫加大,促使切屑中的應力也逐漸增加,直至折斷切屑的卷曲半徑可以通過改變切屑的厚度、在刀具前面上磨制卷屑槽或斷屑臺來控制,其排出方向則主要靠選擇合理的主偏角和刃傾角來控制。現代人們已能用兩位或三位數字編碼的方式來表示各種切屑的形狀,通常認為短弧形切屑是合理的斷屑形狀。
切削液

切削液
    也稱冷卻潤滑液,用于減少切削過程中的摩擦和降低切削溫度,以提高刀具壽命、加工質量和生產效率。常用的切削液有切削油、乳化液和化學切削液3類。

 

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