23351011切屑—刀具—工件温度场内,最高温度点位于何处 为什么
24251011试分析刀具的磨损过程.
24151012刀具的磨损形式有哪几种,试分析其产生的条件.
23251014进给量对切削力和切削温度的影响是否一样 为什么
24351015已知公式:T=Cf/(V5.αp0.75),当和分别增加1倍时,耐用度T有何变化规律,为什么
答案
教材P25.
(1)在无积屑瘤的切削速度范围内,切削速度愈大,则切屑变形愈小.这有两方面原因:一是因为切削速度较高时,切削变形不充分,导致切屑变形减小;另一方面是因为随着切削速度的提高,切削温度也升高,使刀—屑接触面的摩擦减小,从而也使切屑变形减小.(2)在有积屑瘤的切削速度范围内,切削速度的影响主要是通过机械瘤所形成的实际前角来影响切屑变形.在机械瘤增长阶段,机械瘤随着Vc的增加而增大,导致前角增大,因而Vc增加时切屑变形减小.在机械瘤消退阶段中,机械瘤随着Vc的增加而减小,导致前角减小,因而Vc增加时切屑变形增大.
对于加工塑性材料,影响切屑变形的因素有1)工件材料.工件材料强度愈高,切屑变形愈小.(2)刀具前角.刀具前角愈大,切屑变形愈小.(3)切削速度.在无积屑瘤的切削速度范围内,切削速度愈大,则切屑变形愈小.在有积屑瘤的切削速度范围内, Vc增加时切屑变形减小.在机械瘤消退阶段中, Vc增加时切屑变形增大.(4)切削厚度及进给量.切削厚度增加时,变形减小.在无机械瘤情况下,进给量增加,变形减小.
在金属切削层转变为切屑这一过程中,金属切削层存在三个变形区.在第一变形区中产生剪切滑移变形;在第二变形区产生挤压,摩擦变形;在第三变形区中产生挤压,摩擦变形.所以切削力的来源即为作用在前刀面上的弹,塑性变形抗力和摩擦力,作用在后刀面上的弹,塑性变形抗力和摩擦力.
切削用量包括三要素:Vc, f ,αsp
Vc对切削力Fz的影响呈驼峰曲线.当Vc较低是,随着Vc的增加,Fz将减小.当机械瘤由最大到消失,随Vc着的增加,Fz增加.到无瘤区,Vc增加,Fz降低.(2)f增加,切削力Fz随之增加,但两者不成正比.(3)αsp增加,切削力Fz随之增加,且两者成正比.
被加工材料的物理机械性质,加工硬化能力,化学成分,热处理等都对切削力的大小产生影响.材料的强度愈高,硬度愈大,切削力愈大.材料的化学成分会影响其物理机械性能,从而影响切削力的大小.同一材料,热处理状态不同,金相组织不同,硬度就不同,也影响切削力的大小.加工脆性材料,切削层的塑性变形小,加工硬化小,切削力也小.
(1)在刀具几何角度中,前角γ0对切削力Fc的影响最大.加工塑性材料时,前角γ0增大,切削力Fc降低;加工脆性材料时,由于切屑变形很小,所以前角γ0对切削力Fc的影响不显著.(2)主偏角Kr对切削力Fc的影响较小,但对背向力Fp和进给力Ff的影响较大.Fp随Kr的增大而减小,Ff随Kr的增大而增大.(3)刃倾角λs在很大范围(-400—400)内变化时对切削力Fc没有什么影响,但对Fp和Ff的影响较大.随着λs的增大,Fp减小,Ff而增大.
切削时切削层金属发生塑性变形以热的形式释放出来,切屑与前刀面之间,工件与后刀面之间强烈的摩擦也产生大量的热.所以,切削时的三个变形区是产生切削热的三个热源.切削热是有刀具,切屑,工件及周围介质传出的,由它们将切削热带走或从切削热区传导出去的.
背吃刀量对切削力和切削温度的影响不一样.背吃刀量增大1倍,主切削力就增大1倍,产生的热量也成倍增加,但对切削温度的影响很小.因为背吃刀量直接决定切削宽度和切削刃的实际工作长度.切削变形主要在垂直切削宽度方向的平面内发生,与切削宽度方向的尺寸关系不大.这样,背吃刀量增加,切削热增加,但同时切削宽度,切削刃参加工作的长度也相应增加,改善了散热条件,结果使切削温度变化不大.
(1)前角γ0增大,使切屑变形程度减小,产生的切削热减小,因而切削温度下降.但前角大于180—200时,对切削温度的影响减小.(2)主偏角Kr减小,使切削层公称宽度增大,散热增大,故切削温度下降.(3)负倒棱及刀尖圆弧半径增大,能使切屑变形程度增大,产生的切削热增加;但另一方面这两者都能使刀具的散热条件改善,使传出的热量增加,两者趋于平衡,所以,对切削温度影响很小.
切削用量三要素对切削力影响程度大小的排序为αp—f —Vc,对切削温度影响程度大小的排序为Vc—f—αp.因为切削深度αp增大,使变形力增大,摩擦力增大,因而切削力增大.αp增大时,切削厚度αc不变,切削宽度αw随αp成比例增大,由于αw与切屑变形系数和摩擦系数关系不大,所以αp增大1倍时,切削力也相应增大1倍.另一方面,由于切削变形是在垂直于切削宽度方向的平面内,与切削宽度关系不大.这样,αp增大,切削宽度也成比例增大,产生的切削热增大的同时,也相应增大了散热面积,使切削温度的变化不大.进给量f增大,同样使切削面积增大,切削力也增大.但f增大后,切削厚度也成比例增大,则切屑变形系数和摩擦系数减小,所以f对切削力的影响小于αp对切削力的影响.另一方面,f对切削热的影响与对切削力的影响相同.但由于切削厚度增大,由切屑带走的热量增多,同时切屑与前刀面接触长度增加,散热面积增加,结果是f增加,切削温度也增加,其影响程度小于对切削力的影响,大于αp对切削温度的影响.切削速度Vc增大,切削力变化不大,但切削功率成比例增大,产生的切削热也成比例增大,且散热面积稍有减小,其结果使切削温度升高.
刀具磨损原因主要有:硬质点磨损,粘结磨损,扩散磨损和化学磨损.(1)硬质点磨损.主要是由于工件材料中的杂质,材料基体组织中可含的碳化物,氮化物和氧化物等硬质点以及机械瘤的碎片等造成的机械磨损.(2)粘结磨损.是在刀具和工件材料实际接触摩擦面上,由于足够大的压力和温度,产生塑性变形而发生的所谓冷焊现象.粘结点因相对运动,晶粒受剪或受拉而被对方带走,是造成粘结磨损的原因.(3)扩散磨损.由于切削区温度很高,刀具表面与工件的新鲜表面相接触,两面的化学元素互相扩散到对方去,改变了两者的化学成分,消弱了刀具材料的性能,加速磨损过程.(4)化学磨损.在一定温度下,刀具材料与某些周围介质起化学反应,在刀具表面形成一层化合物,而被切屑带走,造成刀具磨损.