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绿色金属切削加工的未来(一)

金属切削加工的概述

 

金属切削加工是指用刀具从工件上切除多余的材料,从而使工件的形状、尺寸、位置和表面质量均符合技术要求的加工方法。实现这一切削过程必须具备三个条件:工件与刀具之间要有相对运动,即切削运动;刀具材料必须具备一定的切削性能;刀具必须具有适当的几何参数,即切削角度等。金属切削加工过程是通过机床或手持工具来进行切削加工的,其主要方法有车、磨、钻、齿轮加工、划线、锉、研、攻螺纹、套螺纹等。其形式虽然多种多样,但它们有很多方面都有着共同的现象和规律,这些现象和规律是学习各种切削加工方法的共同基础。而由材料力学理论可知,金属切削层的材料受到刀具的挤压作用后应力增大,挤压层金属先产生弹性变形,当应力值达到弹性极限后,产生塑性变形,金属的晶格沿晶面发生滑移,随着滑移量的增大,金属切削层与母体金属产生破裂直至分离从而形成切削。

 

金属切削加工的技术要点

 

1、切削力

 

在切削过程中,刀具切入工件,使切削层变为切屑并沿前刀面流出,同时获得以加工表面。这不仅需要克服使工件材料产生剪切变形的作用力,还需要克服发生在刀具前、后刀面上的内摩擦阻力。而切削过程中实际切削力的大小,可以利用测力仪测出。测力仪的种类很多,较常用的是电阻丝式和压电晶体式测力仪。测力仪经过标定以后就可测出切削过程中各个分力的大小。

 

2、切削热

 

切削金属时,由于切屑剪切变形所作的功和刀具前面、后面摩擦所作的功都转变为热,这种热叫切削热。同时,切屑、工件以加工表面与刀具间的摩擦,也会消耗一部分功率,从而相应的产生热量。而使用切削液时,刀具、工件和切屑上的切削热主要由切削液带走;不用切削液时,切削热主要由切屑、工件和刀具带走或传出,其中切屑带走的热量最大,传向刀具的热量虽小,但前面和后面上的温度却影响着切削过程和刀具的磨损情况,所以了解切削温度的变化规律是十分必要的。

 

3、切削温度

 

切削过程中切削区各处的温度是不同的,形成一个温度场切屑和工件的温度分布,这个温度场影响切屑变形、积屑瘤的大小、加工表面质量、加工精度和刀具的磨损等,还影响切削速度的提高。一般说来,在切削过程中,由于切削力所做的机械工绝大部分转化为热能,如果切削热不及时传散,则切削区的平均温度将大幅度的上升。切削温度的升高,一方面使得切削区工件材料的强度、硬度下降,且使一些耐热性好、脆性大的刀具材料的韧性有所改善从而切削过程进行比较顺利;但更主要的另一方面是切削温度的升高,会加速刀具的磨损,使工件及刀具产生热变形,影响加工精度,造成工件表面的热损伤。

 

4、影响切屑变形、切削力及切削温度的因素

 

影响切屑变形、切削力及切削温度的因素包括工件材料、切削速度、进给量、切削深度、切削液和刀具前角等。首先工件材料因素,材料的强度越大、硬度越高、塑性越小,则产生的切屑变形也就相应的小;其次是切削速度因素,随切削速度的上升,切屑变形呈下降趋势。切削速度达到一定值后,切削力也有下降的趋势:第三是进给量因素,进给量增大,切削厚度将会增大,切屑的变形程度就会变小,但是由于切削面积会增大,切削力及切削温度均要上升;第四切削深度,切削深度增大,切屑变形变化不大,但是由于切削面积成正比增大,切削力呈正比增大;第五是切削液因素,切削液的冷却和润滑性能越好,切屑变形、切削力及切削温度三者都会的到改善,因此都会下降;第六是前角的增大,切屑变形会变小,对切削力影响也比较明显,切削力也会变小,其中在三个方向力中,主要是进给力和背向力受到的影响较大。



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