Transcript 3-2切削力
§3-2切削力 切削加工时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力称为 切削力。切削力是金属切削过程中的主要物理现象之一， 其大小直接影响切削热、刀具磨损和刀具寿命；同时切削 力又是设计和使用机床、刀具及夹具的重要依据。 一、切削力与切削功率 1．切削力的来源及各分力 在切屑形成过程中，除了工件上的切削层和已加 工表面产生弹性变形、塑性变形外，所形成的切屑 与刀具的前刀面之间及工件上的已加工表面与刀具 的后刀面之间还要发生摩擦，因此在切削加工时必 然要克服材料的变形抗力及前后面上的摩擦阻力。 如图3-14所示。 这些作用在刀具上所有力的合力称为总切削力，用F来表示。 生产中，为了分析切削力对工件、刀具和机床的 影响，通常把总切削力F分解为三个分力。如图3-15 所示。其中： 切削力 ——也称主切削力，车外圆时，又称切向力。 它是总切削力在主运动方向的分力，与切削速度的方向 一致。消耗90﹪以上的切削功率，是计算刀具强度、机 床功率的主要依据。 Fc 背向力 ——在车外圆时它与工件的轴线相平行，又 称轴向力。它是总切削力在垂直进给运动方向的分力， F 此力在基面内。不消耗功率，它会使工件弯曲变形，影 p 响工件的形状精度，是引起振动的主要因素。 进给力 ——在车外圆时它与工件的轴线相平行， 又称轴向力。它是总切削力在进给运动方向的分力， 它在基面内。作用在进给机构上，是验算机床进给系 统强度、刚性的依据。 Ff 三、影响切削力的因素 影响切削力的因素很多，凡是影响变形和摩擦 的因素都影响切削力。 1．工件材料 工件材料的强度、硬度越高，切削力越大。如与45钢相 比，加工60钢的切削力增大了4﹪，加工35钢的切削力减 少了13﹪。 当两种材料强度相近时，塑性、韧性大的材料切削力 大。如不锈钢1Cr18Ni9Ti的强度、硬度与45钢相差无几， 但由于其延伸率是45钢的4倍，变形强化程度较高，所以 切削时变形大，加工时产生的切削力较45钢增大25﹪。 切削铸铁等脆性材料，形成崩碎切屑，刀—屑接触长 度短摩擦较小，切削力也较小。 2．切削用量 （1）背吃刀量和进给量 ap f 背吃刀量和进给量f加大，均使切削力增大，但两 者的影响程度不同。见表3-1。 f 进给量不变背吃刀量增加一倍，切削力也增大一倍。 ap 不变，进给量增大一倍时，切削力不成正比例增加，增 大0.7~0.8倍。上述影响反映在切削力实验公式中指数， x Fc 1 y Fc 0.75 (2)切削速度 vc 切削速度加工塑性金属时，切削速度对切削力的影响 主要是由于积屑瘤影响实际前角和切削温度的变化造成 的。如图3-17所示 在中低速时，切削力的变化是受积屑瘤影响的。随积 屑瘤的增大或减小使刀具实际前角增大或减小而导致切 削力的变化。在高速时，随切削速度的增大，切削温度 升高，摩擦下降，切屑变形减小，切削力减小。 加工脆性材料时，变形和摩擦均较小，故切削速度对 切削力影响不大。 v c 对切削力的影响 总结：在切削用量三要素中， 最小。实验表明，当切削速度从50m/min增加到 500m/min时，切削力只减小约40%。所以若刀具材料 和机床性能允许，采用高速切削，既能提高生产效 率，又使切削力减小。 3．刀具几何参数 （1）前角 o o 增大，变形减小，切削力 切削塑性材料时， Fc、Fp、Ff降低。如图3-18所示。 切削脆性材料时，由于变形小，摩擦小，前角对 切削力的影响不明显。 （2）负倒棱 负倒棱使切削刃变钝，切削力增加。 （3）主偏角 r 由图3-20可知，主偏角的变化，改变背向力和进给力的比 例，主偏角增大，背向力减少，进给力增大。生产 中，车细长轴时，系统刚性差，常采用较大的主偏角 （=75°、90°，甚至大于90°），以防止工件在背向力 作用下变形而加工出腰鼓形工件。 r r （4）刀尖圆弧半径 刀尖圆弧半径对背向力的影响最大，随着刀尖 圆弧半径的增大，切削变形增大，切削力 增大。实验表明，当 由0.25mm增大到1mm时， 可增大20﹪左右，易引起振动。所以，为防止振 动，应减小刀尖圆弧半径 。 （5）刃倾角 s 刃倾角对切削力的影响较小，对背向力和进给 力影响较大，实验证明，当刃倾角逐渐由正 值变为负值时，背向力增大，进给力减少。 如图3-21所示。因此对于系统刚性较差，如加工 一细长轴，应选用正的刃倾角。 4．其他因素 (1)刀具磨损 刀具后面磨损，使刀具与加工表面间的摩擦加剧，故切削 力都增加。 （2）刀具材料 当切削材料相同时，刀具材料与工件材料的摩擦系数、亲 和力越小，切削力越小。同样条件下，陶瓷刀具比硬质合 金刀具的切削力低5﹪~10﹪，而高速钢刀具的切削力比硬 质合金刀具略高。 （3）切削液 以冷却为主的水溶液对切削力的影响很小，而润滑作用 强的切削油由于其润滑作用，可以减小刀具与切屑、工件 表面间的摩擦，故能显著降低切削力。切削力比干切时一 般可降低10﹪~15﹪，这对于高速钢刀具更有实际意义， 而硬质合金和陶瓷刀具由于对热裂敏感，一般不加切削液。