切削力

發(fā)布時(shí)間:2024-03-03
在切削加工中,切削力是一個(gè)非常重要的參數(shù),切削熱、刀具磨損等物理現(xiàn)象都與切削力有關(guān),切削力還是設(shè)計(jì)和使用機(jī)床、刀具、夾具的重要依據(jù)。
一、切削力與切削功率
1.切削力
切削時(shí),使被加工材料發(fā)生變形成為切屑所需的力稱為切削力。使被加工材料發(fā)生變形所需克服的力主要是:
1)切削層材料和工件表面層材料對(duì)彈性變形、塑性變形的抗力。
2)刀具前刀面與切屑、刀具后刀面與工件表面間的摩擦阻力。
2.切削合力與分力
上述各力的總和形成作用在車刀上的合力 ??蓪?分解為 、 和 三個(gè)互相垂直的分力。
垂直于基面,與切削速度 的方向一致,稱為切削力(也稱切向力、主切削力)。 是計(jì)算切削功率和設(shè)計(jì)機(jī)床的主要參數(shù)。
平行于基面,并與進(jìn)給方向相垂直,稱為背向力。
平行于基面,并與進(jìn)給方向平行,稱為進(jìn)給力。
在上述三個(gè)分力中, 值最大, 約為 , 約為 。
3.切削功率
消耗在切削過程中的功率稱為切削功率,用 表示。由于在 方向的位移極小,可以近似認(rèn)為 不作功,不消耗功率。根據(jù)切削功率選擇機(jī)床電動(dòng)機(jī)功率 時(shí),還要考慮機(jī)床的傳動(dòng)效率。
4.單位切削力的概念
單位切削面積上的切削力 稱為單位切削力。
二、切削力經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式
1.切削力的測(cè)量
2.切削力經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式
三、影響切削力的因素
1.工件材料的影響
工件材料的強(qiáng)度、硬度越高,切削力越大。切削脆性材料時(shí),被切材料的塑性變形及它與前刀面的摩擦都比較小,故其切削力相對(duì)較小。
2.切削用量的影響
(1)背吃刀量 和進(jìn)給量 和 增大,都會(huì)使切削力增大,但兩者的影響程度不同。 增大時(shí),變形系數(shù) 不變,切削力成正比增大; 增大時(shí), 有所下降,故切削力不成正比增大。在車削力的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式中, 的指數(shù) 近似等于1, 的指數(shù) 小于1。在切削層面積相同的條件下,采用大的進(jìn)給量 比采用大的背吃刀量 的切削力小。
(2)切削速度 切削塑性材料時(shí),在無積屑瘤產(chǎn)生的切削速度范圍內(nèi),隨著 的增大,切削力減??;這是因?yàn)?增大時(shí),切削溫度升高,摩擦系數(shù) 減小,從而使 減小,切削力下降。在產(chǎn)生積屑瘤的情況下,刀具的實(shí)際前角是隨積屑瘤的成長(zhǎng)與脫落變化的。在積屑瘤增長(zhǎng)期, 增大,積屑瘤高度增大,實(shí)際前角增大, 減小,切削力下降;在積屑瘤消退期, 增大,積屑瘤減小,實(shí)際前角變小, 增大,切削力上升。
切削鑄鐵等脆性材料時(shí),被切材料的塑性變形及它與前刀面的摩擦均比較小, 對(duì)切削力沒有顯著影響。
3.刀具幾何參數(shù)的影響
(1)前角 增大, 減小,切削力下降。切削塑性材料時(shí), 對(duì)切削力的影響較大;切削脆性材料時(shí),由于切削變形很小, 對(duì)切削力的影響不顯著。
(2)主偏角 主偏角 增大,背向力 減小,進(jìn)給力增大。
(3)刃傾角 改變?nèi)袃A角將影響切屑在前刀面上的流動(dòng)方向,從而使切削合力的方向發(fā)生變化。增大 , 減小, 增大。 在 范圍內(nèi)變化時(shí), 基本不變。
(4)負(fù)倒棱 為了提高刀尖部位強(qiáng)度,改善散熱條件,常在主切削刃上磨出一個(gè)帶有負(fù)前角 的棱臺(tái),其寬度為 。負(fù)倒棱對(duì)切削力的影響與負(fù)倒棱面在切屑形成過程中所起作用的大小有關(guān)。當(dāng)負(fù)倒棱寬度 小于切屑與前刀面接觸長(zhǎng)度 時(shí),切屑除與倒棱接觸外,主要還與前刀面接觸,切削力雖有所增大,但增大的幅度不大。當(dāng) > 時(shí),相當(dāng)于用負(fù)前角為 的車刀進(jìn)行切削,與不設(shè)負(fù)倒棱相比,切削力將顯著增大。
4.刀具磨損
后刀面磨損增大時(shí),后刀面上的法向力和摩擦力都增大,故切削力增大。
5. 切削液
使用以冷卻作用為主的切削液(如水溶液)對(duì)切削力影響不大,使用潤(rùn)滑作用強(qiáng)的切削液(如切削油)可使切削力減小。
6. 刀具材料
刀具材料與工件材料間的摩擦系數(shù)影響摩擦力的大小,導(dǎo)致切削力變化。在其它切削條件完全相同的條件下,用陶瓷刀切削比用硬質(zhì)合金刀具切削的切削力小,用高速鋼刀具進(jìn)行切削的切削力最大。
無論是從降低機(jī)床動(dòng)力消耗考慮,還是從降低工藝系統(tǒng)的變形考慮,通常希望能以較小的切削力完成預(yù)定的切削加工任務(wù),這在工藝系統(tǒng)剛度較差時(shí)尤為重要。讀者可以參照上述影響切削力諸多因素的分析,根據(jù)具體工況確定降低切削力的途徑和方法。
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