材料切削機(jī)理課件演講人：日期:CATALOGUE目錄02切削力與能量分布01切削加工基礎(chǔ)理論03切削熱效應(yīng)與溫度場04刀具磨損與失效機(jī)制05加工表面質(zhì)量研究06先進(jìn)切削技術(shù)應(yīng)用切削加工基礎(chǔ)理論01ABCD切削運(yùn)動指刀具與工件之間相對運(yùn)動，從而實現(xiàn)材料去除的過程。切削過程基本定義切削力切削過程中產(chǎn)生的力，包括主切削力、進(jìn)給力和背向力等。切削參數(shù)包括切削速度、進(jìn)給量、切削深度等，影響切削效果和刀具壽命。切削熱切削過程中產(chǎn)生的熱量，主要來源于材料塑性變形和摩擦。切削利用刀具的銳利刃口，將多余材料切除形成切屑的過程。材料去除分類方法01磨削利用磨料顆粒的切削作用，從工件表面去除細(xì)小材料的過程。02特種加工如電火花加工、激光加工等，通過非機(jī)械能去除材料的方法。03鑿削、銑削、鉆削等根據(jù)加工方式和刀具形狀的不同，材料去除的分類方法也有所不同。04切屑形成機(jī)理分析切屑的形成過程材料在刀具作用下發(fā)生彈性變形、塑性變形，最終斷裂形成切屑。切屑的形狀與類型根據(jù)切削條件和材料性質(zhì)，切屑可呈帶狀、節(jié)狀、崩碎狀等。切屑的卷曲與折斷切屑在形成過程中會卷曲，當(dāng)卷曲半徑過小或遇到障礙時可能折斷。切屑的排除與控制合理的排屑方式有助于提高加工效率和保護(hù)刀具。切削力與能量分布02切削力來源切削力分類切削力測量切削力影響因素材料切削過程中，刀具對材料的切削、摩擦和擠壓等作用產(chǎn)生的力。主切削力、進(jìn)給力和背向力，分別對應(yīng)刀具在切削過程中的主要運(yùn)動方向。使用測力儀或傳感器等設(shè)備，測量切削過程中各方向上的切削力大小。切削參數(shù)、刀具幾何參數(shù)、材料性能等。切削力組成與測量切削參數(shù)切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量等，對切削力的大小和分布有直接影響。刀具幾何參數(shù)前角、后角、刃傾角等，影響刀具與材料的接觸部位和切削方向。材料性能硬度、韌性、塑性等，影響切削過程中的變形和摩擦情況。切削液降低切削溫度，減少摩擦，改善切削力的傳遞和分布。01020403動態(tài)切削力影響因素切削能切削過程中產(chǎn)生的總能量，包括切削變形能、摩擦能和動能等。能量轉(zhuǎn)換與傳遞切削能如何轉(zhuǎn)化為熱能、聲能、光能等其他形式的能量，并傳遞到刀具、工件和切削液中。能量分配比例切削能中各部分能量的比例，如切削變形能占比、摩擦能占比等。能量模型應(yīng)用通過建立能量分配數(shù)學(xué)模型，預(yù)測切削過程中的能量消耗和分布，優(yōu)化切削參數(shù)和刀具設(shè)計，提高加工效率和質(zhì)量。能量分配數(shù)學(xué)模型切削熱效應(yīng)與溫度場03切削熱的傳導(dǎo)切削熱主要通過切屑、工件和刀具進(jìn)行傳導(dǎo)，其中切屑帶走的熱量最多，工件次之，刀具最少。切削熱的劃分根據(jù)切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo)特點，可將切削區(qū)劃分為三個發(fā)熱區(qū)，即剪切區(qū)、摩擦區(qū)和刀具區(qū)。切削熱的來源切削過程中，切削層金屬的彈塑性變形、切屑與前刀面的摩擦、切屑與后刀面的摩擦等都會產(chǎn)生切削熱。熱源產(chǎn)生機(jī)理切削溫度的影響因素切削溫度主要受切削用量、刀具幾何參數(shù)、工件材料、切削液等因素的影響。切削溫度的最高點通常出現(xiàn)在切屑與刀具接觸的前刀面處，是切削溫度的最高點。切削溫度的分布規(guī)律切削溫度沿切削刃從切削區(qū)向刀具和工件內(nèi)部逐漸降低，形成一定的溫度梯度。溫度分布特征切削液的選用切削液可以有效降低切削溫度，減少切削熱對工件和刀具的熱變形影響。刀具幾何參數(shù)的優(yōu)化通過優(yōu)化刀具的幾何參數(shù)，如前角、后角、刃傾角等，可以改善切削條件，降低切削溫度。切削用量的調(diào)整合理選擇切削用量，如切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量等，可以減小切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo)，從而控制熱變形。刀具材料的選擇選擇高熱導(dǎo)率、低膨脹系數(shù)的刀具材料，以減少刀具的熱變形。熱變形控制策略01020304刀具磨損與失效機(jī)制04磨損類型刀具磨損主要包括機(jī)械磨損、化學(xué)磨損和熱磨損等。表征參數(shù)磨損量、磨損形態(tài)、磨損分布、磨損極限等。磨損類型與表征參數(shù)磨損過程動態(tài)監(jiān)測對監(jiān)測信號進(jìn)行處理和分析，提取特征值，預(yù)測刀具磨損趨勢。信號處理采用傳感器實時監(jiān)測刀具磨損狀態(tài)，如振動、聲發(fā)射、溫度等。監(jiān)測方法高精度傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、信號處理和分析軟件等。監(jiān)測設(shè)備根據(jù)切削條件選擇合適的切削速度、進(jìn)給量和切削深度等參數(shù)。優(yōu)化切削參數(shù)刀具壽命優(yōu)化方法選擇具有高硬度、高耐磨性、高耐熱性和高韌性的刀具材料。刀具材料選擇合理設(shè)計刀具結(jié)構(gòu)，降低切削力、切削溫度和磨損。刀具結(jié)構(gòu)優(yōu)化在刀具表面涂覆一層硬質(zhì)薄膜，提高刀具的耐磨性和耐熱性。涂層技術(shù)加工表面質(zhì)量研究0501020304前角、后角、刃口半徑等幾何參數(shù)影響切削過程中的擠壓與摩擦，從而影響表面粗糙度。表面粗糙度形成機(jī)理刀具幾何參數(shù)的作用切削過程中的振動和積屑瘤的產(chǎn)生也會導(dǎo)致表面粗糙度的增加。振動與積屑瘤工件材料的硬度、塑性、韌性等物理特性對表面粗糙度的形成有重要影響。工件材料特性切削速度、進(jìn)給量、切削深度等參數(shù)對表面粗糙度有直接影響。切削參數(shù)的影響機(jī)械應(yīng)力熱應(yīng)力相變應(yīng)力殘余應(yīng)力的影響切削過程中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力是導(dǎo)致殘余應(yīng)力的主要原因。切削時產(chǎn)生的熱量會引起工件內(nèi)部的溫度梯度，進(jìn)而產(chǎn)生熱應(yīng)力。切削過程中工件表層材料可能發(fā)生相變，從而產(chǎn)生相變應(yīng)力。殘余應(yīng)力對工件的強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性、疲勞壽命等性能有重要影響。殘余應(yīng)力分布規(guī)律表面完整性評價標(biāo)準(zhǔn)6px6px6px表面粗糙度是評價表面質(zhì)量的重要指標(biāo)，通常用輪廓算術(shù)平均偏差Ra表示。表面粗糙度殘余應(yīng)力對工件的抗疲勞性能、耐腐蝕性以及尺寸穩(wěn)定性等具有重要影響。表面殘余應(yīng)力切削加工后，表面層的硬度通常會發(fā)生變化，這是評價表面完整性的重要指標(biāo)之一。表面層硬度010302加工后的表面形貌和紋理也是評價表面完整性的重要因素，包括表面波紋度、表面缺陷等。表面形貌與紋理04先進(jìn)切削技術(shù)應(yīng)用06鈦合金切削采用高速鋼刀具和硬質(zhì)合金刀具，優(yōu)化切削參數(shù)和刀具路徑，實現(xiàn)難加工材料的高效切削。高溫合金切削通過選用耐磨、耐高溫的刀具材料，以及優(yōu)化切削液和切削參數(shù)，解決高溫合金切削中的刀具磨損和表面質(zhì)量問題。復(fù)合材料切削針對復(fù)合材料的層間強(qiáng)度低、易分層等特點，采用特殊刀具和切削工藝，避免分層、撕裂等加工缺陷。難加工材料切削案例微細(xì)鉆削技術(shù)針對微小孔的加工需求，采用超硬材料制成的微小鉆頭，實現(xiàn)高精度、高效率的微孔加工。微細(xì)磨削技術(shù)利用超硬磨料和精密的磨削工藝，實現(xiàn)微小零件的表面精加工和形狀精度控制。微細(xì)銑削技術(shù)通過選用極細(xì)的刀具和優(yōu)化的進(jìn)給速度，實現(xiàn)微小零件的精密加工，廣泛應(yīng)用于微電子、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。微細(xì)切削工藝突破通過集成傳感器和監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測切削過程中的切削力、溫度