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影响切削力的因素很多,主要是工件材料、切削用量、刀具几何参数及刀具磨损等。

一、工件材料的影响

被加工工件材料的强度、硬度越高,则τs越大(式4—15),虽然变形系数Λh有 所减小。但总起来切削力还是增大的。强度相近的材料,如其塑性(伸长率)较大,则强化系数n较大,与刀具间的摩擦系数μ和摩擦角β也较大,故切削力增大。 切削脆性材料时,得崩碎切屑。塑性变形及与前刀具面的摩擦都很小,故其切削力一般低于塑性材料。例如:45钢(中碳钢)的切削力高于A3钢(低碳钢);调 质钢和淬火钢高于正火钢;1Cr18Ni9Ti不锈高于45钢;铸铁和铜、铝合金低于钢材料;紫铜高于黄铜。具体数据见表4-3和附录4。在计算某一种工件材料的切削力和切削功率时,必须在资料中查找该材料的切削力有关数据,或借用类别相同、性能相近材料的数据。但是,在各种资料中,工件材料的种类不可能十分齐全,有时可借用现有材料的数据加以适当修正。在《切削用量手册》[73]中有较完整的工件材料机械(力学)性能对切削力的修正系数,可以参考使用。

二、切削用量的影响

1. 切削深度和进给量

切削深度ap或进给量f加大,均使切削力增大,但两者的影响程度不同。ap加大时,变形系数Λh不变,切削力成正比增大;而加大时,Λh有所下降,故切削力不成正比增大。在车削力的经验公式中,加工各种材料,ap的指数xFc≈1,而f的指数yFc=0.75—0.9。即当ap加大一倍时,Fc约增大一倍;而f加大一倍时,Fc只增大68—86%。因此,在切削加工中,如果从切削力和切削功率来考虑,加大进给量比加大切削深度有利。表4—3列出的kc值是在f=0.3mm/r时得到的。如果进给量f≠0.3mm/r,则需乘以相应的修正系数。实验表明,yFc的平均值约为0.85,据此算出进给量对切削力的修正系数值kfFc(表4—5)。

2.切削速度

加工塑性金属时,在中速和高速下,切削力一般随着切削速度的增大耳减小(图4-13)这主要是因为Vc增大,将使切削温度提高,μ下降,从而使Λh减小。如图413所示,在低速范围内,由于存在着积屑瘤,所以切削速度对于切削力的影响,有著特殊的规律,可参第三章中的图329及其文字叙述,这里就不再重复了。

切削脆性金属(如灰铸铁、铅黄铜),因其塑性交形很小,切屑和前刀面的摩擦也很小,所以切削速度对切削力没有显著的影响。

切削速度对切削力的修正系数值见表4-6

三、 刀具几何参数的影响

1.前角γ

前角γ加大,被切金属的变形减小,式4-15中的Λh值和C值都要减小,因此切削力显著下降。一般,加工塑性较大的金属时,前角对切削力的影响比加工塑性较小的金属更显著。例如,车刀前角每加大10,加工45钢的Fc约降低1%,加工紫铜的Fc约降低2%3%,而加工铅黄铜的Fc仅降低0.4%。图4-14表示车削45钢时前角对切削力的影响。其修正系数值见表4-7

2.负倒棱

在锋利的切削刃上磨出适当宽度的负倒棱,可以提高刃区的强度,从而提高刀具使用寿命但将使被切金属的变形加大,使切削力有所增加。负倒棱是通过它的宽度bγ对进给量f的比值(bγf)来影响切削力的。负倒棱对切削力的修正系数值见表48

3.主偏角

图415表示车削45钢时主偏角kr对切削力的影响。

(1)当kr加大时,Fp减小,Ff加大。可由图42和式43得到解释。

(2)当加工塑性金属时,随kr加大,Fc减小;约在kr=60750之间,Fc减到最小;然后随kr继续加大,Fc又有所增大。Fc的变动范围不大,无论减小或增大,都在10%以内。

主偏角对切削力的修正系数值见表4-9

(3)kr加大时,Fp/Fc减小,Ff/Fc加大。根据实验数据的统计,列出加工钢料和铸铁时的Fp/Fc、Ff/Fc比值如表4-10。在已知Fc之后,可以用这个比值估算Fp和Ff

4.刃倾角

图4-16表示车削45钢时,刃倾角λs对切削力的影响。刃倾角变化时 ,将改变合力F的方向,因而影响各分力的大小。刃倾角λs减小时,Fp增大,Ff减小。在非自由切削的情况下,刃倾角在10——45°的范围内变化时,Fc 基本不变。刃倾角对切削力的修正系数值见表4-11

5.刀尖圆弧半径

在一般的切削加工中,刀尖圆弧半径rεFp 、Ff的影响较大,对Fc 的影响较小。图4-17 表示加工45钢时刀尖圆弧半径对切削力的影响。从图4-17可以看出,当刀尖圆弧半径在0.252mm范围内变化时,随着rε的加大,Fp增大,Ff减小,Fc仅略有增大。

刀尖圆弧半径对切削力的修正系数见表4-12

四、刀具磨损的影响

图418表示车削45钢时,后刀面磨损量对切削力的影响。后刀面磨损后,形成了后角等于零、高度为VB的小棱面,作用在后刀面上的法向力FaN 和摩擦力Fa都将增大,故切削力加大。后刀面磨损对切削力的修正系数值见表413。由图418可以看出,当VB加大时,Fp和Ff 的增大比Fc要显著一些。在现代加工机床上,有时用切削力、切削功率的增大或切削分力之间比值的变化来实现刀具磨损在线检测。

五、切削液的影响

以冷却作用为主的水溶液对切削力影响很小。而润滑作用强的切削油能够显著的降低切削力,这是由于它的润滑作用,减小了刀具前刀面与切屑、后刀面与工件表面之间的摩擦,甚至还能减小被加工金属的塑性变形。例如,在车削中使用极压乳化液,比干切时的切削力降低10%—20%;攻丝时使用极压切削油,比使用5号高速机油时的扭矩降低20%—30%。

六、刀具材料的影响

刀具材料不是硬削切削的主要因素。但由于不同的刀具材料与工件材料之间的摩擦系数不同,因此对切削力也有一些影响。如用YT类硬质合金刀具切削钢料时的Fc比用高速钢刀具约降低5%—10%;用YG类硬质合金刀具和高速钢刀具切削铸铁,切削力基本相同。


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