四大基本规律

切削加工的研究现状及其新发展DevelopmentandPerspectiveofMetalCuttingTechnology邓建新DengJianxin山东大学机械 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院ShandongUniversity2005-8一、概述(Introduction)1.1研究切削加工理论的意义1.2主要研究内容二、切削加工基本理论(Basictheory)2.1切削变形规律2.2切削力及其变化规律2.3切削温度及其变化规律2.4切刀具磨损和破损规律三、切削加工刀具材料及其新发展3.1刀具材料应具备的性能3.2刀具材料的种类和性能3.3刀具材料新发展及其应用四、切削加工技术的新发展4.1干切削4.2超精密加工4.3超高速加工4.4纳米级加工研究切削加工理论的意义在工业发达国家中，国民经济所创造的物质财富制造业占2/3。国民经济各部门都有相当的机械制造力量。在各种机械加工方法中，切削加工所占比重最大，目前零件的最终形成仍以切削加工为主。机械制造中所用工作母机有80%-90%仍为金属切削机床。日本每年消费在与切削加工有关的费用超过l0000亿日元，美国每年消耗在切削加工方面的费用超过1000亿美元，刀具产值超过100亿美元全世界年钢产量约15亿吨，其中约有1亿吨被刀具切成切屑。1994年我国已成为世界上仅次于美国的第二大机床消费国。目前机床拥有量达几百万台，从事切削加工的人员高达到几千万，每年切削加工费达几百亿元。从事切削加工研究人员高达到几十万。传统切削加工理论研究内容四大基本规律:切削变形切削力切削温度刀具磨损和破损其它研究内容刀具材料的种类、性能、几何参数、合理选用切削液的种类、性能、选用难加工材料的切削加工工件材料的切削加工性、加工 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面质量的评定切削用量的选择和优化磨削加工目前研究热点超高速切削精密及超精密加工、、微细加工和纳米级加工自动化加工中刀具可靠性研究切削过程在线检测、监控和预报新型刀具材料的设计与开发新型高难加工材料的切削加工其它新型加工方法，如：基于环保意识的绿色干切削、硬切削、低温切削、加热切削、振动切削等复杂曲面加工，复杂刀具CAD/CAM国内研究现状山东大学(新型陶瓷刀具材料、刀具磨损破损、切削可靠性等)，代表性人物：艾兴院士哈尔滨工业大学(精密、超精密加工、纳米级加工、特种加工等)，代表性人物：袁哲俊教授大连理工大学(切削理论、剪切角理论、石材加工等)，代表性人物：刘培德教授北京理工(硬质合金刀具、难加工材料加工等)，代表性人物：于启勋教授天津大学(陶瓷精密磨削加工等)，代表性人物：于思远教授东北大学(磨削加工)，代表性人物：郑焕文教授华南理工大学(加工表面质量、积屑瘤、加工表面残余应力)，代表性人物：周泽华教授华中科技大学（陈日曜教授）、南京航空航天大学张幼帧曜教授）、北京航空航天大学（陈鼎昌教授）、清华大学、成都工具研究所等美国、日本、德国、澳大利亚、英国等美国:Merchant,LeeandShaffer日本：臼井英治、小野浩二、中山一雄澳大利亚：Oxley国外研究现状切削加工基本理论切削变形三个变形区第一变形区：剪切变形，主要影响切屑的形成、切削力和温度。实质：剪切滑移第二变形区：前刀面的摩擦特性，主要影响刀具前刀面的磨损。实质：刀—屑摩擦第三变形区：加工表面质量，主要影响刀具后刀面的磨损和加工表面质量。实质：刀—工摩擦研究切削变形的实验方法侧面变形观察法高速摄影法快速落刀法SEM观察法光弹性、光塑性实验法其它方法，如：X射线衍射等表示变形程度的方法剪切角剪应变变形系数刀屑接触长度L剪切角o越大，变形越小o增大，越大，变形越小剪应变变形系数ach为切屑厚度，ac为切削厚度剪应变与变形系数的关系刀屑接触长度Lo刀具前刀面的摩擦特性，法应力=s剪应力，=OAB刀具OA—粘结区（内摩擦区）：摩擦系数是变化的AB—滑动区（外摩擦区）：摩擦系数是常数影响前刀面摩擦系数的主要因素工件材料：强度硬度增大，减小切削厚度：切削厚度增大，减小切削速度：低速，V大，越大；高速，V大，越小，刀具前角：o增大，越大积屑瘤形成原因：高温、高压，粘结、冷焊积屑瘤的作用：增大前角增大切削厚度表面粗糙增大保护刀具防止积屑瘤的办法：低速切削、或高速切削添加润滑液、较小摩擦增大刀具前角，减小刀—屑间的压力提高工件硬度，减小加工硬化切屑类型带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑单元切屑切削加工基本理论切削力及其变化规律切削力的来源弹性、塑性抗力摩擦力切削力的测量测量机床功率计算切削力电阻应变片测力仪压电晶体测力仪切削力的计算经验公式（查手册）理论公式（计算与预报）FEM分析计算影响切削力的主要因素工件材料切削用量（V,f,ap）刀具几何参数刀具材料切削液刀具磨损机床和装夹切削力的理论研究剪切角()理论(从固体力学出发)Merchant理论：剪切面位于要求剪切能量最小的位置=/4+(o-)/2LeeandShaffer理论：最大主应力和最大剪应力之间的夹角为/4=/4+o-剪切角()理论(从固体力学出发)MCShaw理论：剪切面不一定与最大剪应力平面一致=/4+o-+Oxley理论：考虑加工硬化、应变效应……佐列夫理论位错理论(从位错的观点研究切削力)切削加工基本理论切削温度及其变化规律切削热的产生：摩擦与变形消耗功切削热的传出：机床、刀具、工件、切屑、介质切削温度的测量热电偶法(自然、人工)辐射、红外、热敏电阻等切削温度计算经验公式（查手册）理论公式（计算与预报）FEM分析计算切削温度的分布影响切削温度的主要因素工件材料切削用量（V,f,ap）刀具几何参数刀具材料切削液刀具磨损切削加工基本理论刀具磨损和破损刀具磨损形式：前刀面后刀面边界磨损前刀面磨损后刀面磨损刀具磨损的主要原因磨料磨损粘结磨损扩散磨损化学磨损低温下以机械磨损为主高温下以热、化学磨损为主对刀具磨损起主要作用的是切削温度刀具磨损原因刀具磨损原因刀具磨损原因CeramicCarbideInterfaceCoTiAlW刀具破损的主要原因脆性破损—崩刃、打刀、脱落疲劳破损—裂纹及其扩展塑性破损实质：大的机械应力和热应力刀具破损原因刀具破损原因刀具破损原因加工表面质量加工表面质量的概念加工表面硬化残余应力表面粗糙度加工表面的形成加工表面硬化原因：塑性变形表示方法：硬化程度、硬化深度影响因素：刀具、工件、切削用量：加工表面残余应力原因：塑性变形、相变引起的体积变化表示方法：残余拉应力、压应力影响因素：刀具、工件、切削用量：加工表面粗糙度原因：几何因素、积屑瘤、鳞刺、切削变形、刀具边界磨损、崩刃、振动等表示方法：Ra影响因素：刀具、工件、切削用量：切削液切削液分类非水溶性切削液：主要是切削油水溶性切削液：水溶液和乳化液切削液的作用冷却作用润滑作用防锈作用冲洗作用切削液润滑作用ACDB主要目的：减小切削过程中刀具与工件之间的摩擦系数基本原理：在刀具前刀面和切屑之间形成具有润滑作用的润滑薄膜润滑薄膜主要有：物理吸附膜、化学吸附膜、化学反应膜、氧化膜、涂层润滑膜及自润滑膜等。油性添加剂能够与金属表面形成牢固的物理吸附薄膜润滑剂的极性分子能够同金属表面经由化学吸附形成化学吸附膜某些润滑剂分子可以同金属表面发生化学反应而形成化学反应膜刀具或工件中的元素在切削高温下氧化而形成物润滑膜利用涂层涂覆技术可在刀具表面形成润滑涂层刀具材料本身在切削加工过程中形成具有润滑作用的自润滑膜切削力较小时，润滑膜较容易保持并起到减摩作用；随切削力增大，润滑膜不断磨损并脱落，切削加工摩擦副处于边界润滑或混合润滑状态。若切削力进一步增大并导致边界润滑膜发生破裂失效，则切削加工摩擦副将处于无润滑的干切削状态。边界润滑下的摩擦力居于流体润滑下的摩擦力和干切削摩擦力之间切削润滑方式传统切削液润滑切削液中固体润滑剂的应用最少量润滑技术(MQL)软涂层自润滑刀具自润滑刀具润滑自润滑刀具利用摩擦化学反应实现刀具润滑软涂层自润滑刀具通过引入固体润滑剂实现刀具润滑利用摩擦化学反应实现刀具润滑软涂层自润滑刀具非涂层刀具MoS2“软”涂层刀具MoS2/Ti“软”涂层刀具通过引入固体润滑剂实现刀具润滑chipCeramictoolsolidlubricantsworkpiece谢谢大家！ThankYou