刀具刃口与切削工件接触的同时,根据作用力的大小,工件在刀刃刀尖作用的部位先产生变形。当这个力逐渐增大时,工件被刃口分成两部分,刃口继续向材中切进去。从工件切下分离出去的部分,被刀具前面压缩,受剪切应力和弯曲应力作用产生变形,成为切屑。切削过程中,作用于被切工件上的力其大小、作用方向,根据工件的性质、刀具的条件、切削参数的不同变化。图示各应力的主要作用区域。1为刀具刃口压入产生的集中应力;2为刀具前刀面与切屑接触产生的摩擦力;3为刀具前刀面上切屑因为弯曲产生的压缩应力;4为刀具前刀面因为切屑弯曲产生的拉应力;5为作用于切削方向的压应力或拉应力;6为为作用于垂直切削方向的剪切应力;7为大切削角切削时的压缩剪切应力;8为端向切削时使木纤维发生弯曲的弯曲应力;9为端向切削时作用在木纤维上的最大拉应力。
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正压力N1 Fx1
摩擦力f1 Fy1 Fx
刀尖 Fx尖 总合力F
正压力N2 Fx2 Fy
4.3被切削工件性质和切削阻力
补充:
5.1 切削力计算
·两个假设前提:
1、假设木材是匀质的各向同性材料;
2、刀具切削刃口是一个具有半径为γn的钝圆弧面,锐刀γn=5-10um。
·刀具对木材的作用力来源分析:
1、前刀面对切削层木材和切屑的作用;
2、后刀面对切削层表面木材的作用。
一、直线运动刀具上的作用力
根据图1-26所示:有缘学习更多关注桃报:奉献教育(店铺)
木材沿×-×线上点1分开(刃口沿切削方向最前点),取x与v向一致。
Ⅰ区:前刀面作用;分法向力Fγn,摩擦力Fγf
Ⅱ区:后刀面作用;后刀面对分开线以下木材挤压力Fαy;
后刀面对分开线以下木材沿切削速度方向作用力Fαx;
切削力分析:
前刀面γ:Fγf+Fγn=FγR=Fγx+Fγy
取x轴方向与V方向一致,Fγy方向与Fay方向向下为“十”值;
后刀面α:FαR=Fαx +Fαy
:FγR+ FαR =FR=Fx+Fy
切削力:Fx= Fγx + Fαx
法向力:Fy= Fγy + Fαy (Fy= Fαy ± Fγy)
其中:①βo:Fγn,FγR 前刀面与木材之间的摩擦角,取20~25°
②δ:切削角。前刀面与切前平面的夹角,δ=90°-γ
③当刀刃圆半径P与后角α一定时,Fαy不因切屑后度α的变化而变化。
④Fγy = Fγx·tg(90°-β0-δ)= Fγx·tg (γ-β0)
Fαy = Fαx /Uα
Uα——既考虑后刀面与木材的摩擦又考虑切削平面木材层弹塑性变形的系数。有缘学习更多关注桃报:奉献教育(店铺)
变纯系数Cp | 1 | 1.1 | 1.2 | 1.3 | 1.4 | 1.5 | 1.6 | 1.7 | >1.7 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Uα | 2 | 1.5 | 1.25 | 1.1 | 1.0 | 0.9 | 0.8 | 0.75 | 0.7 |
⑤在基本切削时,法向力方向有时向上(“-”)时称拉力,反之压力。
二、回转运动刀具上的作用力
图1-27 圆锯齿切削 取Fx与V方向一致
1、切向力:Ft= Fx=Fγx+Fαx
法向力:Fn= Fy=Fαy±Fγy
法向力为“-”称向心力,Fy方向与Fγy一致
法向力为“+”称离心力,Fy方向与Fαy一致
2、也可按U方向分,Fnu=Fx·Cosθ-Fy·sinθ
FLu=Fx·sinθ+Fy·Cosθ
三、单位切削力和单位切削功
Fx Fx Fx
①P= (N/mm2)= ·106(N/m2)= ·106(Pa) Fx=p·a·b
A A A
Fx——切向力;
A——切屑面积,A=a·b(mm2);
W Fx·L Fx
②K= = = =P
O a·b·l a·b
四、切削力的经验公式
切削木材过程:①木材本身材性;②刀具特性;③切削用量。
1、建立经验公式的方法
(1)确立Fx′与a的关系
切向力Fx=p·a·b P:单位切削力, Fx:切向力
Fx′=Fx/b=p·a Fx′:单位切屑宽度上作用的切向力
(2)Fx′与刀具磨损变纯的关系,与Cρ有关(Ua);
(3)Fx′与V、δ、材种,木材纤维方向关系;
(4)Fx′与以上因素有关的经验方式;
P28页图1-29(图略)
图中:f′——AB直线的纵截距;
P′——a>0.1mm时直线AB的斜率;
0.2f′——BD直线的纵截距;
Pru——a<0.1mm时直线BD的斜率;
φ1,φ2如图所示
P′=tgφ1
0.8f′+0.1P′
△BDD′中:Pru=tgφ2= =8f′+P′
0.1
2 具体计算有缘学习更多关注桃报:奉献教育(店铺)
1)切屑厚度与单位切削力关系
(1)α≥0.1mm时,由AB直线方程Fx′=P′·α+f′=0.2f′+(0.8f′+P′α)
=Fαx′ + Fγx′
Fαx′,Fγx′——后刀面或前刀面上的单位切屑宽度上的切向力
(2)当α<0.1mm时,Fu′=Pru′·αu +0.2f′
又∵ Pru=tgφ2=8f′+P′
∴ Fu′=0.2f′+(8f′+P′)·αu
=Fαx′+ Fγxu′
Fαx′、Fγxu′——后刀面或前刀面上的单位切屑宽度上切向力
(3)单位切削力P随切屑厚度α的变化而变化的关系成为:
Fx′ f′ 0.2f′ 0.8f′
α≥0.1mm时,P= = +p′= +( + p′)= Pαx +Pγx
α α α α
Fu′ 0.2f′ 0.2f′
α<0.1mm时,Pu= = +Pru = +(8f′+P′) =Pαx+Pγxu
αu αu αu
2)刀具变纯与单位切削力关系有缘学习更多关注桃报:奉献教育(店铺)
一般与后刀面单位切削力有影响
锐刀:Cp=1时,Fαx′=0.2f′=(1-0.8)f′
纯刀:CP>1时,Fαx′=(Cp-0.8)f′
CP——变纯系数,CP=1~1.7;CP=1+0.2△ρ/ρ0
△ρ——刀刃圆半径的增量,锋利时CP=1;
故:Fx′=0.2f′+(0.8f′+P′α)=(CP-0.8)f′+(0.8 f′+P′α)
=CP·f′+P′α
α≥0.1mm时,P=Pα+Pγ=CP·f′/α+P′
(CP-0.8)·f′
α<0.1mm时,Pu=Pα+Pγ= +(8f′+P′)
αU
3)确定δ、v、切削方向相对纤维方向和材种因素与单位切削力关系
a、主要切削方向:P p′=A p′δ+B p·V-Cp
fp’
主要切削方向单位切削力: P p= + Pp’
a
·式中f’p查表1-2,Ap、Bp、Cρ见表1-2,1-3(P28页)
·注意:当锯切V<70m/s,铣削V<40 m/s时,以90-V代替V计算
b、过渡切削方向:Pt′=At·δ+ Bt·V-Ct
ft′
Pt= + Pt′
a
又 At Bt Ct ft′
#-11 #-⊥ 11-⊥
φ
A#-11= A#+(A11-A#)(1- )
90
φ
A#-⊥= A#+(A⊥-A#)
90
φ
A11-⊥=A11+(A⊥-A11)
90
同理Bt、Ct、ft均适用上式
4)综述
当a≥0.1mm时:
Cp·fp′
主切削方向 Pp= +(Ap·δ+Bp·V-Cp)
a
Cp·f t′
过渡切削方向 Pt= +(At·δ+Bt·V-Ct)
a
当a<0.1mm时:
(Cp-0.8) f p′
主切削方向 Pup= +8f p′+( Ap·δ+Bp·V-Cp)
au
(Cp-0.8) f t′
过渡切削方向 Put= +8f t′+( At·δ+Bt·V-Ct)
au
5)例题分析见《木材切削刀具学》P47页例1、例2
作业一:
1、已知:r=25°,β=50°,刨削松木,v=15m/s,u=30m/min,求工作后角αw。
2、已知纵向刨削,a=0.15mm,b=80mm的松木,δ=65°,v=30m/s,ρ0=5um,ρ=20 um,β0=20°松木、求Fx,Fy,Pc.
3、条件同上,横端(#-⊥)ψ刃=30°,求Fx,Fy ,Pc
4、试分析Fx,Fy与切屑厚度a的关系
5、简述纵向、横向切削时的切削过程。
6、试分析影响切削阻力的因素?
7、试分析平面刨削切削力的力学模型和计算公式。
原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。
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