机械制造技术--第二章-金属切削基本理论课件

第二章第二章金属切削基本理论金属切削基本理论 在在金金属属切切削削过过程程中中，始始终终存存在在着着刀刀具具切切削削工工件件和和工工件件材材料料抵抵抗抗切切削削的的矛矛盾盾，从从而而产产生生一一系系列列物物理理现现象象，如如切切削削变变形形、切切削削力力、切切削削热热与与切切削削温温度度以以及及有有关关刀刀具具的的磨磨损损与与刀刀具寿命、卷屑与断屑等。具寿命、卷屑与断屑等。研究、掌握并能灵活应用金属切削基本理研究、掌握并能灵活应用金属切削基本理论论,对有效控制切削过程、保证加工精度和表对有效控制切削过程、保证加工精度和表面质量，提高切削效率、降低生产成本，合理面质量，提高切削效率、降低生产成本，合理改进、设计刀具几何参数，减轻工人的劳动强改进、设计刀具几何参数，减轻工人的劳动强度等有重要的指导意义。度等有重要的指导意义。第二章第二章金属切削基本理论金属切削基本理论在金属切削过在金属切削过金属切削过程金属切削过程:是指通过切削运动，使刀具从工件上切下多余的金属层，形成切屑和已加工表面的过程。金属切削过程金属切削过程:是指通过切削运动，使刀具从工件上切下是指通过切削运动，使刀具从工件上切下第一节第一节 金属切削过程金属切削过程一、金属切削层的切削变形一、金属切削层的切削变形1切削变形的力学本质切削变形的力学本质 切削金属形成切屑的过程是一个类似于金属材料受挤压作用，产生塑性变形进而产生剪切滑移的变形过程（图）。金属切削过程金属切削过程:是指通过切削运动，使刀具从工件上切下多余的金属层，形成切屑和已加工表面的过程。第一节第一节金属切削过程一、金属切削层的切削变形金属切削过程一、金属切削层的切削变形1切削变形的力切削变形的力图图2-1挤压与切削的比较挤压与切削的比较图图2-1挤压与切削的比较挤压与切削的比较三个变形区三个变形区三个变形区三个变形区根据实验时的切削层变形图片可绘制图根据实验时的切削层变形图片可绘制图（1）第一变形区）第一变形区OA始滑移线始滑移线OM终滑移线终滑移线变形的主要特征：变形的主要特征：剪切滑移变形剪切滑移变形加工硬化加工硬化一般速度范围内一区一般速度范围内一区宽度为宽度为0.020.2mm，速度越高，宽度越小，速度越高，宽度越小，可看作一个可看作一个剪切平面剪切平面OM剪切角：剪切面OM与切削速度Vc之间的夹角称为剪切角。（剪切滑移区剪切滑移区）（1）第一变形区）第一变形区OA始滑移线变形的主要特征：一般速度范围内始滑移线变形的主要特征：一般速度范围内（2）第二变形区第二变形区 切屑沿刀具前面排出时会进一步受到前刀面的阻碍切屑沿刀具前面排出时会进一步受到前刀面的阻碍（3）第三变形区）第三变形区 在已加工表面上与刀具后面挤压、摩擦形成的变形在已加工表面上与刀具后面挤压、摩擦形成的变形2、切屑形成过程、切屑形成过程实验表明，切屑的形成过程是被切削层金属受到刀实验表明，切屑的形成过程是被切削层金属受到刀切屑形成本质切屑形成本质在第一变形区中，切削变形的主要特征是切削层金属沿滑移面的剪切在第一变形区中，切削变形的主要特征是切削层金属沿滑移面的剪切机械制造技术机械制造技术-第二章第二章-金属切削基本理论课件金属切削基本理论课件 （2 2）节节状状切切屑屑 又又称称挤挤裂裂切切屑屑。它它的的外外表表面面呈呈锯锯齿齿形形，内内表表面面有有时时有有裂裂纹纹。在在切切削削速速度度较较低低、切切削削厚厚度度较较大大、刀刀具具前角较小时常产生此类切屑。前角较小时常产生此类切屑。（1 1）带带状状切切屑屑 它它的的内内表表面面是是光光滑滑的的，外外表表面面呈呈毛毛茸茸状状。加加工工塑塑性性金金属属时时，在在切切削削厚厚度度较较小小、切切削削速速度度较较高高、刀刀具具前前角角较较大大的的工工况况条条件件下下常常形形成此类切屑。成此类切屑。3、切屑的类型、切屑的类型（2）节状切屑）节状切屑又称挤裂切屑。它的外表面呈锯齿形，又称挤裂切屑。它的外表面呈锯齿形，（4 4）崩崩碎碎切切屑屑 加加工工脆脆性性材材料料，切切削削厚厚度度越越大大越越易易得到这类切屑。得到这类切屑。（3 3）粒粒状状切切屑屑 又又称称单单元元切切屑屑。在在切切屑屑形形成成过过程程中中，如如剪剪切切面面上上的的剪剪切切应应力力超超过过了了材材料料的的断断裂裂强强度度，切切屑屑单单元元从从被被切切材材料料上上脱脱落落，形形成成粒状切屑。粒状切屑。（4）崩碎切屑）崩碎切屑加工脆性材料，切削厚度越大越易得到这加工脆性材料，切削厚度越大越易得到这带状切屑挤裂切屑节状切屑崩碎切屑带状切屑挤裂切屑节状切屑崩碎切屑带状切屑挤裂切屑节状切屑崩碎切屑4前面上的挤压、摩擦与前面上的挤压、摩擦与积屑瘤积屑瘤（1）作用在切屑上的力）作用在切屑上的力 4前面上的挤压、摩擦与积屑瘤（前面上的挤压、摩擦与积屑瘤（1）作用在切屑上的力）作用在切屑上的力在在（2）前刀面上的摩擦前刀面上的摩擦 切屑与前刀面间的摩擦与一般金属材料接触面间的摩擦不同。切屑与前刀面接触部分划分为两个摩擦区域，如图所示有粘结区和滑动区粘结区和滑动区。粘结区：粘结区：近切削刃长度 lf1，由于高温（可过900）、高压（可达3.5109N/m2）的作用使切屑底层材料产生软化，切屑底层的金属材料粘嵌在前刀面上的高低不平凹坑中而形成粘结区。粘结面间相对滑动产生的摩擦称为内摩擦。（2）前刀面上的摩擦前刀面上的摩擦切屑与前刀面间的摩擦与一般金属材切屑与前刀面间的摩擦与一般金属材（2）前刀面上的摩擦前刀面上的摩擦 滑动区：切屑即将脱离前刀面时在lfo长度内的接触区。在该区内切屑与前刀面间只是凸出的金属点接触，滑动区的摩擦称为外摩擦。（2）前刀面上的摩擦前刀面上的摩擦滑动区：切屑即将脱离前滑动区：切屑即将脱离前（2）前刀面上的摩擦前刀面上的摩擦（2）前刀面上的摩擦前刀面上的摩擦在粘结区，切屑的底层与前面呈现冷在粘结区，切屑的底层与前面呈现冷（3）积屑瘤积屑瘤2）积屑瘤的形成原因）积屑瘤的形成原因1）什么是积屑瘤）什么是积屑瘤（3）积屑瘤）积屑瘤在中低速切削塑性金属材料时在中低速切削塑性金属材料时,常常积屑瘤的产生及其成长积屑瘤的产生及其成长与工件材料的性质、切与工件材料的性质、切削区的温度分布和压力削区的温度分布和压力分布有关。塑性材料的分布有关。塑性材料的加工硬化倾向越强，越加工硬化倾向越强，越易产生积屑瘤；在背吃易产生积屑瘤；在背吃刀量和进给量保持一定刀量和进给量保持一定时，积屑瘤高度时，积屑瘤高度Hb与切与切削速度有密切关系，因削速度有密切关系，因为切削过程中产生的热为切削过程中产生的热是随切削速度的提高而是随切削速度的提高而增加的。增加的。3）影响积屑瘤的因素）影响积屑瘤的因素积屑瘤的产生及其成长与工件材料的性质、切削区的温度分布和压力积屑瘤的产生及其成长与工件材料的性质、切削区的温度分布和压力积屑瘤积屑瘤 如图所示，某堆积在前刀面上近切削刃处的积屑瘤，如图所示，某堆积在前刀面上近切削刃处的积屑瘤，经测定它的硬度为金属母体的经测定它的硬度为金属母体的2 23 3倍，积屑瘤高出前刀面倍，积屑瘤高出前刀面0.369mm0.369mm、凸出后刀面、凸出后刀面0.057mm0.057mm、宽、宽1.138mm1.138mm，在切削，在切削时形成了实际前角时形成了实际前角3227(3227(有有的可达的可达40)40)。积屑瘤替代切削。积屑瘤替代切削刃参加切削情况。刃参加切削情况。积屑瘤积屑瘤如图所示，某堆积在前刀面上近切削刃处的积屑瘤如图所示，某堆积在前刀面上近切削刃处的积屑瘤积屑瘤对切削过程积屑瘤对切削过程的影响：的影响：（1）使实际前角增使实际前角增大大（2）增大切入深度增大切入深度（3）使加工表面粗使加工表面粗糙度值增大糙度值增大（4）影响刀具耐用影响刀具耐用度度切屑刀具积屑瘤积屑瘤积屑瘤对切削过程的影响：切屑刀具积屑瘤积屑瘤积屑瘤对切削过程的影响：切屑刀具积屑瘤积屑瘤1)1)积积屑屑瘤瘤包包围围着着切切削削刃刃，可可以以代代替替前前面面、后后面面和和切切削削刃刃进进行行切切削削，从从而而保保护护了了刀刀刃刃，减减少少了了刀具的磨损。刀具的磨损。2)2)积积屑屑瘤瘤使使刀刀具具的的实实际际工工作作前前角角增增大大，而而且且，积屑瘤越高，积屑瘤越高，实际工作前角越大，刀具越锋利。实际工作前角越大，刀具越锋利。3)3)积积屑屑瘤瘤前前端端伸伸出出切切削削刃刃外外，直直接接影影响响加加工工尺尺寸精度。寸精度。4)4)积积屑屑瘤瘤直直接接影影响响工工件件加加工工表表面面的的形形状状精精度度和和表面粗糙度。表面粗糙度。积屑瘤对精加工是不利的，应避免它产生：积屑瘤对精加工是不利的，应避免它产生：降低工材塑性；降低工材塑性；合理选切削速度；增大前角；减小进给量；采用润滑液等合理选切削速度；增大前角；减小进给量；采用润滑液等1)积屑瘤包围着切削刃，可以代替前面、后面和切削刃进行切削积屑瘤包围着切削刃，可以代替前面、后面和切削刃进行切削抑制或消除积屑瘤的措施抑制或消除积屑瘤的措施采用低速或高速切削，由于切削速度是通过切削温度影响积屑瘤的，采用低速或高速切削，由于切削速度是通过切削温度影响积屑瘤的，、已加工表面的形成过程、已加工表面的形成过程已加工表面的形成与第三变形区的关系密切；已加工表面的形成与第三变形区的关系密切；、已加工表面的形、已加工表面的形6、切削变形程度的表示方法、切削变形程度的表示方法切削变形程度有二种不同的表示方法，分述如下。切削变形程度有二种不同的表示方法，分述如下。在切削过程中，刀具切在切削过程中，刀具切下的切屑厚度下的切屑厚度通常都大于通常都大于工件切削层厚度工件切削层厚度，而切，而切屑长度屑长度却小于切削层长却小于切削层长度度。切屑厚度。切屑厚度与切削与切削层厚度层厚度之比称为厚度变形之比称为厚度变形系数系数h；而切削层长度与；而切削层长度与切屑长度之比称为长度变切屑长度之比称为长度变形系数形系数l。1变形系数变形系数6、切削变形程度的表示方法、切削变形程度的表示方法在切削过程中，刀具切下的在切削过程中，刀具切下的 既既然然切切削削过过程程中中金金属属变变形形的的主主要要形形式式是是剪剪切切滑滑移移，当当然然就就可可以以用用相相对对滑滑移移（剪剪应应变变）。来来衡衡量量切切削削过过程程的的变变形形程程度度。如如图图中中，平平行行四四边边形形OHNM发发生生剪剪切切变变形形后后，变变为为平平行行四四边边形形OGPM，其其相相对对滑滑移移=s/y=s/y图 2相对滑移相对滑移既然切削过程中金属变形的主要形式既然切削过程中金属变形的主要形式二、影响切屑变形的因素二、影响切屑变形的因素1.工件材料的力学性能工件材料的力学性能 材料强度越高，塑性越小，则变形系数越小，切削变形减小（图图）。二、影响切屑变形的因素二、影响切屑变形的因素1.工件材料的力学性能工件材料的力学性能2.切削用量切削用量（1 1）切削速度）切削速度 切削速度是通过积屑瘤的生长消失过程影响切削变形大小的。切削速度是通过积屑瘤的生长消失过程影响切削变形大小的。在积屑瘤增长的速度范围内在积屑瘤增长的速度范围内 ,因积屑瘤导致实际工作前角增加、剪切角因积屑瘤导致实际工作前角增加、剪切角增大、变形系数减小。增大、变形系数减小。在积屑瘤消失的速度范围内，实际工作前角不断减小、变形系数在积屑瘤消失的速度范围内，实际工作前角不断减小、变形系数不断上不断上升至最大值，此时积屑瘤完全消失。升至最大值，此时积屑瘤完全消失。（图图）在无积屑瘤的切削速度范围，切削速度愈高，变形系数愈小。在无积屑瘤的切削速度范围，切削速度愈高，变形系数愈小。切削铸铁等脆性金属时切削铸铁等脆性金属时,一般不产生积屑瘤。随着切削速度增大，变形系一般不产生积屑瘤。随着切削速度增大，变形系数逐渐地减小数逐渐地减小。2.切削用量（切削用量（1）切削速度）切削速度切削速度是通过积屑瘤的生长消失过切削速度是通过积屑瘤的生长消失过（2）进给量）进给量 当进给量f增大时，切削层厚度hD增大，切屑的平均变形减小，变形系数减小(图图)。（2）进给量）进给量当进给量当进给量f增大时，切削层厚度增大时，切削层厚度hD增大，切屑的增大，切屑的3.刀具几何参数刀具几何参数（1）前角）前角0前角增大，剪切角前角增大，剪切角增大，而剪切角增大，而剪切角越大，则变形系数越大，则变形系数减小。减小。变形系数与前角之间的关系如变形系数与前角之间的关系如图图所示。所示。(2)刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r刀尖圆弧半径越大，刀尖圆弧半径越大，变形系数变形系数越大，切削越大，切削变形越大。（变形越大。（图图）图图前角对变形系数的影响前角对变形系数的影响图图刀尖圆弧半径对变形系数的影响刀尖圆弧半径对变形系数的影响3.刀具几何参数（刀具几何参数（1）前角）前角0前角增大，剪切角前角增大，剪切角增大，而剪切增大，而剪切第二节第二节金属切削过程的主要物理现象及规律金属切削过程的主要物理现象及规律1 1、切削力的来源与分解、切削力的来源与分解切削过程中，刀具施切削过程中，刀具施加于工件使工件材料产生加于工件使工件材料产生变形，并使多余材料变为变形，并使多余材料变为切屑所需的力，称为切削切屑所需的力，称为切削力。力。（1）切削力的来源切削力的来源切削力来自于金属切切削力来自于金属切削过程中克服被加工削过程中克服被加工材料的弹、塑性变形材料的弹、塑性变形抗力和摩擦阻力（抗力和摩擦阻力（图图2-18）。力切削一第二节第二节金属切削过程的主要物理现象及规律金属切削过程的主要物理现象及规律1、切削力的来源与、切削力的来源与图图2-18切削力的来源切削力的来源图图2-18切削力的来源切削力的来源（2 2）切削力的分解）切削力的分解 通常将合力通常将合力F F分解分解为相互垂直的三个分为相互垂直的三个分力：力：切削力切削力 F Fc c幻灯片幻灯片 3030 、进给力进给力 F Ff f 、背向背向力力 F Fp p(图图2-192-19)。切削力切削力F Fc c（旧称主切削力，用（旧称主切削力，用F Fz z表表示）示）总切削力在主运动总切削力在主运动方向的分力，是计算机床切方向的分力，是计算机床切削功率、选配机床电机、校削功率、选配机床电机、校核机床主轴、设计机床部件核机床主轴、设计机床部件及计算刀具强度等必不可少及计算刀具强度等必不可少的参数。的参数。背向力背向力Fp进给力进给力Ff旧称径向分力，用旧称径向分力，用Fy表表示示总切削力在垂直总切削力在垂直于工作平面方向的分力，于工作平面方向的分力，是进行加工精度分析、是进行加工精度分析、计算工艺系统刚度以及计算工艺系统刚度以及分析工艺系统振动时，分析工艺系统振动时，所必须的参数。所必须的参数。旧称轴向分力，用旧称轴向分力，用Fx表示表示总切削力在进给方向的总切削力在进给方向的分力，是设计、校核机床分力，是设计、校核机床进给机构，计算机床进给进给机构，计算机床进给功率不可缺少的参数功率不可缺少的参数（2）切削力的分解）切削力的分解通常将合力通常将合力F分解为相互垂直的三个分分解为相互垂直的三个分图图2-19切削力的分解切削力的分解图图2-19切削力的分解切削力的分解一般情况下，在三个分力中切削力Fc，最大，进给力Ff次之，背向力FP最小且不消耗功率。根据实验，当kr45、s0、。15时，各分力之间的近似关系为 Ff(0.40.5)Fc (2-6)FP(0.30.4)Fc (2-7)一般情况下，在三个分力中切削力一般情况下，在三个分力中切削力Fc，最大，进给力，最大，进给力Ff次之，背次之，背2切削功率切削功率计算切削功率计算切削功率Pc是用于核算加工成本和计算能量消耗，并在设计是用于核算加工成本和计算能量消耗，并在设计3 3、切削力的实验公式、切削力的实验公式切削力的大小计算有理论公式和实验公式。理论公式通常供定性分析切削力的大小计算有理论公式和实验公式。理论公式通常供定性分析切削力的经验公式切削力的经验公式 计算举例计算举例：用用YT5YT5硬硬质质合合金金车车刀刀外外圆圆纵纵车车b b=630630MPaMPa的的热热轧轧4545钢钢，车车刀刀几几何何参参数数为为g go o=10=10、k kr r=7575、l ls s=55，切切 削削 用用 量量 为为aspasp=2mm2mm、f f=0.3mm/r0.3mm/r、vcvc=100100m m/minmin。试试计计算算切切削削力力FcFc、FpFp、F Ff f 及及切切削削功功率率PcPc 。切削力的经验公式切削力的经验公式计算举例计算举例：2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式 解解：查表得：查表得：CFC=2795xFC=1.0yFC=0.75zFC=-0.152.切削力的经验公式切削力的经验公式解解：2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式 解解：2.切削力的经验公式切削力的经验公式解解：2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式 解解：当当 b=630MPa时时2.切削力的经验公式切削力的经验公式解解：当当 b=630M2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式续续：按按k kr=75查表查表3-4，得，得 按按g go=10=10查表查表3-4，得，得按按l ls =-5=-5查表查表3-4，得，得2.切削力的经验公式续：按切削力的经验公式续：按kr=75查表查表3-4，得，得2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式续续：2.切削力的经验公式续：切削力的经验公式续：【例】用硬质合金车刀车削热轧45号钢外圆，车刀主要角度 o=15、kr=75、s=0，选用切削用量ap=2 mm、f=03 mm/r、vc=100m/min 求：单位切削力kc、主切削力Fc、单位切削功率PS、切削功率Pc。解:查表1 kc=1962 N/mm2 Fc=kc AD=196220.3=1177.2 N Ps=196210-6kw/(mm-3s-1)Pc=(Fzvc10-3)/60=1177.2 (100/60)10-3=1.96kw 切切削削力力【例】【例】用硬质合金车刀车削热轧用硬质合金车刀车削热轧45号钢外圆，车刀主要角度号钢外圆，车刀主要角度4、影响切削力的因素、影响切削力的因素1）工件材料）工件材料影响较大的因素主要是工件材料影响较大的因素主要是工件材料的强度、硬度和塑性。的强度、硬度和塑性。材料的强度、硬度越高，则屈服材料的强度、硬度越高，则屈服强度越高，切削力越大。强度越高，切削力越大。在强度、硬度相近的情况下，材在强度、硬度相近的情况下，材料的塑性、韧性越大，则刀具前面料的塑性、韧性越大，则刀具前面上的平均摩擦系数越大，切削力也上的平均摩擦系数越大，切削力也就越大。就越大。进给量f和背吃刀量ap 进给量进给量f和背吃刀量和背吃刀量ap增加，使切增加，使切削力削力Fc增加，但影响程度不同。增加，但影响程度不同。进给量进给量f增大时，切削力有所增增大时，切削力有所增加；而背吃刀量加；而背吃刀量ap增大时，切削增大时，切削刃上的切削负荷也随之增大，即刃上的切削负荷也随之增大，即切削变形抗力和刀具前面上的摩切削变形抗力和刀具前面上的摩擦力均成正比的增加。擦力均成正比的增加。4、影响切削力的因素、影响切削力的因素1）工件材料影响较大的因素主要是工件材料）工件材料影响较大的因素主要是工件材料apAc成正比成正比，kc不变，不变，ap的的指数约等于指数约等于1，因而，因而切削力成正比增加切削力成正比增加fAc成正比成正比，但，但kc略略减小，减小，f的的指数小于指数小于1，因而，因而切削力增加但与切削力增加但与f不成正比不成正比速度速度v对对F的影响分为有积屑瘤和无积屑瘤两种情况的影响分为有积屑瘤和无积屑瘤两种情况在无积屑瘤阶段，在无积屑瘤阶段，v变形程度变形程度切削力减小切削力减小2)切削用量的影响切削用量的影响 切削速度切削速度c 速度速度v对对F的影响分为有积屑瘤和无积屑瘤两种情况的影响分为有积屑瘤和无积屑瘤两种情况2)切削切削1.在积屑瘤增长阶段在积屑瘤增长阶段随随v积屑瘤高度积屑瘤高度变形程度变形程度，F2.在积屑瘤减小阶段在积屑瘤减小阶段v变形程度变形程度，F3.在无积屑瘤阶段在无积屑瘤阶段随随v，温度升高，摩擦温度升高，摩擦系数系数变形程度变形程度F1.在积屑瘤增长阶段在积屑瘤增长阶段2.在积屑瘤减小阶段在积屑瘤减小阶段3.在无在无 切削速度切削速度c 切削速度在切削速度在520m/min区域内增加时，积屑瘤高度逐渐增加区域内增加时，积屑瘤高度逐渐增加3）刀具几何参数的影响）刀具几何参数的影响 1.1.前角前角0 0 的影响的影响 加工塑性材料时，加工塑性材料时，0 0 变形程度变形程度F FFc加工脆性材料时，切削变形很小，加工脆性材料时，切削变形很小，0 0对对 F F 影响不显著影响不显著0 0 3030或高速切削时，或高速切削时，0 0对对 F F 影响不显著影响不显著3）刀具几何参数的影响）刀具几何参数的影响Fc加工脆性材料时，切削变形很小，加工脆性材料时，切削变形很小，2.2.主偏角主偏角r r的影响的影响（1 1）r r对对F Fc c影响较小，影响较小，影响程度不超过影响程度不超过10%10%r r在在60607575之之 间时，间时，F Fc c最小。最小。（2）r r对对F Fp p、F Ff f影响较大影响较大 F Fp p F FD D coscosr r F Ff f F FD D sinsinr r F Fp p随随r r 增大而减小，增大而减小，F Ff f随随r r 增大而增大增大而增大2.主偏角主偏角r的影响（的影响（2）r对对Fp、Ff影响较大影响较大3.3.刃倾角刃倾角s s的影响的影响（1 1）s s对对F Fc c影响很小影响很小（2）s s对对F Fp p、F Ff f影响较大影响较大 F Fp p随随s s增大而减小，增大而减小，F Ff f随随s s增大而增大增大而增大3.刃倾角刃倾角s的影响（的影响（2）s对对Fp、Ff影响较大影响较大4.4.刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r r的影响的影响（1 1）r r对对F Fc c影响很小影响很小（2 2）F Fp p随随 r r增大而增大增大而增大 F Ff f随随 r r增大而减小增大而减小r r增大相当于增大相当于r r减小的影响减小的影响4.刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r的影响（的影响（1）r对对Fc影响很小影响很小r增大相增大相4）刀具磨损刀具磨损5）刀具材料及切削液刀具材料及切削液 刀具材料与被加工材料间的摩擦系数，影响到摩擦力的变化，直接影响着切削力的变化。后刀面平均磨损带宽度后刀面平均磨损带宽度VB越大，摩擦越强烈，切削力越大，摩擦越强烈，切削力也越大。也越大。VB对背向力对背向力Fp影响最显著影响最显著按立方氮化硼、陶瓷、涂层、硬按立方氮化硼、陶瓷、涂层、硬质合金、高速钢顺序，质合金、高速钢顺序，切削力依次增大。切削力依次增大。4）刀具磨损）刀具磨损5）刀具材料及切削液刀具材料及切削液刀具材料与刀具材料与二、二、切削热和切削温度切削热和切削温度1、切削热的产生与传导、切削热的产生与传导二、二、切削热和切削温度切削热和切削温度1、切削热的产生与传导金属切削过程、切削热的产生与传导金属切削过程图图2-20切削热的产生与传导切削热的产生与传导图图2-20切削热的产生与传导切削热的产生与传导切削温度的分布切削温度的分布红外胶片法测得切钢料的温度场，红外胶片法测得切钢料的温度场，分析归纳切削温度分布规律：分析归纳切削温度分布规律：1.剪切区等温线与滑移线相近剪切区等温线与滑移线相近OM线温度比线温度比OA线上温度高线上温度高剪切滑移相等的地方温度相等，剪切滑移相等的地方温度相等，剪切变形是切削热的第一来源剪切变形是切削热的第一来源2.前后刀面最高温度点不在刀刃上前后刀面最高温度点不在刀刃上切屑上最高温度比剪切区温度高切屑上最高温度比剪切区温度高切屑底层温度比上层温度高切屑底层温度比上层温度高摩擦是切削热的又一来源摩擦是切削热的又一来源切削温度的分布红外胶片法测得切钢料的温度场，切削温度的分布红外胶片法测得切钢料的温度场，2.前后刀面最高前后刀面最高切削热的传导切削热的传导传入切屑传入切屑，约占总热量的，约占总热量的，对切削加工无不利影响，对切削加工无不利影响传入工件传入工件，约占总热量的，约占总热量的，会使工件膨胀或伸长，产生尺寸和形状误会使工件膨胀或伸长，产生尺寸和形状误差，影响加工精度差，影响加工精度传入刀具传入刀具，约占总热量的，使刀具温，约占总热量的，使刀具温度升高，硬度下降，磨损加快，耐用度降度升高，硬度下降，磨损加快，耐用度降传入周围介质传入周围介质，约占总热量的，对切削，约占总热量的，对切削加工无不利影响加工无不利影响切削热的传导传入切屑，约占总热量的，对切削加工切削热的传导传入切屑，约占总热量的，对切削加工2、切削温度对切削加工过程的影响、切削温度对切削加工过程的影响(2)对刀具材料的影响对刀具材料的影响高速钢刀具材料的耐高速钢刀具材料的耐热性为热性为600左右，超过左右，超过该温度刀具失效。硬质合该温度刀具失效。硬质合金刀具材料耐热性好，在金刀具材料耐热性好，在高温高温8001000时，强时，强度反而更高，韧性更好。度反而更高，韧性更好。因此适当提高切削温度，因此适当提高切削温度，可防止硬质合金刀具崩刃，可防止硬质合金刀具崩刃，延长刀具寿命延长刀具寿命。(3)对工件尺寸精度的影响对工件尺寸精度的影响 车削工件外圆时，工件受热车削工件外圆时，工件受热膨胀，切削后冷却至室温，尺膨胀，切削后冷却至室温，尺寸变小，特别是在精加工和超寸变小，特别是在精加工和超精密加工时，切削温度的变化精密加工时，切削温度的变化对工件尺寸精度的影响特别大，对工件尺寸精度的影响特别大，因此控制好切削温度，是保证因此控制好切削温度，是保证加工精度的有效措施。加工精度的有效措施。(1)对工件材料物理性能的影响对工件材料物理性能的影响(4)利用切削温度控制切削量利用切削温度控制切削量2、切削温度对切削加工过程的影响、切削温度对切削加工过程的影响(2)对刀具材料的影响对刀具材料的影响四、影响切削温度的因素四、影响切削温度的因素(1)工件材料工件材料材料的材料的强度强度、硬度硬度越越高，则切削抗力越大，消高，则切削抗力越大，消耗的功越多，产生的热就耗的功越多，产生的热就越多；越多；导热系数导热系数越小，传散越小，传散的热越少，切削区的切削的热越少，切削区的切削温度就越高。温度就越高。例如，合金结构钢的强度普遍高于例如，合金结构钢的强度普遍高于45钢，而导热系钢，而导热系数又一般均低于数又一般均低于45钢，所以切削合金结构钢的切削钢，所以切削合金结构钢的切削温度高于切削温度高于切削45钢的切削温度钢的切削温度。四、影响切削温度的因素四、影响切削温度的因素(1)工件材料工件材料材料的材料的3.3.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素(1)(1)工件材料工件材料工件材料的强度、硬度越高，总切削力越大，工件材料的强度、硬度越高，总切削力越大，单位时间内产生的热量越多，切削温度也就越高。单位时间内产生的热量越多，切削温度也就越高。工件材料的导热性好，从切屑和工件传出的工件材料的导热性好，从切屑和工件传出的切削热相应增多，切削区的平均温度降低。切削热相应增多，切削区的平均温度降低。3.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素(2)切削用量的影响切削用量的影响由实验得出切削温度经验公式如下由实验得出切削温度经验公式如下Cvzfyapx式中系数及指数见表式中系数及指数见表2-3,由表中数据看出：由表中数据看出：z z在在0.350.45之间，之间，y在在0.150.3，x在在0.050.1切削用量切削用量时切削温度时切削温度，其中，其中v对对影响最大，影响最大，进给量进给量f的影响比的影响比v小，背吃刀量小，背吃刀量ap的影响很小的影响很小。(2)切削用量的影响由实验得出切削温度经验公式如下切削用量的影响由实验得出切削温度经验公式如下 综上所述，切削用量对切削温度的影响综上所述，切削用量对切削温度的影响程度以切削速度为最大，进给量次之，背吃程度以切削速度为最大，进给量次之，背吃刀量最小。刀量最小。因此，若要切除给定的余量，又要求切因此，若要切除给定的余量，又要求切削温度较低，则在选择切削用量时，应优先削温度较低，则在选择切削用量时，应优先考虑采用大的背吃刀量，然后选择一个适当考虑采用大的背吃刀量，然后选择一个适当的进给量，最后再选择合理的切削速度。的进给量，最后再选择合理的切削速度。上述切削用量选择原则是从最低切削温上述切削用量选择原则是从最低切削温度出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规度出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规程时，确定切削用量的原则。程时，确定切削用量的原则。综上所述，切削用量对切削温度的影响程度以切削速度为综上所述，切削用量对切削温度的影响程度以切削速度为（3）刀具几何参数）刀具几何参数1)前角前角o塑性变塑性变形和摩擦形和摩擦切削温切削温度度（图图）。但前角）。但前角不能太大，否则刀不能太大，否则刀具切削部分的锲角具切削部分的锲角过小，容热、散热过小，容热、散热体积减小，切削温体积减小，切削温度反而上升。度反而上升。2)主偏角主偏角r切削切削刃工作接触长度刃工作接触长度，切削宽度切削宽度bD，散热，散热条件变差，故切削条件变差，故切削温度温度（图图）。）。（3）刀具几何参数）刀具几何参数1)前角前角o塑性变形和摩擦塑性变形和摩擦切削温切削温机械制造技术机械制造技术-第二章第二章-金属切削基本理论课件金属切削基本理论课件（4）刀具磨损）刀具磨损 （5）切削液）切削液刀具主后面磨刀具主后面磨损时，后角减小，损时，后角减小，后面与工件间摩擦后面与工件间摩擦加剧。刃口磨损时，加剧。刃口磨损时，切屑形成过程的塑切屑形成过程的塑性变形加剧，使切性变形加剧，使切削温度增大。削温度增大。利用切削液的润滑功能降低摩擦系数，利用切削液的润滑功能降低摩擦系数，减少切削热的产生，也可利用它的冷却功用减少切削热的产生，也可利用它的冷却功用吸收大量的切削热，所以采用切削液是降低吸收大量的切削热，所以采用切削液是降低切削温度的重要措施。切削温度的重要措施。（4）刀具磨损）刀具磨损（5）切削液）切削液刀具主后面刀具主后面三三刀具磨损及刀具的寿命刀具磨损及刀具的寿命一、刀具磨损的形态一、刀具磨损的形态（1）正常磨损）正常磨损切削塑性材料时，如果切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，切削速度和切削厚度较大，在刀具前刀面上经常会磨出在刀具前刀面上经常会磨出一个月牙洼（一个月牙洼（图例图例）。）。1）前面磨损）前面磨损三三刀具磨损及刀具的寿命一、刀具磨损的形态（刀具磨损及刀具的寿命一、刀具磨损的形态（1）正常磨损）正常磨损切削塑性材料时，如果切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，切削速度和切削厚度较大，在刀具前刀面上经常会磨出在刀具前刀面上经常会磨出一个月牙洼（一个月牙洼（图例图例）。）。1）前面磨损）前面磨损以最大深度以最大深度KT表示表示宽度用宽度用KB表示表示切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，图图3-27刀具的磨损形态刀具的磨损形态图图3-27刀具的磨损形态刀具的磨损形态2）后面磨损）后面磨损加工脆性材料或在切削加工脆性材料或在切削速度较低、切削厚度较小速度较低、切削厚度较小（hD01mm），由于前），由于前刀面上刀屑间的作用相对较刀面上刀屑间的作用相对较弱，主要发生后刀面磨损。弱，主要发生后刀面磨损。后刀面磨损带不均匀，刀尖部后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为分磨损严重，最大值为VCVC；中间部位磨损较均匀，平均磨中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以损宽度以VBVB表示；边界处表示；边界处磨损严重，以磨损严重，以VNVN表示。表示。2）后面磨损）后面磨损加工脆性材料或在切削速度较低、切加工脆性材料或在切削速度较低、切3）前面和后面同时磨损）前面和后面同时磨损一般在以一般在以中等切削用量中等切削用量加工塑性金属加工塑性金属材料时会出现材料时会出现这种形式磨损。这种形式磨损。3）前面和后面同时磨损）前面和后面同时磨损一般在以中等切削用量加一般在以中等切削用量加（2）非正常磨损）非正常磨损 刀具的非正常磨刀具的非正常磨损是指在切削过程中，损是指在切削过程中，刀具的磨损量尚未达刀具的磨损量尚未达到磨钝标准值就突然到磨钝标准值就突然无法正常使用，即刀无法正常使用，即刀具发生破损。具发生破损。1）脆性破损脆性破损2）塑塑性破损性破损 在振动、冲击切削条件在振动、冲击切削条件的作用下，刀具尚未发生明的作用下，刀具尚未发生明显磨损，但刀具切削部分却显磨损，但刀具切削部分却出现了刀刃微崩或刀尖崩碎、出现了刀刃微崩或刀尖崩碎、刀片或刀具折断、表层剥落、刀片或刀具折断、表层剥落、热裂纹等现象，使刀具不能热裂纹等现象，使刀具不能继续工作，这种破损称为脆继续工作，这种破损称为脆性破损性破损。切削时，刀具由于高温高压的作切削时，刀具由于高温高压的作用，使刀具前、后刀面的材料发用，使刀具前、后刀面的材料发生塑性变形，刀具丧失切削能力，生塑性变形，刀具丧失切削能力，这种破损称为塑性破损这种破损称为塑性破损。（2）非正常磨损）非正常磨损刀具的非正常磨损是指在切削刀具的非正常磨损是指在切削防止刀具破损的措施防止刀具破损的措施针对被加工工件材料和零件的特点，合理选择刀具材料的种类和牌号针对被加工工件材料和零件的特点，合理选择刀具材料的种类和牌号二、刀具磨损的原因二、刀具磨损的原因1.硬质点磨损硬质点磨损2.粘结磨损粘结磨损3.扩散磨损扩散磨损切削时，切屑、工件材切削时，切屑、工件材料中含有一些碳化物、氮料中含有一些碳化物、氮化物和氧化物等硬质点以化物和氧化物等硬质点以及积屑瘤碎片等，可在刀及积屑瘤碎片等，可在刀具表面刻划出沟纹，这就具表面刻划出沟纹，这就是磨料磨损。是磨料磨损。切削时，切屑、工件与前、切削时，切屑、工件与前、后刀面之间存在很大的压力和强后刀面之间存在很大的压力和强烈的摩擦，形成新鲜表面接触而烈的摩擦，形成新鲜表面接触而发生冷焊粘结。由于切屑在滑移发生冷焊粘结。由于切屑在滑移过程中产生剪切破坏，带走刀具过程中产生剪切破坏，带走刀具材料，从而造成粘结磨损。材料，从而造成粘结磨损。在切削高温下，使在切削高温下，使工件与刀具材料中的合工件与刀具材料中的合金元素在固态下相互扩金元素在固态下相互扩散置换造成的刀具磨损，散置换造成的刀具磨损，称为扩散磨损称为扩散磨损二、刀具磨损的原因二、刀具磨损的原因1.硬质点磨损硬质点磨损2.粘结磨损粘结磨损3.扩散磨损扩散磨损（5）相变磨损）相变磨损（4）化学磨损）化学磨损 在一定温度下，刀具材在一定温度下，刀具材料与某些周围介质起化学作料与某些周围介质起化学作用，在刀具表面形成一层硬用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物，被切屑或度较低的化合物，被切屑或工件擦掉而形成磨损，称为工件擦掉而形成磨损，称为化学磨损。化学磨损。当切削温度达到或超过刀当切削温度达到或超过刀具材料的相变温度时，刀具材具材料的相变温度时，刀具材料中的金相组织将发生变化，料中的金相组织将发生变化，硬度显著下降，引起的刀具磨硬度显著下降，引起的刀具磨损称为相变磨损。损称为相变磨损。（5）相变磨损）相变磨损（4）化学磨损）化学磨损在一定温度下在一定温度下（1）刀具磨损过程）刀具磨损过程1.1.初期磨损阶段初期磨损阶段 与刀具刃磨质量有关与刀具刃磨质量有关 2.2.正常磨损阶段正常磨损阶段 VBVB与切削时间近似正比与切削时间近似正比 斜率表示磨损强度斜率表示磨损强度 3.3.急剧磨损阶段急剧磨损阶段 切削力、温度急升，刀切削力、温度急升，刀 具磨损加剧，之前换刀具磨损加剧，之前换刀3、刀具磨损过程及磨钝标准、刀具磨损过程及磨钝标准（1）刀具磨损过程）刀具磨损过程3、刀具磨损过程及磨钝标准、刀具磨损过程及磨钝标准（2）刀具磨损标准）刀具磨损标准 刀具磨损值达到规定的标准后就不能继续使用，这个规定刀具磨损值达到规定的标准后就不能继续使用，这个规定的标准就是磨钝标准。的标准就是磨钝标准。1.1.小厂、有经验工人根据一些现象来判断刀具是否磨钝；小厂、有经验工人根据一些现象来判断刀具是否磨钝；1.ISO1.ISO标准规定以标准规定以1/2 1/2 a ap p处的处的VBVB值作为刀具的磨钝标准；值作为刀具的磨钝标准；在不同的加工条件下，磨钝标准的具体数值是不同的。在不同的加工条件下，磨钝标准的具体数值是不同的。粗车碳素钢粗车碳素钢0.60.60.8 0.8 粗车铸铁粗车铸铁0.80.81.21.2 粗车合金钢粗车合金钢0.40.40.5 0.5 精车碳钢精车碳钢0.10.10.30.3 3.3.自动化精加工刀具，以径向磨损量自动化精加工刀具，以径向磨损量NBNB作为磨钝标准作为磨钝标准（2）刀具磨损标准）刀具磨损标准4、刀具寿命、刀具寿命1.刀具寿命的定义刀具寿命的定义刀具寿命是指一把刃磨好的新刀从投入使用直至达刀具寿命是指一把刃磨好的新刀从投入使用直至达到磨钝标准所经历的实际切削时间。到磨钝标准所经历的实际切削时间。刀具总使用寿命：刀具总使用寿命：刀具从开始使用到报废为止的总切刀具从开始使用到报废为止的总切削时间。削时间。刀具总使用寿命刀具使用寿命刀具总使用寿命刀具使用寿命刃磨次数刃磨次数刀具寿命刀具寿命是衡量刀具材料切削性能、工件材料的切是衡量刀具材料切削性能、工件材料的切削加工性及刀具几何参数是否合理的重要参数。削加工性及刀具几何参数是否合理的重要参数。4、刀具寿命、刀具寿命1.刀具寿命的定义刀具寿命是指一把刃磨好的新刀刀具寿命的定义刀具寿命是指一把刃磨好的新刀刀具使用寿命与切削速度的关系刀具使用寿命与切削速度的关系工件、刀具材料和刀具几何形状确定后，工件、刀具材料和刀具几何形状确定后，v对对T影响最大。影响最大。通过实验得经验公式：通过实验得经验公式：vTm=C0指数指数m表示表示v对对T的影响程度，的影响程度，Y合金合金,m=0.20.4;m越小，则越小，则v对对T的影响越大。的影响越大。系数系数C0，与刀具、工件材料和切削条件有，与刀具、工件材料和切削条件有关。关。刀具使用寿命与切削速度的关系刀具使用寿命与切削速度的关系（2）刀具使用寿命与切削用量的关系）刀具使用寿命与切削用量的关系综合可得到综合可得到切削用量与刀具使用寿命的关系式：切削用量与刀具使用寿命的关系式：T=CTvcxfyapz用用YT5车削车削b=0.637GPa碳钢时，碳钢时，T=CTvc5f2.25ap0.75由上式看出，由上式看出，切削用量切削用量，T，其中速度，其中速度v对对T影响最大，影响最大，进给量进给量f次之，背吃刀量次之，背吃刀量ap影响最小，与对温度影响最小，与对温度影响一致。影响一致。（2）刀具使用寿命与切削用量的关系）刀具使用寿命与切削用量的关系T=5、刀具寿命的选择原则、刀具寿命的选择原则确定合理刀具寿命的两种法：确定合理刀具寿命的两种法：最大生产率寿命TP最低成本寿命TC 一般情况下，应采用最低成本寿命，当任务紧迫或一般情况下，应采用最低成本寿命，当任务紧迫或生产中出现不平衡环节时，可采用最大生产率寿命。生产中出现不平衡环节时，可采用最大生产率寿命。5、刀具寿命的选择原则确定合理刀具寿命的两种法：最大生产率寿、刀具寿命的选择原则确定合理刀具寿命的两种法：最大生产率寿5 5、刀具耐用度的选择、刀具耐用度的选择1.1.最大生产率耐用度最大生产率耐用度2.2.最低成本耐用度最低成本耐用度3.3.还考虑一下几点还考虑一下几点:1)1)刀具的复杂程度和制造、重磨的刀具的复杂程度和制造、重磨的费用费用2)2)刀具结构和装卡、调整的复杂程刀具结构和装卡、调整的复杂程度度3)3)生产线上的刀具耐用度应规定为生产线上的刀具耐用度应规定为一个班或两个班，以便能在换班一个班或两个班，以便能在换班时间内换刀。时间内换刀。4)4)精加工尺寸很大的工件时，为避精加工尺寸很大的工件时，为避免在加工同一表面时中途换刀，免在加工同一表面时中途换刀，耐用度应规定得至少能完成一次耐用度应规定得至少能完成一次走刀，刀具耐用度应按零件精度走刀，刀具耐用度应按零件精度和表面粗糙度要求决定。和表面粗糙度要求决定。5、刀具耐用度的选择最大生产率耐用度、刀具耐用度的选择最大生产率耐用度6、影响刀具寿命的因素、影响刀具寿命的因素刀具几何参数刀具几何参数合理选择刀具几何参数能提高刀具寿命。合理选择刀具几何参数能提高刀具寿命。6、影、影