机械制造技术实验第2章金属切削加工的基本理论

第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 第第2 2章章 金属切削加工的根本理论金属切削加工的根本理论 2.1 金属切削层的变形金属切削层的变形2.2 切削力切削力2.3 切削热及切削温度切削热及切削温度2.4 刀具磨损和刀具耐用度刀具磨损和刀具耐用度第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2.1 金属切削层的变形金属切削层的变形金属的切削过程是一个复杂的过程，在这金属的切削过程是一个复杂的过程，在这一过程中会形成切屑，产生切削力、切削热与一过程中会形成切屑，产生切削力、切削热与切削温度，造成刀具磨损等。研究这些现象及切削温度，造成刀具磨损等。研究这些现象及变化规律，对于合理使用与设计刀具、夹具和变化规律，对于合理使用与设计刀具、夹具和机床，保证加工质量，减少能量消耗，提高生机床，保证加工质量，减少能量消耗，提高生产率和促进生产技术开展有很重要的意义。产率和促进生产技术开展有很重要的意义。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2.1.1 切屑的形成切屑的形成如图如图2-1所示，切削加工时，工件上的切削层受刀具的挤所示，切削加工时，工件上的切削层受刀具的挤压，切削层将产生弹性变形乃至发生塑性变形。由于受下部金压，切削层将产生弹性变形乃至发生塑性变形。由于受下部金属的阻碍，切削层只能沿属的阻碍，切削层只能沿OM线线(约与外力作用线成约与外力作用线成)产生剪切产生剪切滑移。滑移。OM线称为剪切线或滑移线。线称为剪切线或滑移线。图图2-2(a)是在直角自由切削情况下切屑的形成过程。当切是在直角自由切削情况下切屑的形成过程。当切削层金属接近始滑移面削层金属接近始滑移面OA时，将产生弹性变形。进入时，将产生弹性变形。进入OA以后，以后，内部切应力到达材料的屈服点，此时将产生塑性变形，即金属内部切应力到达材料的屈服点，此时将产生塑性变形，即金属晶格的一局部与另一局部产生相对滑移。如图中质点晶格的一局部与另一局部产生相对滑移。如图中质点P由点由点1向向前移动的同时，将沿前移动的同时，将沿OA面滑移，其合成运动使点面滑移，其合成运动使点1流动到点流动到点2，2-2就是该滑移量，还有就是该滑移量，还有3-3、4-4等滑移量。随着滑移量等滑移量。随着滑移量的不断增加，变形逐渐强化，切应力也逐渐增大。在最终滑移的不断增加，变形逐渐强化，切应力也逐渐增大。在最终滑移面面OM上，切应力和切应变到达最大值上，切应力和切应变到达最大值max，滑移变形根本结，滑移变形根本结束。束。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 图2-1 切削加工状态第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 图2-2 切屑形成过程与示意 第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 图2-2(b)是切屑形成的示意图。将金属材料的被切层看做一叠卡片，如1、2、3、4、5 当刀具切入时，卡片被推移到1、2、3、4、5等位置，卡片之间发生相对滑移，滑移方向就是最大切应力的剪切面。在实用条件下，剪切区一般很窄，在0.020.2mm之间，为方便计，常用一个平面OM代表，称为剪切面。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2.1.2 切屑的形态切屑的形态 切削金属时，由于工件材料不同，切削条件不同，故切削切削金属时，由于工件材料不同，切削条件不同，故切削过程中变形的程度也就不同，所形成的切屑形态更是多种多样。过程中变形的程度也就不同，所形成的切屑形态更是多种多样。归纳起来，切屑可分为以下四种类型，如图归纳起来，切屑可分为以下四种类型，如图2-3所示。所示。1带状切屑带状切屑 如图如图2-3(a)所示，这种切屑是连续状，与前刀面接触的底所示，这种切屑是连续状，与前刀面接触的底面是光滑的，外面是毛茸的，在显微镜下可观察到剪切面的条面是光滑的，外面是毛茸的，在显微镜下可观察到剪切面的条纹。它的形成条件是切削材料经剪切滑移变形后，剪切面上的纹。它的形成条件是切削材料经剪切滑移变形后，剪切面上的切应力未超过金属材料的破裂强度。一般在切削塑性材料如低切应力未超过金属材料的破裂强度。一般在切削塑性材料如低碳钢、铜、铝等材料时可形成此类切屑。其切削过程平稳，切碳钢、铜、铝等材料时可形成此类切屑。其切削过程平稳，切削力波动小，但必要时应采取断屑措施，以防对工作环境和工削力波动小，但必要时应采取断屑措施，以防对工作环境和工人平安造成危害。人平安造成危害。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 图2-3 切屑的根本形态 第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2节状切屑节状切屑如图如图2-3(b)所示，这类切屑的外外表呈锯齿形，内外表有所示，这类切屑的外外表呈锯齿形，内外表有时有裂纹。它是由于切削层变形较大，局部剪切面上的切应力时有裂纹。它是由于切削层变形较大，局部剪切面上的切应力到达了材料的破裂强度。它多产生于工件塑性较低、切削厚度到达了材料的破裂强度。它多产生于工件塑性较低、切削厚度较大、切削速度较低和刀具前角较小的情况下。其切削过程较较大、切削速度较低和刀具前角较小的情况下。其切削过程较不稳定，切削力波动较大。不稳定，切削力波动较大。3粒状切屑粒状切屑如图如图2-3(c)所示，这类切屑根本上是别离的梯形单元切屑，所示，这类切屑根本上是别离的梯形单元切屑，是进一步减小切削速度和前角，增加切削厚度，当整个剪切面是进一步减小切削速度和前角，增加切削厚度，当整个剪切面上的切应力超过材料的破裂强度时便可得到这种切屑。上的切应力超过材料的破裂强度时便可得到这种切屑。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 4崩碎切屑崩碎切屑如图如图2-3(d)所示，这是属于脆性材料的切屑。由于脆性材所示，这是属于脆性材料的切屑。由于脆性材料塑性小，抗拉强度低，刀具切入后，金属未经塑性变形就被料塑性小，抗拉强度低，刀具切入后，金属未经塑性变形就被挤裂或在拉应力下脆断，形成不规那么的崩碎切屑。挤裂或在拉应力下脆断，形成不规那么的崩碎切屑。由上述介绍可知，带状切屑形成时，切削力变化较小，切由上述介绍可知，带状切屑形成时，切削力变化较小，切削稳定，已加工外表质量好；节状和粒状切屑形成时的切削力削稳定，已加工外表质量好；节状和粒状切屑形成时的切削力有较大的波动，尤其是粒状切屑，在其形成过程中可能产生振有较大的波动，尤其是粒状切屑，在其形成过程中可能产生振动，影响加工质量；在切屑铸铁时，由于所形成的崩碎状切屑动，影响加工质量；在切屑铸铁时，由于所形成的崩碎状切屑是经石墨边界处崩裂的，所以加工外表质量下降。是经石墨边界处崩裂的，所以加工外表质量下降。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2.1.3 切削过程中三个变形区的变形特点切削过程中三个变形区的变形特点1第第变形区变形区1)变形特点如图2-4所示，第变形区是指在切削层内产生剪切滑移的塑性变形区。切削过程中的塑性变形主要发生在这里，所以它是主要变形区。由于此变形区一般是很窄的，因此在实用上常用一个剪切面OM来代替。如图2-5所示的OM剪切面。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 图2-4 切削时的三个变形区 第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 图2-5 剪切角 第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 根据材料力学可知，剪切滑移产生在切应力最大的平面OM上(见图2-5)，它和作用力F方向间的夹角为/4。通常把切削速度vc与剪切面OM间的夹角f称为剪切角(如图2-5)。剪切角f可按下式计算：(2-1)式中：f剪切角；b摩擦角，即切削合力F与前刀面垂直力FN之间的夹角；前角。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2)变形程度的衡量金属切削过程中的许多物理现象，都与切削过程中的变形程度大小直接有关。衡量切削变形程度大小的方法有多种，较常用也较方便的是用变形系数来衡量变形程度大小。如图2-6所示，切削层经过剪切滑移变形变为切屑，其长度lC比切削层长度l缩短，厚度比切削层厚度hD增厚，而宽度基本相等(设为bD)。设金属材料在变形前后体积不变，则 (2-2)于是变形系数(2-3)第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 图2-6 变形系数第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 当工件材料相同而切削条件不同时，值愈大说明塑性变形愈大；当切削条件相同而工件材料不同时，值愈大说明材料塑性愈大。在应用中，切削层的长度l为已知，只要用细钢丝量出切屑的长度lC，便可计算出变形系数。这个方法很简便，但也很粗略。变形程度大小的衡量还可由相对滑移或剪切角f的大小来衡量，本节不作讨论。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2第第变形区变形区1)变形特点当切屑沿前刀面流出时，在切屑与前刀面接触的区域，切屑与前刀面挤压摩擦，进一步产生剪切滑移，这就是第变形区。在第变形区内，沿前刀面流出的切屑，其底层受到刀具的挤压和接触面间强烈的摩擦，继续进行剪切滑移变形，使切屑底层的晶粒趋向与前刀面平行而成纤维状，其接近前刀面部分的切屑流动速度降低。这层流速较低的金属层称为滞流层。在高温和高压的作用下，变软的切屑底层的滞流层会嵌入凹凸不平的前刀面的平面中，形成全面积接触，阻力增大，滞流层底层的流动速度趋于零，此时产生粘结现象，这个区域称为粘结区，如图2-7所示的 。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 图2-7 前刀面上的摩擦第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 当切屑继续沿前刀面流动时，粘结区内的摩擦现象不是发生在切屑底层与前刀面之间，而是发生在滞流层内部，滞流层内部金属材料的剪切滑移(剪应力大于或等于金属材料的屈服强度),代替了切屑底层与前刀面之间的相对滑移，这种摩擦称为内摩擦。在粘结区以外的范围内，如图2-7所示的 ，由于切削温度降低，切屑底层金属塑性变形减小，切屑与前刀面接触面积减少，进入滑动区产生的摩擦就小。该区域的摩擦称为滑动摩擦，即外摩擦。综上所述，第变形区由粘结区和滑动区组成。实验证明，粘结区产生的摩擦力远超过滑动区的摩擦力，即第变形区的摩擦特性应以粘结摩擦(内摩擦)为主。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2)摩擦区的形成塑性金属切屑层材料经第变形区后沿前刀面排出。这是由于受前刀面的挤压和摩擦进一步加剧变形，在靠近前面处形成第变形区即摩擦区。摩擦区的特征：使切屑底层靠近前面处纤维化，流动速度减缓，甚至会停滞在前刀面上(实质上就是滞留层)；切屑弯曲，由摩擦而产生的热量使切屑与刀具接触面温度升高等。滞留层的特点：滞留层的变形程度要比上层剧烈，约几倍到几十倍，厚度一般约占切屑厚度的1/81/9。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 3)前刀面的摩擦特性实验证明，在第变形区(摩擦变形区)内，对于塑性金属来讲，切屑与前刀面间的摩擦不是一般的滑动摩擦。在摩擦区域内分为内摩擦和外摩擦两部分。其中粘结部分 为内摩擦；粘结部分之外 为外摩擦。(1)内摩擦。在切削塑性金属时，由于压力大、温度高，切屑的最底层金属流动速度很慢，甚至粘结到前刀面上。这一层金属与上层金属之间的摩擦就是内摩擦。内摩擦发生在材料内部的滞留层内。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 如图2-7，假如刀具绝对锋利，切削厚度hD较小，那么刀尖正应力最大。在内摩擦部分正应力较大，在外摩擦部分正应力较小，逐渐减小为零。在前刀面上，正应力分析曲线由下式表达：(2-4)其中，q为系数，b为指数，均由具体实验条件确定，x以切屑与前刀面的脱离点为起点。在前刀面上，剪应力的分布曲线为分段函数(2-5)第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论(2)内摩擦力计算。粘结部分 的内摩擦力，主要由剪应力和接触面积Aa决定，其大小为(3)内摩擦系数m值。实验测得前面上的摩擦系数是一个变量，因而只能令m代表前面上的平均摩擦系数。在内摩擦部分有(2-6)第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 式中，Aa内摩擦部分的接触面积；内摩擦部分的平均正应力。由于各点正应力是个变值，用上式所求的m值也是一个变量；采用平均正应力求的m值也为平均摩擦系数。(4)内摩擦的特点：发生在材料内部；摩擦力的大小与内摩擦面积成正比。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 3第第变形区变形区 1)变形特点工件已加工表面和刀具后刀面的接触区域，称为第变形区。在加工过程中，如图2-8所示，切削刀具刃口并不是非常锋利的，而存在刃口圆弧半径 rn，切削层在刃口钝圆部分O处存在复杂的应力状态。切削层金属经剪切滑移后沿前刀面流出成为切屑，O点之下的一薄层金属不能沿OM方向剪切滑移，被刃口向前推挤或被压向已加工表面，这部分金属首先受到压应力。此外，由于刃口磨损产生后角为零的小棱面(BE)及已加工表面的弹性恢复EF()，使被挤压的层再次受到后刀面的拉伸摩擦作用，进一步产生塑性变形。因此已加工表面是经过多次复杂的变形而形成的，它存在着表面加工硬化和表面残余应力。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 图2-8 已加工外表变形第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2)外表加工硬化和剩余应力(1)加工硬化。加工后已加工外表层硬度提高的现象称为加工硬化。切削时在形成已加工外表过程中，由于表层金属经过屡次复杂的塑性变形，硬度显著提高；另一方面，切削温度又使加工硬化减弱弱化；更高的切削温度将引起相变。已加工外表的加工硬化就是这种强化、弱化、相变作用的综合结果。加工中变形程度愈大，那么硬化程度愈高，硬化层深度也愈深。工件外表的加工硬化将给后续工序切削加工增加困难。如切削力增大，刀具磨损加快，影响了外表质量。加工硬化在提高工件耐磨性的同时，也增加了外表的脆性，从而降低了工件的抗冲击能力。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论(2)剩余应力。剩余应力是指在没有外力作用的情况下，物体内部存在的应力。由于切削力、切削变形、切削热及相变的作用，已加工外表常存在剩余应力，有剩余拉应力和剩余压应力之别。剩余拉应力会使已加工外表产生裂纹，降低零件的疲劳强度。工件外表剩余应力分布不均匀也会使工件产生变形，影响工件的形状和尺寸，这样对精密零件的加工是极为不利的。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2.1.4 积屑瘤积屑瘤在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工一在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在刀具前面处粘着一块剖面呈般钢料或其它塑性材料时，常常在刀具前面处粘着一块剖面呈三角状的硬块。它的硬度很高，通常是工件材料的三角状的硬块。它的硬度很高，通常是工件材料的23倍，在倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。这块冷焊在处于比较稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。这块冷焊在刀具前面上的金属称为积屑瘤或刀瘤，如图刀具前面上的金属称为积屑瘤或刀瘤，如图2-9所示。所示。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 图2-9 刀具切削变形图第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 1积屑瘤的成因积屑瘤的成因如前所述，由于切屑底面是刚形成的新外表，而它对前刀如前所述，由于切屑底面是刚形成的新外表，而它对前刀面强烈的摩擦又使前刀面变得十分洁净，当两者的接触面到达面强烈的摩擦又使前刀面变得十分洁净，当两者的接触面到达一定温度和压力时，具有化学亲和性的新外表易产生粘结现象，一定温度和压力时，具有化学亲和性的新外表易产生粘结现象，即所谓的即所谓的“冷焊。当切屑从粘结在刀面上的表层上流过冷焊。当切屑从粘结在刀面上的表层上流过(剪剪切滑移切滑移)，因内摩擦变形而产生加工硬化而被阻滞在底层，粘，因内摩擦变形而产生加工硬化而被阻滞在底层，粘成一体，又易被同种金属吸引而阻滞在粘结的底层上。这样，成一体，又易被同种金属吸引而阻滞在粘结的底层上。这样，一层一层的堆积并粘结在一起，形成积屑瘤，直至该处的温度一层一层的堆积并粘结在一起，形成积屑瘤，直至该处的温度和压力缺乏以造成粘结为止。由此可见，切屑底层与前刀面发和压力缺乏以造成粘结为止。由此可见，切屑底层与前刀面发生粘结和加工硬化是积屑瘤产生的必要条件。一般说来，温度生粘结和加工硬化是积屑瘤产生的必要条件。一般说来，温度与压力太低，不会发生粘结；而温度太高，也不会产生积屑瘤。与压力太低，不会发生粘结；而温度太高，也不会产生积屑瘤。因此，积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化性质因此，积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化性质有关，也与刃前区的温度和压力分布有关。有关，也与刃前区的温度和压力分布有关。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 一般来说，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤；温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。对于碳素钢来说，约在300350时积屑瘤最高，到500以上时趋于消失。2积屑瘤的特点积屑瘤的特点(1)化学性质与工件材料相同，说明积屑瘤来自于工件材料(切屑底层)的逐渐堆积。(2)硬度是工件材料的34倍，稳定时可代替刀刃进行切削。(3)积屑瘤是一个动态结构，状态不稳定，产生、成长、脱落反复进行。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 3积屑瘤的利弊积屑瘤的利弊1)精加工精加工(不希望产生积屑瘤不希望产生积屑瘤)(1)积屑瘤会改变切削深度，不能保证加工尺寸精度。积屑瘤会改变切削深度，不能保证加工尺寸精度。(2)积屑瘤使前角变大，由于积屑瘤粘附在刀具前面上，积屑瘤使前角变大，由于积屑瘤粘附在刀具前面上，加大了刀具的实际前角，可使切削力减小，变形小，但积屑瘤加大了刀具的实际前角，可使切削力减小，变形小，但积屑瘤消失时，切削力又变大，容易引起振动。消失时，切削力又变大，容易引起振动。2)粗加工粗加工(1)硬质合金材料的刀具：在积屑瘤比较不稳定的情况下，硬质合金材料的刀具：在积屑瘤比较不稳定的情况下，积屑瘤的破裂有可能使硬质合金刀具颗粒破落，反而使刀具磨积屑瘤的破裂有可能使硬质合金刀具颗粒破落，反而使刀具磨损加剧。损加剧。(2)高速钢材料的刀具：积屑瘤粘附在刀具前面上，在相高速钢材料的刀具：积屑瘤粘附在刀具前面上，在相对稳定时，可代替刀刃切削，有减小刀具磨损，提高耐用度的对稳定时，可代替刀刃切削，有减小刀具磨损，提高耐用度的作用。作用。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 4积屑瘤的控制积屑瘤的控制 控制积屑瘤的方法主要有以下几种：控制积屑瘤的方法主要有以下几种：(1)提高工件材料的硬度，减少塑性和加工硬化倾向。对提高工件材料的硬度，减少塑性和加工硬化倾向。对于塑性材料，如钢材、球墨铸铁、铝合金等只要切削温度和切于塑性材料，如钢材、球墨铸铁、铝合金等只要切削温度和切削速度适宜，便会产生积屑瘤。因此在工件材料方面，应提高削速度适宜，便会产生积屑瘤。因此在工件材料方面，应提高材料硬度，减少滞留层的形成。材料硬度，减少滞留层的形成。(2)控制切削速度，以控制切削温度。如图控制切削速度，以控制切削温度。如图2-10所示为积所示为积屑瘤高度与切削速度关系示意图。由于切削速度是切削用量中屑瘤高度与切削速度关系示意图。由于切削速度是切削用量中影响切削温度最大的因素，所以该图反映了积屑瘤高度与切削影响切削温度最大的因素，所以该图反映了积屑瘤高度与切削温度的关系。低速时低温，高速时高温，都不产生积屑瘤。在温度的关系。低速时低温，高速时高温，都不产生积屑瘤。在积屑瘤生长阶段，其高度随积屑瘤生长阶段，其高度随vc增大而增高；在消失阶段那么随增大而增高；在消失阶段那么随vc增大而减小。因此控制积屑瘤可选择低速或高速切削。增大而减小。因此控制积屑瘤可选择低速或高速切削。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 图2-10 积屑瘤高度与切削速度的关系第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 低速时(vc=10m/min以下)，由于温度低(低于300)，不会引起粘附，不会形成积屑瘤。高速时(vc=100m/min以上)，由于产生的温度高(在500600以上)，积屑瘤的加工硬化消失，积屑瘤消失。中速时，(10m/minvc100m/min)易产生积屑瘤，尤其切削中碳钢时，vc=2030m/min，温度适宜(约300400)，积屑瘤达最高。(3)采用润滑性能良好的切削液，切削液可以减少内摩擦，起到润滑作用，从而抑制积屑瘤的产生。(4)减少切屑与刀具前面接触区的压力，增大前角，减小切削厚度，都可使刀具切屑接触长度减小，积屑瘤高度减小。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 5积屑瘤的影响积屑瘤的影响 积屑瘤有利的一面是它包覆在切削刃上代替切削刃工作，积屑瘤有利的一面是它包覆在切削刃上代替切削刃工作，起到保护切削刃的作用，同时还使刀具实际前角增大，切削变起到保护切削刃的作用，同时还使刀具实际前角增大，切削变形程度降低，切削力减小；但也有不利的一面，由于它的前端形程度降低，切削力减小；但也有不利的一面，由于它的前端伸出切削刃之外，影响尺寸精度，同时其形状也不规那么，在伸出切削刃之外，影响尺寸精度，同时其形状也不规那么，在切削外表上刻出深浅不一的沟纹，影响外表质量。此外，它也切削外表上刻出深浅不一的沟纹，影响外表质量。此外，它也不稳定，成长、脱落交替进行，切削力易波动，破碎脱落时会不稳定，成长、脱落交替进行，切削力易波动，破碎脱落时会划伤刀面，假设留在已加工外表上，会形成毛剌等，增加外表划伤刀面，假设留在已加工外表上，会形成毛剌等，增加外表粗糙度值。因此在粗加工时，允许有积屑瘤存在，但在精加工粗糙度值。因此在粗加工时，允许有积屑瘤存在，但在精加工时，一定要设法防止。时，一定要设法防止。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2.1.5 影响切削变形的主要因素影响切削变形的主要因素1工件材料工件材料 如图如图2-11所示，在切削条件相同的情况下，被切材料的强所示，在切削条件相同的情况下，被切材料的强度愈大，那么材料的摩擦系数愈小，变形系数愈小，因此切度愈大，那么材料的摩擦系数愈小，变形系数愈小，因此切削变形减小；假设被切材料的塑性愈大，愈容易产生塑性滑削变形减小；假设被切材料的塑性愈大，愈容易产生塑性滑移和剪切变形，因此变形系数愈大。所以切削低碳钢等塑性移和剪切变形，因此变形系数愈大。所以切削低碳钢等塑性材料时，塑性变形较严重。材料时，塑性变形较严重。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 图2-11 材料对变形系数的影响 第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2切削用量切削用量 1)切削速度对切削变形的影响如图2-12所示，切削塑性材料时，切削速度vc对切削变形的影响呈波浪形变化。在低速阶段，即速度小于5m/min时，由于前刀面与切屑底层摩擦系数较小，故不会形成积屑瘤。当切削速度达到约 时，开始产生积屑瘤。当切削速度达到 时(约为20m/min),积屑瘤高度达到最大值，此时前刀面的实际前角也达到最大值。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 图2-12 切削速度vc对变形系数的影响 第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 当切削速度由 进入到 时，此时切屑瘤高度又降低，实际前角减小，切削变形也随之增大。当积屑瘤完全消失时(切削速度约为4075m/min)变形系数达到高峰，如果再增加切削速度vc，那么前刀面上的摩擦系数继续降低。另一方面，由于切削温度增高，切屑底层处于微熔状态，形成润滑膜，因此切削变形减小，变形系数也降低。因此，可以通过控制切削速度来减小变形、降低切削力和获得较小的表面粗糙度值。在生产中，常常用高速钢低速精车或用硬质合金和其它超硬刀具材料进行高速精切，从而获得较小的表面粗糙度值。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2)进给量当主偏角kr一定时，增大进给量，切屑厚度也增加，切削变形通常是减小的，如图2-13所示。因为，随着切削厚度增加，滞流层的厚度增加的不多。就是说，变形程度严重的金属层，其所占切屑体积的百分比随着切削厚度增加而下降。因此从切削层整体看，切屑的平均变形减小，变形系数减小。生产中所用的强力切削车刀、强力端铣刀和轮切式拉刀等刀具都是根据这个原理而制造出来的。3)刀具几何角度前角愈大，切削变形愈小，如图2-14所示。因为前角增大时，剪切角随之增大，切屑流出时的阻力减小，切削变形减小，变形系数降低。可见在保证切削刃强度的前提下，增大刀具前角对改善切削过程是有利的。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 图2-13 进给量f对变形系数的影响 第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 图2-14 前角对变形系数的影响 第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2.2 切切 削削 力力切削过程中，刀具施加于工件使工件材料切削过程中，刀具施加于工件使工件材料产生变形，并使多余材料变为切屑所需的力，产生变形，并使多余材料变为切屑所需的力，称为切削力。在切削过程中，切削力直接决定称为切削力。在切削过程中，切削力直接决定着切削热的产生，并影响刀具的磨损、破损、着切削热的产生，并影响刀具的磨损、破损、使用寿命、加工精度和已加工外表质量。在生使用寿命、加工精度和已加工外表质量。在生产中，切削力又是计算切削功率，制定切削用产中，切削力又是计算切削功率，制定切削用量，监控切削状态，设计和使用机床、刀具、量，监控切削状态，设计和使用机床、刀具、夹具的必要依据。因此，研究切削力的规律和夹具的必要依据。因此，研究切削力的规律和计算方法，将有助于分析切削机理，并对生产计算方法，将有助于分析切削机理，并对生产实际有重要实用意义。实际有重要实用意义。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2.2.1 切削力的来源切削力的来源研究切削力，对进一步弄清切削机理，对计算功率消耗，研究切削力，对进一步弄清切削机理，对计算功率消耗，对刀具、机床、夹具的设计，对制定合理的切削用量，优化刀对刀具、机床、夹具的设计，对制定合理的切削用量，优化刀具几何参数等，都具有非常重要的意义。切削力来源于三个方具几何参数等，都具有非常重要的意义。切削力来源于三个方面：克服被加工材料对弹性变形的抗力；克服被加工材料对塑面：克服被加工材料对弹性变形的抗力；克服被加工材料对塑性变形的抗力；克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过性变形的抗力；克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡外表与已加工外表之间的摩擦力渡外表与已加工外表之间的摩擦力(如图如图2-15所示所示)。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 图2-15 切削力的来源 第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2.2.2 切削力的分解切削力的分解通常将合力F分解为相互垂直的三个分力：切削力Fc、进给力Ff、背向力Fp，如图2-16所示。切削力Fc：总切削力在主运动方向的分力，大小约占总切削力的80%90%。Fc消耗的功率最多，约占总功率的90%，是计算机床切削功率、选配机床电机、校核机床主轴、设计机床部件及计算刀具强度等必不可少的参数。进给力Ff：总切削力在进给方向的分力，进给力也做功，但只占总功的1%5%，是设计、校核机床进给机构及计算机床进给功率不可缺少的参数。背向力Fp：总切削力在垂直于工作平面方向的分力，Fp不消耗功率，但容易使工件变形，甚至可能产生振动，影响工件的加工精度，是进行加工精度分析、计算工艺系统刚度以及分析工艺系统振动时所必需的参数。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 图2-16 切削力的分解第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 以上三个切削分力与总切削力F有如下关系：(2-7)主切削力Fc垂直于基面，与切削速度vc的方向一致，又可以称为切向力。切深抗力Fp在基面内，并与进给方向(即工件轴线方向)相垂直。进给抗力Ff在基面内，并与进给方向(即工件轴线方向)相平行。由图2-17可知，合力F先分解为Fc和FD，FD再分解为Fp和Ff，因此第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 Fp、Ff与FD又有如下的关系：一般情况下，切削力Fc最大，Fp、Ff小一些。随着刀具几何参数、刃磨质量、磨损情况和切削用量的不同，Fp、Ff相对于Fc的比值在很大的范围内变化(如图2-17所示)：Fp=(0.150.7)FcFf=(0.10.6)Fc在应用中，Fc和Fp很重要。Fc是计算切削功率和设计机床的主要依据。车削外圆时，Fp虽不作功，但能使工件变形或造成振动，对加工精度和已加工表面质量影响较大。Ff作用在机床进给机构上，常用以设计机床进给机构或校核其强度。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 图2-17 切削过程各力分布 第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2.2.3 切削力的经验指数公式切削力的经验指数公式利用测力仪测出切削力，再将实验数据加以处理，可以得到切削力的经验公式。切削力的经验公式通常是以切削深度ap和进给量f为变量的幂函数，其形式如下：(2-8)式中：、系数；第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论、指数。车削常用金属时，主切削力Fc经验公式中的系数、指数值可利用切削用量手册中的数据计算Fc，必须注意，如实际切削条件与试验中切削条件有差异时，则应在公式后面乘以相应的修正系数。在切削用量手册中，有比较系统、全面的数据(包括所有的指数)，可以应用指数公式计算出Fc、Fp、Ff。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2.2.4 单位切削力和切削功率单位切削力和切削功率 单位切削力指的是单位切削面积上的主切削力，用表示：式中：Fc主切削力，N；AD切削面积，AD=apf，mm2；ap切削深度，mm；f进结量，mm/r。如果已知单位切削力，利用下面的公式就可以算出主切削力Fc：Fc=KcAD=Kc apf (N)(2-9)式中：单位为N/mm2，AD单位为mm2。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 功率是力和力作用方向上的运动速度的乘积。切削功率是各切削分力消耗功率的总和。在外圆车削中，Fc方向的运动速度就是切削速度vc；Fp方向的运动速度等于零；Ff方向的运动速度是转速n和进给量f的乘积，即nf。因此，切削功率Pc可按下式计算：(kW)(2-10)式中：Fc主切削力，N；vc切削速度，m/s；Ff进给抗力，N；n工件的转速，r/s；f进给量，mm/r。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 或 式中：Fc主切削力，kgf；vc切削速度，m/min；Ff进给抗力，kgf；n工件的转速，r/min；f进给量，mm/r。注意：1kW=6120kgfm/min(或61201000kgfmm/min)。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 由于Ff远远小于Fc，而Ff方向的运动速度又很小，因此Ff所消耗的功率，相对于Fc所消耗的功率是微不足道的(一般小于1%)，可以略而不计。一般，切削功率根据Fc和vc计算，即Pc=Fcvc10-3 (kW)(2-11)式中：Fc的单位为N，vc的单位为m/s。根据切削功率选择机床电动机，还要考虑机床的传动效率。机床电动机的功率PE应当是PE 式中：机床的传动效率，一般取0.750.85。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2.2.5 影响切削力的因素影响切削力的因素影响切削力的因素很多，主要是工件材料、切削用量、刀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。具几何参数及刀具磨损等。1工件材料的影响工件材料的影响 被加工工件材料的强度、硬度越高，切削力越大。强度相被加工工件材料的强度、硬度越高，切削力越大。强度相近的材料，假设其塑性近的材料，假设其塑性(伸长率伸长率)较大，那么与刀具间的摩擦系较大，那么与刀具间的摩擦系数数和摩擦角和摩擦角也较大，故切削力较大。切削脆性材料时，得也较大，故切削力较大。切削脆性材料时，得到崩碎切屑，塑性变形及与前刀具面的摩擦都很小，故其切削到崩碎切屑，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：力一般低于塑性材料。例如：45钢钢(中碳钢中碳钢)的切削力高于的切削力高于A3钢钢(低碳钢低碳钢)；调质钢和淬火钢高于正火钢；调质钢和淬火钢高于正火钢；1Cr18Ni9Ti不锈不锈钢高于钢高于45钢；铸铁和铜、铝合金低于钢材料；紫铜高于黄铜。钢；铸铁和铜、铝合金低于钢材料；紫铜高于黄铜。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查找该第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 材料切削力的有关数据，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?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。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2切削用量的影响切削用量的影响1)切削深度和进给量对切削力的影响 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，变形系数不变，切削力成正比增大；而f加大时，变形系数有所下降，故切削力不成正比增大。在切削力的经验公式中，加工各种材料，ap的指数 1，而f的指数 =0.750.9。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。书中列出的值是在f=0.3mm/r时得到的。如果进给量f0.3mm/r，则需乘以相应的修正系数。实验表明，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 。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2)切削速度对切削力的影响加工塑性金属时，在中速和高速下，切削力一般随着切削速度的增大而减小，这主要是因为vc增大，将使切削温度提高，m下降，从而使变形系数减小。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，有着特殊的规律，这里不再重复。切削脆性金属(如灰铸铁、铅黄铜)，因其塑性变形很小，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。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 3刀具几何参数对切削力的影响刀具几何参数对切削力的影响 1)前角o前角o加大，被切金属的变形减小，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1，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%。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，但会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b对进给量f的比值(b/f)来影响切削力的。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 3)主偏角(1)当kr加大时，Fp减小，Ff加大。(2)当加工塑性金属时，随kr加大，Fc减小；约在kr=6075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。(3)kr加大时，Fp/Fc减小，Ff/Fc加大。在Fc之后，可以用这个比值估算Fp和Ff。4)刃倾角 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s减小时，Fp增大，Ff减小。在非自由切削的情况下，刃倾角在1045的范围内变化时，Fc根本不变。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 5)刀尖圆弧半径在一般的切削加工中，刀尖圆弧半径r对Fp、Ff的影响较大，对Fc的影响较小。当刀尖圆弧半径在0.252mm范围内变化时，随着r的加大，Fp增大，Ff减小，Fc仅略有增大。4刀具磨损对切削力的影响刀具磨损对切削力的影响 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和摩擦力Fa都将增大，故切削力加大。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。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 5切削液对切削力的影响切削液对切削力的影响 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地降低切削力，这是由于它的润滑作用，强的切削油能够显著地降低切削力，这是由于它的润滑作用，减小了刀具前刀面与切屑、后刀面与工件外表之间的摩擦，甚减小了刀具前刀面与切屑、后刀面与工件外表之间的摩擦，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乳化液，比干切时的切削力降低10%20%；攻丝时使用极压；攻丝时使用极压切削油，比使用切削油，比使用5号高速机油时的扭矩降低号高速机油时的扭矩降低20%30%。6刀具材料对切削力的影响刀具材料对切削力的影响 刀具材料不是影响切削力的主要因素。但由于不同的刀具刀具材料不是影响切削力的主要因素。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。如用影响。如用YT类硬质合金刀具切削钢料时的类硬质合金刀具切削钢料时的Fc比用高速钢刀比用高速钢刀具约降低具约降低5%10%；用；用YG类硬质合金刀具和高速钢刀具切削类硬质合金刀具和高速钢刀具切削铸铁，切削力根本相同。铸铁，切削力根本相同。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2.2.6 切削力的测量切削力的测量 在生产实际中，切削力的大小一般采用由实验结果建立起来的经验公式计算。在需要较为准确地知道某种切削条件下的切削力时，还需进行实际测量。随着测试手段的现代化，切削力的测量方法有了很大的发展，在很多场合下已经能很精确地测量切削力。切削力的测量成了研究切削力的行之有效的手段。目前采用的切削力测量手段主要有：(1)测定机床功率，计算切削力。用功率表测出机床电机在切削过程中所消耗的功率PE后，可按下式计算出切削功率Pm：(2-12)第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 在切削速度v的情况下，利用Pm即可求出切削力F。这种方法只能粗略估算切削力的大小，不够精确。当要求精确知道切削力的大小时，通常采用测力仪直接测量。(2)用测力仪测量切削力。测力仪的测量原理是利用测量切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生的变形，或作用在压电晶体上产生的电荷经过转换后，读出Fz、Fx、Fy的值。在自动化生产中，还可利用测力传感装置产生的信号优化和监控切削过程。测力仪按工作原理可以分为机械、液压和电气测力仪。目前常用的是电阻应变片式测力仪和压电测力仪。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2.3 切削热及切削温度切削热及切削温度2.3.1 切削热的来源切削热的来源在刀具的切削作用下，切削层金属发生弹性变形和塑性变形，这是切削热的一个来源。同时，切屑与前刀面、工件与后刀面间消耗的摩擦功，也将转化为热能，这是切削热的又一个来源。切削热的传散渠道：工件、切屑、刀具与介质(空气、切削热)。如图2-18所示，金属切削过程的三个变形区就是产生切削热(cutting heat)的三个热源：(1)切屑变形所产生的热量，是切削热的主要来源；(2)切屑与刀具前刀面之间的摩擦所产生的热量；(3)工件与刀具后刀面之间的摩擦所产生的热量。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 图2-18 金属的切削热第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 切削热向切屑、工件、刀具以及周围的介质传导，使它们的温度上升，从而导致切削区内的切削温度(cutting temperatures)上升。用高速钢车刀及与之相适应的切削速度切削钢料时，切削热传出的比例是：切屑传出的热约为50%86%；工件传出的热约为10%40%；刀具传出的热约为3%9%；周围介质传出的热约为1%。切削热的来源就是切屑变形功和刀具前、后面的摩擦功。(2-13)第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 式中：Qs工件材料弹、塑性变形所产生的热量；Qr切屑与前面、加工外表与后面摩擦所产生的热量；Qc切屑带走的热量；Qt刀具传散的热量；Qw工件传散的热量；Qm周围介质如空气、切削液带走的热量。2.3.2 切削温度切削温度一般指切屑与前刀面接触区域的平均温度。实际上，在主剖面内前刀面切削温度的分布是不同的。最高温度不在入口处，而是距切削刃有一小段距离。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 1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1)对刀具材料的影响 高速钢刀具材料的耐热性为600左右，超过该温度刀具失效。硬质合金刀具材料耐热性好，在高温8001000时，强度反而更高，韧性更好。因此适当提高切削温度，可防止硬质合金刀具崩刃，延长刀具寿命。2)对工件尺寸精度的影响车削工件外圆时，工件受热膨胀，切削后冷却至室温，尺寸变小，特别是在精加工和超精密加工时，切削温度的变化对工件尺寸精度的影响特别大，因此控制好切削温度，是保证加工精度的有效措施。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素切削温度的表达公式如下：(2-14)式中：vc表示切削速度，f表示进给量，ap表示切削深度，表示切削温度影响系数。1)切削速度对切削温度的影响 切削速度对切削温度有显著的影响。实验证明，随着切削速度的提高，切削温度将明显上升。其原因如下：当切屑沿前刀面流出时，切屑底层与前刀面发生强烈的摩擦，因而产生很多的热量。而这摩擦热主要是在切屑很薄的底层里产生的。如果在连续流出的切屑中截取极短的一段作为一个单元来考察，第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 当这个切屑单元沿前刀面流出时，摩擦热是一边生成而又一边向切屑的顶面方向和刀具内部传导的。如果切削速度提高，那么摩擦热生成的时间很短，而切屑底层产生的切削热向切屑内部和刀具内部传导都需要一定的时间。因此，提高切削速度的结果是，摩擦热来不及向切屑和刀具内部传导，而是大量积聚在切屑底层，从而使切削温度升高。此外，随着切削速度的提高，单位时间内的金属切除量成正比例地增多，消耗的功增大了，所以切削热也会增加。而随着切削速度的提高，单位切削力和单位切削功率却有所减小，故切削热和切削温度不与切削速度成正比例地增加。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 2)进给量对切削温度的影响 进给量f对切削温度也有一定的影响。随着进给量的增大，单位时间内的金属切除量增多，切削过程产生的切削热也增多，使切削温度上升。但切削温度随进给量增大而升高的幅度不如切削速度那样显著。这是因为单位切削力和单位切削功率随进给量增大而减小，切除单位体积金属产生的热量也减小，所以增大进给量时，所产生的切削热不与金属切除量成正比例地增加，而是前者增加得慢一些。此外，当进给量增大后，切屑变厚，切屑的热容量增大，由切屑带走的热量也增多。故切削区的平均温度的上升不甚显著。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 3)切削深度对切削温度的影响 切削深度ap对切削温度的影响很小。因为切削深度ap增大以后，切削区产生的热量虽然成正比例地增多，但因切削刃参加切除工作的长度也成正比例地增加，改善了散热条件，所以切削温度的升高并不明显。切削温度对刀具磨损和刀具使用寿命有直接影响。由以上规律可以看到，为了有效地控制切削温度以延长刀具使用寿命，在机床条件允许的情况下，选用大切削深度和进给量，比选用大的切削速度有利。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 4)刀具几何参数对切削温度的影响(1)前角对切削温度的影响。前角o的数值直接影响切削过程中的变形和摩擦，所以它对切削温度有明显的影响。前角大，产生的切削热少，切削温度低；前角小，切削温度高。如前角进一步加大，那么因刀具的散热体积减小，热容量也减小，切削温度不会进一步降低。(2)主偏角对切削温度的影响。随着主偏角的增大，切削温度将逐渐升高。这是因为主偏角加大后，切削刃工作长度缩短，使切削热相对的集中，而且主偏角加大，那么刀尖角减小，使散热条件变差，从而提高了切削温度。反之，假设适当减小主偏角，那么使刀尖角加大，切削刃工作长度也加长，散热条件得到改善，从而使切削温度降低。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论(3)负倒棱对切削温度的影响。负倒棱宽度 在(02)f范围内变化，基本上不影响切削温度。因为负倒棱的存在，一方面使切削区的塑性变形增大，切削热也随之增多，但另一方面却又使刀具的散热条件有所改善。两者平衡的结果，使切削温度基本不变。(4)刀尖圆弧半径对切削温度的影响。刀尖圆弧半径r在01.5mm范围内变化，基本上不影响平均切削温度。因为随着刀尖圆弧半径的加大，切削区的塑性变形要增大，切削热也随之增多，但加大刀尖圆弧半径又改善了刀具本身的散热条件，两者互相抵消的结果，使平均切削温度基本不变。但r对刀尖处局部切削温度影响较大，r加大，有利于刀尖处局部切削温度的降低。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 5)刀具磨损对切削温度的影响刀具磨损后切削刃变钝，刃区前方的挤压作用增大，使切削区金属的塑性变形增加；同时，磨损后的刀具后角变成零度，使工件与后刀面的摩擦加大，两者均使产生的切削热增多。所以，刀具的磨损是影响切削温度的重要因素。切削合金钢时，由于合金钢的强度和硬度比较高，而导热系数又较低，所以刀具磨损对切削温度的影响显著。例如，车削38CrMoAlA合金钢的初期试验说明，当后刀面磨损值到达0.4mm时，切削温度已上升13%。所以切削合金钢的刀具，仅允许有较小的磨损量。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 6)工件材料对切削温度的影响(1)工件材料的硬度和强度越高，切削时所消耗的功就越多，产生的切削热也越多，切削温度就越高。如45钢由于在正火、调质和淬火状态下的强度与硬度不同，正火状态b0.589GPa(60kgf/mm2)，HB=187；调质状态b=0.736GPa(75kgf/mm2)，硬度为HB229；淬火状态b=1.452GPa(148kgf/mm2)，硬度为HRC44。三者切削温度相差悬殊，与正火状态相比较，调质状态的切削温度约增高20%25%，淬火状态的切削温度约增高40%45%。(2)合金结构钢的强度普遍高于45钢，而导热系数又一般均低于45钢。所以切削合金结构钢时的切削温度一般均高于切削45钢时的切削温度。第第2 2章章 金属切削加工的基本理论金属切削加工的基本理论 (3)不锈钢lCrl8Ni9Ti和高温合金GHl3l不但导热系数低，而且在高温下仍能保持较高的强度和