第二章金属切削的基本规律课件

第第2 2章章 金属切削的基本规律金属切削的基本规律 金属的切削过程金属的切削过程 切削力切削力 切削热与切削温度切削热与切削温度 刀具磨损和寿命刀具磨损和寿命 切削条件的合理选择切削条件的合理选择本章要点-第第2 2章章 金属切削的基本规律金属切削的基本规律 金属切削过程是机械制造过程的一个重要组成部分。金属切削过程的优劣,直接影响机械加工的质量、生产率与生产成本。本章主要内容：1、分析了金属切削过程中产生切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损的原因及对切削过程的影响;2、介绍金属切削过程中的基本规律，即切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损与刀具耐用度变化四大规律;3、介绍了四个方面的基本规律在生产上应用的各种问题，如改善工件材料的切削加工性，合理选择切液，合理选择刀具几何参数与切削用量等。-切削过程中的各种物理现象，切削过程中的各种物理现象，都是以切屑形成过程为基础的。了都是以切屑形成过程为基础的。了解切屑形成过程，对理解切削规律解切屑形成过程，对理解切削规律及其本质是非常重要的。下面以塑及其本质是非常重要的。下面以塑性金属材料为例，说明切屑的形成性金属材料为例，说明切屑的形成及切削过程中的变形情况。及切削过程中的变形情况。2.1 2.1 金属的切削过程金属的切削过程-2.1.1 2.1.1 切屑的形成过程切屑的形成过程 切屑是被切材料受到刀切屑是被切材料受到刀具前刀面的推挤，沿着具前刀面的推挤，沿着某一斜面剪切滑移形成某一斜面剪切滑移形成的。的。-2.1.2 2.1.2 切削过程中的三个变形区切削过程中的三个变形区被切金属层在前刀面的推动作用下产生剪切应力，当剪切应力达到并超过工作材料的屈服极限时，被切金属层将沿某一方向产生剪切滑移变形而逐渐累积在前刀面上，随切削的进行，这层累积物将连续不断地沿前刀面流出，形成切屑。在这个过程中，切削层会产生一系列的变形，可划分为三个变形区。-取金属内部质点P来分析滑移过程：OA,0B,OM等都是等切应力曲线 P点移到1时,在该处剪应力达到材料的屈服极限,过点1后，P点在继续向前移动的同时也沿0A滑移，合成运动将使其从1流至2处,2-2就是它的滑移量。之后同理继续滑移至3、4处,离开4处后,就沿着前刀面方向流出而成为切屑上一个质点。在切削层上其余各点,移动至OA线均开始滑移、离开OM线终止滑移。OA是始滑移面，OM是终滑移面。OA、OM之间区域为第变形区。由于切屑形成时应变速度很快、时间极短，故OA、OM面相距很近，一般约为0.020.2mm，且切削速度越高，其宽度越小，因此把第一变形区用一剪切面来表示。-2.1.3 2.1.3 切屑变形程度的表示方法切屑变形程度的表示方法 研究切削过程的目的在于找出切屑的变形规律，研究切削过程的目的在于找出切屑的变形规律，要说明这些变形规律，首先必须给出切屑变形程度要说明这些变形规律，首先必须给出切屑变形程度的表示方法。的表示方法。切削层金属变形主要是剪切滑移变形，因此用切削层金属变形主要是剪切滑移变形，因此用相对滑移来表示切削层变形程度。相对滑移来表示切削层变形程度。-切削过程中金属的塑性变形集中于第一变形区，主要形式是切削过程中金属的塑性变形集中于第一变形区，主要形式是剪切滑移，故切屑变形量可用剪应变剪切滑移，故切屑变形量可用剪应变表示。表示。一、一、相对滑移相对滑移剪切面沿自身方向窜动的距离剪切面沿自身方向窜动的距离s与剪切面的滑移距离与剪切面的滑移距离y之比。之比。用用能比较准确地表示切削层的变形程度，但是他是根据能比较准确地表示切削层的变形程度，但是他是根据纯剪切计算的，而实际切削过程除剪切外还有挤压作用，纯剪切计算的，而实际切削过程除剪切外还有挤压作用，故有一定的近似性，且计算复杂。故有一定的近似性，且计算复杂。-用用能比较准确地表示切削层的变形程度，但它是根据纯剪切能比较准确地表示切削层的变形程度，但它是根据纯剪切计算的，而实际切削过程除剪切外还有挤压作用。此时切屑计算的，而实际切削过程除剪切外还有挤压作用。此时切屑厚度比切削层厚度变厚，长度比切削层长度缩短，故可用厚厚度比切削层厚度变厚，长度比切削层长度缩短，故可用厚度压缩比来表示。度压缩比来表示。二、二、切屑（削）变形系数切屑（削）变形系数 可用厚度压缩比可用厚度压缩比h，即切屑厚度与切削厚度的比值即切屑厚度与切削厚度的比值。长度压缩比长度压缩比1，即切削层长度与切屑长度之比，即切削层长度与切屑长度之比-三、切削变形的变化规律三、切削变形的变化规律 切削变形是个复杂的过程，通常利用先进的测试仪器和手段，才可能描绘出变形过程。目前，研究切削变形的方法有：通过试件侧面网格来观察变形，分析切屑根部试样中金相组织，高速拍摄变形过程，用扫描电镜观察切屑形成过程以及用X射线测定变形程度等。从相对滑移、变形系数h计算式中可知，切屑变形的程度主要决定于剪切角和摩擦系数的大小。改变加工条件，促使增大、减小，就能减小切屑的变形。影响切屑变形的因素很多，其中最主要的、起决定作用的几个因素：切削变形的变化规律-切削变形的变化规律前角对剪切角的影响a)负前角；b)正前角(1)前角前角 增大前角，使剪切角 增大，变形系数h减小，因此，切屑变形减小。如图所示，增大，改变了正压力Fn的大小和方向，使合力Fr减小、作用角减小，故剪切角增大。由于增大了，切屑厚度hch减小，使变形系数h减小。-生产实践表明，采用大前角刀具切削，刀刃锋利、切入金属容易，切屑与前刀面接触长度Lf 减短，流屑阻力小，因此，切屑变形小、切屑省力。(2)(2)切削速度切削速度 切削速度vc是通过积屑瘤使剪切角改变和通过切削温度使摩擦系数变化而影响切削变形的。切削变形的变化规律-如图中碳钢为例。vc在320m/min范围内提高，积屑瘤高度随着增加，刀具实际前角增大，使剪切角增大，故变形系数h减小；vc=20m/min左右时，h值最小；vc在2040m/min范围内提高，积屑瘤逐渐消失，刀具实际前角减小，使减小，h增大。vc超过40m/min继续增高，由于切削温度继续增高，致使摩擦系数下降，故变形系数h减小。此外，在高速时，也由于切削层受力小，切削速度又快，切削变形不充分而使切屑变形减小。图 切削速度对积屑瘤的影响-(3)(3)进给量进给量 进给量f 对切屑变形的影响规律如图所示，即：进给量f 增大，使变形系数h减小。这是由于进给量 f 增大后，使切削厚度 hD 增加，正压力Fn增大，平均正应力av增大，因此摩擦系数下降，剪切角增大所致。从另一方面来说，在一定切削厚度 hD的切屑中，各切削层的变形的应力分布是不均匀的。近前刀面处的金属变形和应力大，离前刀面越远的金属层，变形和应力越小。因此，切削厚度hD增加，切屑中平均变形减小；反之，薄切屑的变形量大。-（4 4）工件材料）工件材料 工件材料的机械性能不同，切屑变形也不同。材料的强度、硬度提高，正压力Fn增大，平均正应力av增大，因此，摩擦系数下降，剪切角增大，切屑变形减小。切削变形的变化规律-所以，切削强度、硬度高的材料，不易产生变形，若需达到一定变形量，应施较大作用力和消耗较多的功率。而切削塑性较高的材料，则变形较大。下图为采用不同前角 切削不同材料时的变形系数h值。积积 屑屑 瘤瘤-2.1.4 2.1.4 前刀面的挤压、刀前刀面的挤压、刀-屑接触区的摩擦与积屑瘤屑接触区的摩擦与积屑瘤 1 1、粘接区、粘接区 在金属切削过程中，切削层对在金属切削过程中，切削层对前刀面的作用力很大；变形所产前刀面的作用力很大；变形所产生的热量使其温度高达几百度。生的热量使其温度高达几百度。高温高压使切屑底层软化，粘嵌高温高压使切屑底层软化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形在前刀面高低不平的凹坑中，形成长度为成长度为lf1的粘接区，使切屑的的粘接区，使切屑的流动速度不均，即形成了切屑底流动速度不均，即形成了切屑底层的滞流现象，导致切屑的粘接层的滞流现象，导致切屑的粘接层与上层金属之间产生相对滑移。层与上层金属之间产生相对滑移。其间的摩擦称为其间的摩擦称为内摩擦内摩擦。-2 2、滑动区、滑动区 切屑在脱离前刀面之前，与前刀面只在一些突出点接触，切屑切屑在脱离前刀面之前，与前刀面只在一些突出点接触，切屑与前刀面之间的摩擦属于与前刀面之间的摩擦属于外摩擦外摩擦。在一般切削条件在一般切削条件下，内摩擦力约下，内摩擦力约占全部摩擦力的占全部摩擦力的85%，即前刀面，即前刀面上的刀上的刀屑接触屑接触区以内摩擦为主，区以内摩擦为主，且是摩擦系数变且是摩擦系数变化的。化的。-当当积屑瘤积屑瘤长到一定高度时，由于积屑瘤改变了前刀面的实际形状，长到一定高度时，由于积屑瘤改变了前刀面的实际形状，使切屑与前刀面的接触条件和受力状况发生变化，积屑瘤不再继续生长，使切屑与前刀面的接触条件和受力状况发生变化，积屑瘤不再继续生长，一个完整的积屑瘤便形成了。一个完整的积屑瘤便形成了。从图中可以看出，从图中可以看出，积屑瘤包围着刃口，并将前刀面与切屑隔开，由于积屑瘤包围着刃口，并将前刀面与切屑隔开，由于它伸出刃口之外，使得实际切削深度增加；由于它代替刀具刃口切它伸出刃口之外，使得实际切削深度增加；由于它代替刀具刃口切削，从而增加了实际工作前角，使变形减小。削，从而增加了实际工作前角，使变形减小。积屑瘤是不稳定的，对已加工表面的质量有很大的直接影响。积屑瘤是不稳定的，对已加工表面的质量有很大的直接影响。3、积屑瘤、积屑瘤 当前刀面上的摩擦系数较当前刀面上的摩擦系数较大时，即当切削钢、球墨铸铁、大时，即当切削钢、球墨铸铁、铝合金等塑性材料时，在切削铝合金等塑性材料时，在切削速度不高又能形成带状切屑的速度不高又能形成带状切屑的情况下，常常会有一些从切屑情况下，常常会有一些从切屑和工件上下来的金属粘结，聚和工件上下来的金属粘结，聚积在刀具刃口及前刀面上，形积在刀具刃口及前刀面上，形成硬度很高的鼻形或楔形硬块，成硬度很高的鼻形或楔形硬块，以代替刀具进行切削，这个硬以代替刀具进行切削，这个硬块称为积屑瘤块称为积屑瘤切屑刀具积屑瘤-如图所示，积屑瘤是堆积在前刀面上近切削刃处的一个楔块，经测定它的硬度为金属母体的23倍，积屑瘤高出前刀面0.369mm、凸出后刀面0.057mm、宽1.138mm，在切削时形成了实际前角3227(有的可达40)。积屑瘤替代切削刃参加切削情况。当积屑瘤的顶部具有大的刃口圆弧半径时（图中R0.134 mm），会产生较大的挤压作用。此外，由于积屑瘤顶部凹凸不平和脱落后粘 附在已加工表面上，促使加工表面粗糙度增加。所以在精加工时应尽量避免或抑制积屑瘤的产生。-积屑瘤的形成有许多解释：积屑瘤的形成有许多解释：通常认为是由于切屑在前刀面上粘结造成的。当在一定的加工条件下，随着切屑与前刀面间温度和压力的增加，摩擦力也增大，使近前刀面处切屑中塑性变形层流速减慢，产生“滞流”现象。越贴近前刀面处的金属层，流速越低。当温度和压力增加到一定程度，滞流层中底层与前刀面产生了粘结。当切屑底层中剪应力超过金属的剪切屈服极限时，底层金属流速为零而被剪断，并粘结在前刀面上。该粘结层经过剧烈的塑性变形使硬度提高，在继续切削时，硬的粘结层又剪断软的金属层。这样层层堆积，高度逐渐增加，形成了积屑瘤。长高了的积屑瘤，受外力或振动的作用可能发生局部断裂或脱落。有些资料表明积屑瘤的产生、成长和脱落是在瞬间内进行的，它们的频率很高，是个周期性的动态过程。-形成积屑瘤的条件：形成积屑瘤的条件：主要决定于切削温度。在切削温度很低时,切屑与前刀面间呈点接触,摩擦系数较小,故不易形成粘结；在温度很高时,接触面间切屑底层金属呈微熔状态,起润滑作用，摩擦系数也较小，积屑瘤同样不易形成。在中温区，例如切削中碳钢的温度在300380时，切屑底层材料软化，粘结严重，摩擦系数最大，产生的积屑瘤高度达到很大值。此外，接触面间压力、粗糙程度、粘结强度等因素都与形成积屑瘤的条件有关。合理控制切削条件，调节切削参数，尽量不形成中温区域，就能较有效地抑制或避免积屑瘤的产生。-图 切削速度对积屑瘤的影响以切削中碳钢为例，从图示的曲线可知，低速（vc3m/min左右）切削时，产生的切削温度很低；较高速（vc60m/min）切削时，产生的切削温度较高，这两种情况的摩擦系数均小，故不易形成积屑瘤。在中速（vc20m/min），积屑瘤的高度达到最大值。所以许多中速加工工序，如攻丝、拉孔、钻孔、铰孔等经常由于积屑瘤作用而影响加工表面粗糙度。如同其它精加工工序，为了提高加工表面质量，应尽量不采用中速加工，否则应配合其它改善措施。-在切削硬度和强度高的材料时，由于剪切屈服强度S高，不易切除切屑，即使采用较低的切削速度，也易达到产生积屑瘤的中温区域，为了抑制积屑瘤，通常选用中等以上切削速度加工。同时，切削塑性高的材料，需选用高的切削速度才能消除积屑瘤。-2.1.5 2.1.5 切屑的类型及控制切屑的类型及控制1.切屑的类型切屑的类型 由于工件材料不同，切削过程的切屑变形由于工件材料不同，切削过程的切屑变形情况也就不同，因此生成的切屑的类型自然多情况也就不同，因此生成的切屑的类型自然多种多样，但主要有四类。种多样，但主要有四类。带状切屑带状切屑挤裂切屑挤裂切屑单元切屑单元切屑崩碎切屑崩碎切屑-（1 1）带状切屑）带状切屑：加工塑性材料时最常见的一种切屑：加工塑性材料时最常见的一种切屑 带状切屑内表面是光滑的，外表面程毛茸状。带状切屑内表面是光滑的，外表面程毛茸状。加工塑性金属材料加工塑性金属材料(例如例如碳素钢、合金钢、铜和铝合金碳素钢、合金钢、铜和铝合金)时，如果切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，时，如果切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，往往形成带状切屑。形成带状切屑过程较平稳，切削力波动往往形成带状切屑。形成带状切屑过程较平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度值较小。较小，已加工表面粗糙度值较小。-（2）挤裂切屑：加工塑性材料时较常见的一种切屑 挤裂切屑的外表面呈锯齿形，内表面有时有裂挤裂切屑的外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹，大多在切削速度较低，切削厚度较大，刀纹，大多在切削速度较低，切削厚度较大，刀具前角较小时产生。具前角较小时产生。在形成切屑的过程中,剪切面上局部位置处的剪应力达到材料的强度极限,使切屑上与前刀面接触的一面较光洁,其背面局部开裂成节状。切削黄铜或用低速切削钢,较易得到这类切屑。-（3）单元切屑：加工塑性材料时较少见的一种切屑 若在挤裂切屑的剪切面上，裂纹扩展到整个面上，则整若在挤裂切屑的剪切面上，裂纹扩展到整个面上，则整个单元被切离，形成梯形的单元切屑。个单元被切离，形成梯形的单元切屑。当剪切面上的剪应力超过材料的强度极限时产生了剪切破坏,使切屑沿厚度断裂成均匀的颗粒状。切削铅或用很低的速度切削钢时可得到这类切屑。-(4)崩碎切屑：加工脆性材料时常见切屑 崩碎切屑的形状不规则，加工表面是凹凸不平的。切屑在破裂前变形很小，它的脆断主要是材料所受应力超过了它的抗拉极限。崩碎切屑发生在加工脆性材料（铸铁、黄铜等），特别是切削厚度较大时。切削层几乎不经过塑性变形就产生脆性崩裂,得到的切屑呈不规则的细粒状。形成崩碎切屑时的切削力波动大，已加工表面粗糙，且切削力集中在切削刃附近，刀刃容易破坏，故应力求避免。-切屑的类型是由材料的应力-应变特性和塑性变形程度决定的。如加工条件相同，塑性高的材料不易断裂，易形成带状切屑；改变加工条件，使材料产生的塑性变形程度随之变化，切屑的类型便会相互转化，当塑性变形尚未达到断裂点就被切离时出现了带状切屑,变形后达到断裂就形成挤裂切屑或单元切屑。-切切塑性材料塑性材料：带状切屑带状切屑 挤裂切屑挤裂切屑 单元切屑单元切屑切削平稳，力波动小切削平稳，力波动小 滑移量较大，局部滑移量较大，局部 切削不平稳，力波动大切削不平稳，力波动大加工面光洁，断屑难加工面光洁，断屑难 剪应力达断裂强度剪应力达断裂强度 加工表面粗糙，少见加工表面粗糙，少见0vac0 v ac0 v ac0vac切切脆性材料脆性材料：不平稳，表面粗糙，不平稳，表面粗糙，应应0vac-国际标准化组织的切屑分类法国际标准化组织的切屑分类法-加加工工中中常常见见的的切切屑屑形形式式-2.2 切削力切削力 切削过程中作用在刀具与工件上的力称为切削力。在切削过程中，切削力直接影响切削热、刀具磨损与耐用度、加工精度和已加工表面质量。在生产中，切削力的大小及变化规律又是计算切削功率，设计机床、刀具、夹具以及监控切削过程和刀具工作状态的重要依据。研究切削力的规律，对于分析切削过程和指导现实生产都有重要意义。-切削力的来源2.2.1 2.2.1 切削力的产生和分解切削力的产生和分解 切削时作用在刀具上的力，由下列两个方面组成：第一：变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力；第二：切屑、工件与刀具间的摩擦力。-Fp为背向力为背向力，在基平面内，与切削进给速度方向垂直。它是影，在基平面内，与切削进给速度方向垂直。它是影响工件变形的主要因素，能使工件变形、造成系统振动，从而影响工件变形的主要因素，能使工件变形、造成系统振动，从而影响加工质量。它是用来确定与工件加工精度有关的工件挠度以及响加工质量。它是用来确定与工件加工精度有关的工件挠度以及计算机床零件和刀具强度的参数。计算机床零件和刀具强度的参数。Ff为进给力为进给力，在基平面内，与进给速度方向平行。它作用在机，在基平面内，与进给速度方向平行。它作用在机床进给机构上，是设计和校验机床进给机构强度的参数。床进给机构上，是设计和校验机床进给机构强度的参数。Fc为主切削力为主切削力，其，其垂直于基平面且与垂直于基平面且与切削主运动速度方切削主运动速度方向一致。它是计算向一致。它是计算机床动力的主要依机床动力的主要依据，是刀具、夹具据，是刀具、夹具强度校验的主要参强度校验的主要参数。数。-2.2.2 2.2.2 切削力的计算切削力的计算（一）用指数经验公式计算切削力（一）用指数经验公式计算切削力（二）用单位切削力计算切削力（二）用单位切削力计算切削力 单位切削力单位切削力 kc=Fc/Ac=Fc/(ap f)=Fc/(ac aw)可查手册可查手册 Fc=kc Ac KFc （KFc为切削条件修正系数）为切削条件修正系数）式中式中KFc、KFf、KFp为切削条件修正系数，为切削条件修正系数，xFc、yFc、zFc等为指等为指数，均可在切削用量数，均可在切削用量手册中查到。手册中查到。-2.2.3 2.2.3 切削力的影响因素切削力的影响因素（一）工件材料的影响（一）工件材料的影响（系数（系数C CF F 或单位切削力或单位切削力k kc c体现）体现）工件材料的强度、硬度越大，切削力越大。工件材料的强度、硬度越大，切削力越大。塑性和韧性越大，切削力越大。塑性和韧性越大，切削力越大。工件材料的硬度或强度越高，材料的剪切屈服强度S越高，切削力越大。工件材料的塑性或韧性越高，切屑越不易折断，使切屑与前刀面间摩擦增加，故切削力增大。例如不锈钢1Cr18Ni9Ti的硬度接近45号钢（HB229），但延伸率是45号钢的4倍，所以同样条件下产生的切削力较45号钢增大25%。在切削铸铁时，由于塑性变形小，崩碎切屑与前刀面摩擦小，故切削力小。例如灰铸铁（HT20-40）与热轧45号钢，两者硬度接近，但前者切削力小40%。-表表1 硬质合金外圆车刀切削常用金属时单位切削力和单位切削功率（硬质合金外圆车刀切削常用金属时单位切削力和单位切削功率（f=03mm/r）切切 削削 力力切削功率表表1 硬质合金外圆车刀切削常用金属时单位切削力和单硬质合金外圆车刀切削常用金属时单位切削力和单位切削功率（位切削功率（f=03mm/r）-（二）切削用量的影响（二）切削用量的影响背吃刀量背吃刀量ap c，kc不变，不变，ap的的 指数约等于指数约等于1，因而，因而切切削力成正比增加削力成正比增加进给量进给量 f c，但，但 kc略减小，略减小，f 的的 指数小于指数小于1，因而，因而切切削力增加但与削力增加但与f 不成正比不成正比速度速度vc 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-背吃刀量和进给量 背吃刀量aP和进给量f 增大，分别使切削宽度bD、切削厚度 hD 增大,因而切削层面积AD 增大，故变形抗力和摩擦力增加，而引起切削力增大。但是aP和f 增大后，它们分别使变形和摩擦增加的程度不同。当f不变，ap增大一倍时，bD、AD 也都增大一倍，使变形和摩擦成倍增加，故主切削力Fc也成倍增大，当 aP 不变、f 增大一倍时，AD 增大一倍，虽然 hD 也成倍增大，但由于切屑变形小，故使主切削力Fc增大不到一倍，约增大70%80%。-实验的结果也表明了 aP 与 f 对切削力的影响程度不同，即在Fz实验公式中，通常 aP 的影响指数 xFc=1、f 的影响指数 yFc=0.75-0.9。上述ap和f 对Fc的影响规律对于指导生产实际具有重要作用。例如，需切除一定量的金属层，为了提高生产效率，采用大进给切削比大切深切削较省力又省功率。或者说，在同样切削力和切削功率条件下，允许采用更大的进给量切削，能达到切除更多的金属层的目的。切削速度 加工塑性金属时，切削速度vc对切削力的影响规律如同对切削变形影响一样，它们都是通过积屑瘤与摩擦的作用造成的。脆性金属，因为变形和摩擦均较小，故切削速度vc改变时切削力变化不大。切切 削削 力力-n 在积屑瘤增长阶段在积屑瘤增长阶段 随随v vc c 积屑瘤高度积屑瘤高度 变形程度变形程度，F F n 在积屑瘤减小阶段在积屑瘤减小阶段v vc c 变形程度变形程度，F F n 在无积屑瘤阶段在无积屑瘤阶段随随v vc c ，温度升高，摩擦温度升高，摩擦系数系数变形程度变形程度 F F-（三）刀具几何参数的影响（三）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(kN)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-2.2.负倒棱负倒棱b b11的影响的影响 前刀面上的负倒棱，提高刃区的强前刀面上的负倒棱，提高刃区的强度，但此时被切金属的变形加大，使度，但此时被切金属的变形加大，使切削力有所增加。切削力有所增加。负倒棱是通过它的宽度负倒棱是通过它的宽度b1对进给量对进给量f的的比值比值(b1/f)来影响切削力的。来影响切削力的。b1/f 增大，切削力随之增大。增大，切削力随之增大。当当b b11 小于小于l lf f（l lf f为切屑与刀具前刀面的接触长度）时，切屑为切屑与刀具前刀面的接触长度）时，切屑除与倒棱接触外，还与前刀面接触，前刀面仍起作用。而当切除与倒棱接触外，还与前刀面接触，前刀面仍起作用。而当切钢钢b b11/f5f5或切铸铁或切铸铁b b11/f3f3，即即b b11 大于大于l lf f时，切屑至于时，切屑至于倒棱接触，不与前刀面接触切削力趋于稳定，且相当于用负前倒棱接触，不与前刀面接触切削力趋于稳定，且相当于用负前角角o1o1为刀加工时的切削力。为刀加工时的切削力。P25P25图图3-123-12-3.3.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，影响影响程度不超过程度不超过10%,10%,r r在在60607575之间时，之间时，F Fc c最小。最小。（2 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 rF 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当kr=90或93时，不仅Fp甚小，后者改变了Fp对工件的作用方向，使工件受到径向拉力的作用，从而减小了工件的变形和振动。由此可见，车削轴类零件，尤其是细长轴，为了减小切深抗力Fp的作用，往往采用较大主偏角（kr 60）的车刀切削。-4.4.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 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通常刃倾角s每增减1,使切深分力Fp增减2%3%。由此可见，从切削力观点分析，切削时不宜选用过大的负刃倾角。尤其在加工的工艺系统刚性较差情况下，往往因(-s)增大了Fp的作用而产生振动。-5.5.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-（六）刀具材料的影响（六）刀具材料的影响 按立方氮化硼、陶瓷、硬质合金、高速钢顺序，切削力依按立方氮化硼、陶瓷、硬质合金、高速钢顺序，切削力依次增大。次增大。（五）切削液的影响（五）切削液的影响 切削液润滑作用越好，力减切削液润滑作用越好，力减小越显著，低速时更突出。小越显著，低速时更突出。（四）刀具磨损的影响（四）刀具磨损的影响 在切削过程中刀具会产生磨损，如果在刀具后刀面上磨损量（用高度VB表示）增大时，使刀刃变钝、后刀面与加工表面间挤压和摩擦加剧，切削力增大。当磨损量很大时，例如磨损量由0.6mm增大到1.2mm，使切削力Fp成倍增大，会产生振动，甚至无法工作。-2.3 2.3 切削热与切削温度切削热与切削温度 切削热与切削温度是切削过程中产生的又一重要物理现象。切削时做的功，可转化为等量的热。切削热除少量散逸在周围介质中外，其余均传入刀具、切屑和工作中，并使它们温度升高，引起工件变形、加速刀具磨损。因此，研究切削热与切削温度具有重要的实用意义。-一、切削热的产生和传导一、切削热的产生和传导 切削热切削热来源于来源于三个变形区三个变形区（切切削层金属发生弹性、塑性变形）削层金属发生弹性、塑性变形）所所产生的热及切屑与产生的热及切屑与前刀面、工件与前刀面、工件与后刀面之间的摩擦后刀面之间的摩擦产生的热。产生的热。切削过程中消耗的功约切削过程中消耗的功约 98%98%99%99%转换为切削热，故单位时间内转换为切削热，故单位时间内产生的切削热计算如下：产生的切削热计算如下：QPcFcvc 切削塑性金属时切削热主要由剪切区变形热和前刀面摩擦热形成；切削脆性金属时则后刀面摩擦热占的比例较多。切削热切削热通过切屑、工件、刀具和周围介质向外通过切屑、工件、刀具和周围介质向外传出传出-影响散热的主要因素：影响散热的主要因素：（1 1）工件材料的导热性能）工件材料的导热性能 导热系数高，由切屑和工导热系数高，由切屑和工件散出去的热就多，切削温度就较低，刀具寿命提高；件散出去的热就多，切削温度就较低，刀具寿命提高；但工件温升快，易引起工件热变形。但工件温升快，易引起工件热变形。（2 2）刀具材料的导热性能）刀具材料的导热性能 导热系数高，切削热易从导热系数高，切削热易从刀具散出，降低了切削区温度，有利于刀具寿命提高。刀具散出，降低了切削区温度，有利于刀具寿命提高。（3 3）周围介质）周围介质 采用冷却性能好的切削液及采用高效采用冷却性能好的切削液及采用高效冷却方式能传导出较多的切削热切削温度就较低。冷却方式能传导出较多的切削热切削温度就较低。（4 4）切屑与刀具接触时间）切屑与刀具接触时间 外圆车削时，切屑形成后外圆车削时，切屑形成后迅速脱离车刀而落入机床的容屑盘中，切屑传给刀具的迅速脱离车刀而落入机床的容屑盘中，切屑传给刀具的热量相对较少；钻削或其他半封闭式容屑加工，切屑形热量相对较少；钻削或其他半封闭式容屑加工，切屑形成后仍与刀具接触，传导给刀具的热就相对较多。成后仍与刀具接触，传导给刀具的热就相对较多。-二、影响切削温度的主要因素二、影响切削温度的主要因素两个方面：两个方面：切削热的产生与传出切削热的产生与传出切削温度与变形功、摩擦功和热传导有关。也就是说，切削温度的高低是由产生的热和传走的热两方面综合影响的结果。做功越多、生热越多、散热越少时，切削温度越高。影响生热和散热的因素有：切削用量、刀具几何参数、工件材料和切削液等。-切削用量是影响切削温度的主要因素。通过测温实验可能找出切削用量对切削温度的影响规律。通常在车床上利用测温装置求出切削用量ap、f 和vc对切削温度的影响关系，并可整理成下列一般公式。=Capxf yvczk（）式中 x、y、z 分别表示切削用量ap、f 和vc对切削温度的 影响程度的指数；C与实验条件有关的影响系数；K切削条件改变后的修正系数。当用高速钢和硬质合金刀具车削中碳钢时，公式中系数、指数为：C x y z 高速钢刀具 140170 0.080.1 0.20.3 0.350.45硬质合金钢 320 0.05 0.15 0.260.41（一）切削用量的影响（一）切削用量的影响-切削用量对切削温度影响规律是：切削用量对切削温度影响规律是：切削用量ap、f 和vc增大，切削温度增加，其中切削速度vc对切削温度影响最大，进给量f 次之，切削深度ap影响最小，从影响指数 zyx中也可以反映出该规律。当切削用量ap、f和vc增大时，变形和摩擦加剧，切削功增大，故切削温度升高。但背吃刀量ap增大后，切屑与刀具接触面积以相同比例增大，散热条件显著改善；进给量f 增大，切屑与前刀面接触长度增加，散热条件有所改善；切削速度增高，虽切削力减少，但切屑与前刀面接触长度减短，故散热较差。切削用量对切削温度的影响，就是由生热与散热两方面作用的结果。由此可见，在金属切除率相同的条件下，为了减少切削温度影响，防止刀具迅速磨损，保持刀具耐用度，增大切削深度ap或给进量f 比增大切削速度vc更有利。切切 削削 温温 度度-（二）刀具几何参数的影响（二）刀具几何参数的影响 1.1.前角前角0 0 的影响的影响0 0变形程度和摩擦变形程度和摩擦F F q但但0 0 1515左右时，因左右时，因楔角减楔角减少少散热面积散热面积，使刀具散热变差，切削温度略上升从前角从前角oo对切削温度对切削温度的影响曲线可知，在一定的加工的影响曲线可知，在一定的加工条件下，能够找出对切削温度影响最少的合理前角条件下，能够找出对切削温度影响最少的合理前角o o。-2.主偏角主偏角r的影响的影响 r，切削宽度，切削宽度aw ，切削厚度，切削厚度ac，刀具散热面积，刀具散热面积 当当r 继续继续到大约到大约6075时，切削变形和摩擦时，切削变形和摩擦，-当工艺系统刚性足够时，用小的主偏角切削，对于降低切削温度提高刀具耐用度能起到一定的作用。尤其是在切削难加工材料时效果更明。当车削轴类零件，尤其是细长轴，为了减小切深抗力Fp的作用，往往采用较大主偏角（kr 60）的车刀切削。因为当kr=90或93时，不仅Fp甚小，后者改变了Fp对工件的作用方向，使工件受到径向拉力的作用，从而减小了工件的变形和振动。-3.负倒棱和刀尖圆弧半径的影响负倒棱和刀尖圆弧半径的影响b1、r，切屑变形程度切屑变形程度q 同时散热条件改善，两者趋于平衡同时散热条件改善，两者趋于平衡对对影响很小影响很小对于前角对于前角o来说，来说，o增大，虽能使切削温度降低，但增大，虽能使切削温度降低，但考虑到刀具强度和散热效果，考虑到刀具强度和散热效果，o不能太大。不能太大。主偏角主偏角kr减少后，既能使切削温度降低的幅度较大，减少后，既能使切削温度降低的幅度较大，又能提高刀具强度，因此，在加工刚性允许条件下，又能提高刀具强度，因此，在加工刚性允许条件下，减小主偏角是提高刀具耐用度的一个重要措施。减小主偏角是提高刀具耐用度的一个重要措施。-（三）工件材料的影响（三）工件材料的影响（1 1）工件材料的硬度强度、塑）工件材料的硬度强度、塑性和韧性越大，切削力越大，性和韧性越大，切削力越大，切削时所消耗的功越多，产生切削时所消耗的功越多，产生的切削热越多，切削温度越高。的切削热越多，切削温度越高。（2 2）4545钢的硬度接近中碳钢，钢的硬度接近中碳钢，但强度略高，且导热系数小，但强度略高，且导热系数小，故切削温度高。（故切削温度高。（3 3）高温合金）高温合金刚刚GH131GH131和不锈钢和不锈钢（1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti）的强度、硬度）的强度、硬度虽较虽较4545钢低，但它的导热系数钢低，但它的导热系数很小而且在高温下仍有较高的很小而且在高温下仍有较高的强度和硬度，因此，切削温度强度和硬度，因此，切削温度很高（分别比很高（分别比4545钢高钢高30%30%和和40%40%）。）。（4 4）灰铸铁）灰铸铁HT200HT200为脆性材料，切削变形小，切屑呈崩碎状，为脆性材料，切削变形小，切屑呈崩碎状，与前刀面摩擦小，生热少，故切削温度低，比与前刀面摩擦小，生热少，故切削温度低，比4545钢约低钢约低25%25%。-（四）刀具磨损的影响（四）刀具磨损的影响 后刀面磨损增大，切削温度升高后刀面磨损增大，切削温度升高;VB达一定值影响加剧达一定值影响加剧;v越高刀磨损对越高刀磨损对影响越显著影响越显著（五）切削液的影响（五）切削液的影响 浇切削液对浇切削液对切削温度切削温度刀具磨损刀具磨损加工质量有明显效加工质量有明显效果。果。热导率比、热容和流量越大，本身温度越低冷却效果热导率比、热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越显著越显著-2.4 2.4 刀具磨损和寿命刀具磨损和寿命在切削过程中，刀具切除工件上的金属层，同时工件与切屑对刀具作用，使刀具磨损。刀具严重磨损，会缩短刀具使用时间，恶化加工表面质量，增加刀具材料损耗。因此，刀具磨损是影响生产效率、加工质量和成本的一个重要因素。刀具失效形式：刀具失效形式：磨损磨损 （正常工作时逐渐产生的损耗）（正常工作时逐渐产生的损耗）破损破损 （突发的破坏，随机的）（突发的破坏，随机的）一、刀具的磨损形式一、刀具的磨损形式-正常磨损主要包括下述三种形式:前刀面磨损前刀面磨损后刀面磨损后刀面磨损前后刀面同时磨损前后刀面同时磨损（一）正常磨损（一）正常磨损 正常磨损是指在刀具设计与使用合理、制造与刃磨质量符合要求的情况下，刀具在切削过程中逐渐产生的磨损。-切塑性材料，切塑性材料，v 和和ac较大时，较大时，在前在前刀面上形成刀面上形成月牙洼磨损，月牙洼磨损，以最大深以最大深度度KT 表示表示前刀面磨损前刀面磨损切屑在前刀面上流出时，由于摩擦高温和高压作用，使前刀面上近切削刃处磨出月牙洼。前刀面的磨损量用月牙洼最大最大深度KT表示。月牙洼的宽度为KB。-后刀面磨损后刀面磨损在与切削刃连接的后刀面上，磨出长度为b、后角等于或小于零的棱面。根据棱面上各部位磨损特点，可分为三个区域。C区：在近刀尖处磨损较大的区域，这是由于温度高、散热条件差而造成的。其磨损量用高度vc表示。N区：近待加工表面，约占全长1/4的区域。切钢料时，主切钢料时，主刃、副刃与工件待加工表面或已加工表面接触处磨出沟纹，刃、副刃与工件待加工表面或已加工表面接触处磨出沟纹，这是由于表面氧化皮或上道工序留下的硬化层等原因造成的。称为边界磨损，称为边界磨损，磨损量用VN表示。-切铸铁或切铸铁或v 和和ac较小切塑性较小切塑性 材料时，主要发生这种磨损。材料时，主要发生这种磨损。B区：在C、N区间较均匀的磨损区。磨损量用平均磨损宽度VB表示。其中局部出现的划痕深沟的高度用VBmax表示。后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为VC；中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以VB表示；边界处表示；边界处磨损严重，以磨损严重，以VN表示。表示。-前后刀面同时磨损 经切削后刀具上同时出现前刀面和后刀面磨损。这是在切削塑性金属时，采用中等切削速度和中等进给量较常出现的磨损形式。在生产中，较常见到的是后刀面磨损，尤其是在切削脆性金属和切削厚度ac 较小情况下。月牙洼磨损通常是在高速、大进给（f 0.5mm）切削塑性金属时产生的。（2）非正常磨损 非正常磨损是指刀具在切削过程中突然或过早产生损坏现象。其中有：破损:在切削刃或刀面上产生裂纹、崩刃或碎裂。卷刃:切削时在高温作用下，使切削刃或刀面产生塌陷或隆起的塑性变形现象。-二、刀具磨损的原因二、刀具磨损的原因（一）硬质点（亦称机械磨损或磨料）磨损（一）硬质点（亦称机械磨损或磨料）磨损 在切削过程中,刀具上经常被一些硬质点刻出深浅不一的沟痕。这主要由于“磨粒”的切削作用造成的。构成这些“磨粒”硬质点的来源,是切屑底层和切削表面材料中含有氧化物（SiO、Al2O3等）、碳化物（Fe3C、TiC等）和氮化物（Si2N4、AlN等）硬颗粒。此外，还有粘附着积屑瘤的碎片、锻造表皮和铸件上残留的夹砂。磨粒磨损对高速钢（HSS）刀具作用较明显。因为高速钢在高温时的硬度较有些硬质点（SiO、Al2O3、TiC、Si2N4）低，耐磨性差。此外，硬质合金中粘结相的钴也易被硬质点磨损。为此，在生产中常采用细晶粒碳化物的硬质合金或减小钴的含量来提高抗磨损能力。它是低速切削刀具（拉刀、丝锥、板牙）磨损的主要原因。-（二）粘结磨损（二）粘结磨损 切屑与前刀面、加工表面与后刀面之间在压力和温度作用切屑与前刀面、加工表面与后刀面之间在压力和温度作用下，接触面吸附膜被挤破，形成了新鲜表面接触，当接触面间下，接触面吸附膜被挤破，形成了新鲜表面接触，当接触面间达到原子间距离时就产生达到原子间距离时就产生粘结粘结。粘结磨损就是由于接触面滑动。粘结磨损就是由于接触面滑动在粘结处产生剪切破坏造成的，通常剪切破坏在较软金属一方，在粘结处产生剪切破坏造成的，通常剪切破坏在较软金属一方，但刀面受到摩擦压力和温度连续作用下使强度降低，也会破坏。但刀面受到摩擦压力和温度连续作用下使强度降低，也会破坏。此外，此外，当前刀面上粘结的积屑瘤脱落时，带走了刀具材料，也当前刀面上粘结的积屑瘤脱落时，带走了刀具材料，也形成粘结磨损。粘结磨损的程度与压力、温度和材料间亲合程形成粘结磨损。粘结磨损的程度与压力、温度和材料间亲合程度有关。度有关。例如：（例如：（1）与压力有关）与压力有关 低速切削低速切削时，由于切削温度时，由于切削温度低，故粘结是在压力作用下接触点处产生塑性变形所致，亦称低，故粘结是在压力作用下接触点处产生塑性变形所致，亦称为为冷焊冷焊；（；（2）与切削温度有关）与切削温度有关 中速切削中速切削时由于切削温度较高，时由于切削温度较高，促使材料软化和分子间运动，更易造成粘结。（促使材料软化和分子间运动，更易造成粘结。（3）与刀工材料）与刀工材料有关有关 YT类硬质合金与钢的的粘结温度比类硬质合金与钢的的粘结温度比YG类高，切削钢件时类高，切削钢件时宜选用宜选用YT类。但用类。但用YT硬质合金加工钛合金或含钛不锈钢由于在硬质合金加工钛合金或含钛不锈钢由于在高温作用下钛元素之间的亲合作用，也会产生粘结磨损。高温作用下钛元素之间的亲合作用，也会产生粘结磨损。低、中速切削时，粘结磨损是硬质合金刀具的主要磨损原低、中速切削时，粘结磨损是硬质合金刀具的主要磨损原因。因。-（三）扩散磨损（三）扩散磨损 刀具与切屑、工件接触处由于高温作用，双方化学元素刀具与切屑、工件接触处由于高温作用，双方化学元素 在固态下互相扩散，使刀材成分、结构改变造成磨损。在固态下互相扩散，使刀材成分、结构改变造成磨损。切切削温度越高扩散越快；刀工材料亲合力越大扩散越快；削温度越高扩散越快；刀工材料亲合力越大扩散越快；高速高速切切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。使硬质合金中W、Co、和C原子向钢中扩散，然后被切屑和加工表面带走。硬质合金中失去了W后，在结晶组织中出现了空穴。此外，失去了Co后削弱了粘结强度。与此同时，材料中Fe原子向刀具中扩散，使刀面表层形成了新的材质。经相互扩散的结果，降低了刀具表面的强度和硬度。-图（c）为钨钴钛硬质合金与钢的扩散情况，由于W原子的扩散速度较Ti和Ta快，所以失去W后留下了硬度高的TiC、TaC晶粒，提高了硬质合金的耐磨性。通常钨钴钛类硬质合金的扩散温度为850900，因此，后者在高温时耐磨性较高。在生产中若采用细颗粒硬质合金或添加稀有金属硬质合金，采用TiC、TiN涂层刀片，对于提高刀具耐磨性和化学稳定性，减少扩散磨损均可起重要作用。（四）相变磨损（四）相变磨损 当刀具上最高温度超过材料相变温度时，刀具表面金相组织发生变化。如马氏体组织转变为奥氏体，使硬度下降，磨损加剧。因此，工具钢刀具在高温时均属此类磨损，它们的相变温度为：合金工具钢 300350 高 速 钢 550600 相变磨损造成了刀面塌陷和刀刃卷曲。-（五）化学（氧化）磨损（五）化学（氧化）磨损 在主、副切削刃与切削层金属表面接触处和在主、副切削刃与切削层金属表面接触处和一定温度下，一定温度下，刀材与空气中的氧、切削液中的硫、氯起化学作用，生成刀材与空气中的氧、切削液中的硫、氯起化学作用，生成低低硬硬度强度度强度的化合物膜，该膜受到了工件表面中氧化皮、硬化层等的化合物膜，该膜受到了工件表面中氧化皮、硬化层等摩擦和冲击作用，形成了边界磨损摩擦和冲击作用，形成了边界磨损。化学磨损是边界磨损原化学磨损是边界磨损原因之一；主要发生在较高速切削条件下。因之一；主要发生在较高速切削条件下。（六）热电磨损（六）热电磨损 切削区高温，在刀工间产生热电势加快扩散加剧刀具磨损。切削区高温，在刀工间产生热电势加快扩散加剧刀具磨损。-如图示，在低、中速范围内磨粒磨损和粘结磨损是刀具磨损的主要原因。通常拉削、铰孔和攻丝加工时的刀具磨损主要属于这类磨损。在中等以上切削速度加工时，热效应使高速钢刀具产生相变磨损、使硬质合金刀具产生粘结、扩散和氧化磨损。刀刀 具具 磨磨 损损 及及 刀刀 具具 耐耐 用用 度度温度对磨损的影响1-粘接磨损 2-磨粒磨损 3-扩散磨损 4-相变磨损 5-氧化磨损-三、刀具磨损过程及磨钝标准三、刀具磨损过程及磨钝标准（一）刀具磨损过程（一）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,一一把新刃磨的刀具表面尖锋把新刃磨的刀具表面尖锋突出，在与切屑摩擦过程突出，在与切屑摩擦过程中，压强不均匀，峰点的中，压强不均匀，峰点的压强很大，造成尖峰很快压强很大，造成尖峰很快被磨损，使压强趋于均衡，被磨损，使压强趋于均衡，磨损速度减慢。磨损速度减慢。2.正常磨损阶段正常磨损阶段 磨损量磨损量VB随时间均匀地随时间均匀地增加，斜率表示磨损强度，增加，斜率表示磨损强度，是刀具性能的一个重要指是刀具性能的一个重要指标。标。-3.急剧磨损阶段急剧磨损阶段 经正常磨损后，刀刃已经经正常磨损后，刀刃已经变钝，切削力、温度急升，变钝，切削力、温度急升，刀刀具强度、硬度降低导致具强度、硬度降低导致刀具磨刀具磨损加剧。损加剧。显然，刀具一次磨刀后的显然，刀具一次磨刀后的切削时间应控制在达到急剧磨切削时间应控制在达到急剧磨损阶段以前完成。如果超过急损阶段以前完成。如果超过急剧磨损阶段继续切削，就可能剧磨损阶段继续切削，就可能产生冒火花、振动、啸叫等现产生冒火花、振动、啸叫等现象，甚至产生崩刃或造成刀具象，甚至产生崩刃或造成刀具严重破损。严重破损。-（二）刀具磨钝标准（二）刀具磨钝标准 刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损限刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。度称为磨钝标准。一般为了测量的方便一般为了测量的方便,都以后刀面磨损量都以后刀面磨损量大小来制订磨钝标准。大小来制订磨钝标准。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；2.ISO标准规定以标准规定以1/2 ap处的处的VB值值作为刀具的磨钝标准；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0.60.8 粗车铸铁粗车铸铁0.81.2 粗车合金钢粗车合金钢0.40.5 精车碳钢精车碳钢0.10.3 系统刚性大、系统刚性大、HSS，VB值较大；值较大；系统刚性小、系统刚性小、Y合金，合金，VB值较小值较小-四、刀具寿命及其与切削用量的关系四、刀具寿命及其与切削用量的关系（一）刀具寿命（一）刀具寿命T 在实际生产中，不可能经常停机去测量刀具后刀面上的在实际生产中，不可能经常停机去测量刀具后刀面上的VB值，以确定是否达到磨损极限，而是采用与磨损标准相对应的值，以确定是否达到磨损极限，而是采用与磨损标准相对应的切削时间，即刀具寿命来表示。切削时间，即刀具寿命来表示。刀具刃磨后，从开始投入切削至达到磨钝标准的净切削时刀具刃磨后，从开始投入切削至达到磨钝标准的净切削时间称为刀具寿命（或刀具耐用度），记为间称为刀具寿命（或刀具耐用度），记为 T（分钟）（分钟）。刀具寿命。刀具寿命可以作为衡量材料的可加工性、刀具材料切削性能、刀具几何可以作为衡量材料的可加工性、刀具材料切削性能、刀具几何参数合理性的标准。参数合理性的标准。-（二）刀具寿命与切削用量的关系（二）刀具寿命与切削用量的关系-式中式中 A Av v与刀具材料、进给量、背吃到量等有关的常数与刀具材料、进给量、背吃到量等有关的常数 ；m m 速度影响指数。速度影响指数。系数Av和指数m可从图形求出，精确的可用回归法计算。当车削中碳钢和灰铸铁时，m值大致如下：高速钢车刀：m=0.11；硬质合金可焊接车刀：m=0.2；硬质合金可转位车刀：m=0.250.3；陶瓷车刀：m=0.4。m值越小，表示vc对T的影响越大。总的来说，切削速度对耐用度的影响是很大的。例如用硬质合金可转位车刀切削，当切削速度为80m/min时，刀具耐用度T=60min，而切削速度提高为120m/min时，计算得刀具耐用度T=3.75min。切削速度增加1倍，使刀具耐用度下降16倍。-(2)进给量f、切削深度ap与刀具耐用度T的关系 根据类似实验方法，同样可以求出进给量f与切削深度ap与刀具耐用度T的影响关系式：(3)切削用量与刀具耐用度T的关系-五、刀具破损五、刀具破损 刀具破损和磨损一样，也是刀具的主要失效形式之一。用陶瓷、超硬刀具进行断续切削，或者加工高硬度材料时，刀具的脆性破损是经常发生的失效形式。1.1.刀具的脆性破损刀具的脆性破损（硬质合金和陶瓷刀具在机械应力和热应力冲击下）（1）崩刃）崩刃 （断续切削时产生）（断续切削时产生）指在切削刃上产生小的缺口。该缺口尺寸与进给量相当或稍大时，还能继续切削，但是刃区崩损会迅速扩大，导致刀具完全失效。（2）碎断）碎断（断续切削时产生）（断续切削时产生）指在切削刃上的刀具材料发生了小块碎裂或大块碎裂，使刀具不能正常切削。（3）裂纹破损）裂纹破损 （长时间连续切削时产生）（长时间连续切削时产生）由于疲劳使切削刃产生裂纹并导致刀具破损。有热冲击引起的热裂纹和机械冲击引发的机械疲劳裂纹。这些裂纹扩展合并就导致切削刃的碎裂或断裂。-2.2.刀具的塑性破损刀具的塑性破损 切削过程中，位于前、后刀面和切屑、工件的解除层上切削过程中，位于前、后刀面和切屑、工件的解除层上的刀具材料，由于高温和高压作用发生塑性流动而丧失切削的刀具材料，由于高温和高压作用发生塑性流动而丧失切削能力，这就是刀具的破损。能力，这就是刀具的破损。与刀具材料和工件材料的硬度比有关。硬度比越高，越与刀具材料和工件材料的硬度比有关。硬度比越高，越不容易发生塑性破损。不容易发生塑性破损。硬质合金、陶瓷刀具的高温硬度高，硬质合金、陶瓷刀具的高温硬度高，一般不容易发生塑性破损。高速钢刀具因其耐热性较差，容一般不容易发生塑性破损。高速钢刀具因其耐热性较差，容易出现塑性破损。易出现塑性破损。3.3.防止刀具破损的措施防止刀具破损的措施（1 1）提高刀具材料的强度和抗热冲击性能（）提高刀具材料的强度和抗热冲击性能（2 2）合理选择刀）合理选择刀具材料牌号（具材料牌号（3 3）选择合理