金属切削过程中的物理现象课件

一、切削的变化 金属切削过程就是工件的被切金属层在刀具前刀面的推挤下，沿着剪切面（滑移面）产生剪切变形并转变为切屑的过程。即是金属内部不断滑移变形的过程。简言之，被切削的金属层在前刀面的挤压作用下，通简言之，被切削的金属层在前刀面的挤压作用下，通过剪切滑移变形便形成了切削。过剪切滑移变形便形成了切削。12金属切削过程中的三个变形区金属切削过程中的三个变形区第变形区 近切削刃处切削层内产生的塑性变形区；第变形区 与前刀面接触的切屑层内产生的变形区；第变形区 近切削刃处已加工表层内产生的变形区（后刀面与工件的接触区域）31、第一变形区、第一变形区（剪切滑移区剪切滑移区）切削层受刀具的作用，经过第一变形区的塑性变形后形成了切切削层受刀具的作用，经过第一变形区的塑性变形后形成了切屑，下面以直角自由切削为例，分析较典型的连续切屑的形成屑，下面以直角自由切削为例，分析较典型的连续切屑的形成过程。过程。切削层受到刀具前切削层受到刀具前刀面与切削刃的挤压作刀面与切削刃的挤压作用下，使近切削刃出的用下，使近切削刃出的金属先产生弹性变形，金属先产生弹性变形，继而塑性变形，在这同继而塑性变形，在这同时金属晶格产生滑移。时金属晶格产生滑移。左图是取金属内部质点左图是取金属内部质点P来分析滑移来分析滑移过程。过程。42、第二变形区、第二变形区经过第一变形区后，形成的切屑沿前刀面方向排出，经过第一变形区后，形成的切屑沿前刀面方向排出，还必须克服刀具前刀面对切屑的挤压与摩擦。因此，在该还必须克服刀具前刀面对切屑的挤压与摩擦。因此，在该区域内金属变形特点就是区域内金属变形特点就是切屑在前刀面上发生的摩擦挤压切屑在前刀面上发生的摩擦挤压变形，变形，这个变形主要集中这个变形主要集中在与前刀面接触的切屑底部一薄在与前刀面接触的切屑底部一薄层金属内，层金属内，这部分金属的晶粒在沿前刀面的方向被拉长，这部分金属的晶粒在沿前刀面的方向被拉长，成纤维化，基本与前刀面平行。另外，由于切屑层底层受成纤维化，基本与前刀面平行。另外，由于切屑层底层受前刀面的挤压而膨胀，使切屑背向前刀面卷曲，最后在某前刀面的挤压而膨胀，使切屑背向前刀面卷曲，最后在某一点开始与前刀面脱离接触。一点开始与前刀面脱离接触。（挤压摩擦区）挤压摩擦区）3、第三变形区、第三变形区（挤压摩擦回弹区）（挤压摩擦回弹区）已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，造成纤维化和加工硬化及残余应力，严重的甚至出擦，造成纤维化和加工硬化及残余应力，严重的甚至出现细微的裂纹。现细微的裂纹。5二、积屑瘤二、积屑瘤1 1积屑瘤的现象积屑瘤的现象积屑瘤：积屑瘤：切削塑性金属时，在一定的切削条件下，常常切削塑性金属时，在一定的切削条件下，常常有一些从切屑和工件上来的金属冷焊并层积在前刀面上，有一些从切屑和工件上来的金属冷焊并层积在前刀面上，形成一个非常坚硬的金属堆积物，能够代替刀刃进行切形成一个非常坚硬的金属堆积物，能够代替刀刃进行切削，并且以一定频率生长和脱落。这种堆积物称为积屑削，并且以一定频率生长和脱落。这种堆积物称为积屑瘤。瘤。当切削钢、球墨铸铁、铝合金等当切削钢、球墨铸铁、铝合金等塑性材料塑性材料时，在时，在切切削速度不高削速度不高，而又能，而又能形成带状切屑形成带状切屑的情况下生成积屑的情况下生成积屑瘤。瘤。6积屑瘤高度及其实际工作前角积屑瘤高度及其实际工作前角72.2.积屑瘤的成因：积屑瘤的成因：1 1）工件材料的塑性）工件材料的塑性 主要是加工硬化的缘故，塑性材料主要是加工硬化的缘故，塑性材料切削时形成带状切削，加工硬化现象较切削时形成带状切削，加工硬化现象较强，容易产生积屑瘤；而脆性材料切削强，容易产生积屑瘤；而脆性材料切削时形成崩脆切削，且加工硬化现象很弱，时形成崩脆切削，且加工硬化现象很弱，不易产生积屑瘤。不易产生积屑瘤。82 2）切削温度）切削温度切削温度也是形成积屑瘤的重要条切削温度也是形成积屑瘤的重要条件。切削温度过低，粘结现象不易发件。切削温度过低，粘结现象不易发生；切削温生；切削温度过高，加工硬化现象度过高，加工硬化现象有削弱作用，因而积屑瘤也不易产生。有削弱作用，因而积屑瘤也不易产生。对于碳钢，对于碳钢，300C300C 350C 350C范围内最范围内最容易产生积屑瘤，容易产生积屑瘤，500C 500C以上趋于消以上趋于消失。失。93 3）积屑瘤与切削速度的关系）积屑瘤与切削速度的关系区：区：切削速度很低，形成粒状或切削速度很低，形成粒状或节状切屑，没有积屑瘤生成。节状切屑，没有积屑瘤生成。区：区：形成带状切屑，冷焊条件逐形成带状切屑，冷焊条件逐渐形成，随着切削速度的提高积屑渐形成，随着切削速度的提高积屑瘤也增大。瘤也增大。区：区：积屑瘤随切削速度的积屑瘤随切削速度的提高而减小，当达到提高而减小，当达到区右区右边界时，积屑瘤消失。边界时，积屑瘤消失。区：区：切削速度进一步提高，由切削速度进一步提高，由于切削温度较高而冷焊消失，此于切削温度较高而冷焊消失，此时积屑瘤不再存在了。但切屑底时积屑瘤不再存在了。但切屑底部的纤维化依然存在，切屑的滞部的纤维化依然存在，切屑的滞留倾向也依然存在。留倾向也依然存在。104 4）刀具的前角）刀具的前角 因为积屑瘤是在带状切屑的前提因为积屑瘤是在带状切屑的前提下形成的。然而前角越大越容易形下形成的。然而前角越大越容易形成带状切屑，前角越小容易形成崩成带状切屑，前角越小容易形成崩脆切削，所以积屑瘤的形成与刀具脆切削，所以积屑瘤的形成与刀具的前角有着紧密的联系。的前角有着紧密的联系。113.3.积屑瘤对切削过程的影响：积屑瘤对切削过程的影响：1)积屑瘤包围着切削刃，可以代替前面、后面和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，从而保护了刀刃，减少了刀切削刃进行切削，从而保护了刀刃，减少了刀具的磨损。具的磨损。2)积屑瘤使刀具的实际工作前角增大，而且，积积屑瘤使刀具的实际工作前角增大，而且，积屑瘤越高，实际工作前角越大，刀具越锋利。屑瘤越高，实际工作前角越大，刀具越锋利。3)积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。精度。4)积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。面粗糙度。12三、残余应力和加工硬化三、残余应力和加工硬化 在金属切削过程中，因刀具和工件表面的激烈挤压和摩擦，使已加工表面层的塑性变形非常强烈，晶格破坏，表层硬度提高，这种现象称为加工硬化加工硬化。工件表面硬化可提高耐磨性。但加工硬化常伴有裂纹产生，降低零件的抗冲击性能。刀具和工件表面的激烈挤压和摩擦，以及切削热的作用，使已加工表面上常有残余应力存在。13四、脆性材料的切削机理四、脆性材料的切削机理 脆性被切削材料在外力作用下，先形成裂纹。裂纹尖端附近应力强度达到其临界值时，裂纹就会发生失稳扩展，导致被切削材料的断裂。14五、切屑力1.概念概念 切削加工时刀具使切削层形成切削需要克服的阻力称为切削力。切削力影响刀具的磨损和使用寿命。切削力影响加工精度。工艺系统的弹性变形，所作的功转化工艺系统的热变形。是计算切削功率、设计和选用机床刀具夹具的必要依据。152.切屑力的来源切屑力的来源（1）来自工件的切削力：）来自工件的切削力：工件材料被切过程中所工件材料被切过程中所发生的弹性变形和塑性发生的弹性变形和塑性变形的抗力。变形的抗力。（2）来自切屑的切屑力：）来自切屑的切屑力：切屑对刀具前刀面的摩切屑对刀具前刀面的摩擦力和加工表面对刀具擦力和加工表面对刀具后刀面的摩擦力。后刀面的摩擦力。163.总切削力的几何分力总切削力的几何分力Fp=FNcosKr;Ff=FNsinkr一般情况下，一般情况下，Fc最大，最大，Fp和和Ff小一些小一些17n主切削力主切削力FcFc：切削合力切削合力F在主运动方向的分力，又称切向在主运动方向的分力，又称切向分力。它与切削速度方向一致，在切削过程中做功最多，分力。它与切削速度方向一致，在切削过程中做功最多，占总切削功率的占总切削功率的90%以上。以上。Fc是计算机床动力、设备的强是计算机床动力、设备的强度及刚度的基本数据。度及刚度的基本数据。n进给抗力进给抗力FfFf：切削合力切削合力F在进给运动方向的合力，车外圆在进给运动方向的合力，车外圆时，时，Ff与工件的轴线相平行，因此又称轴向分力。与工件的轴线相平行，因此又称轴向分力。Ff作用作用在机床的进给机构上，它是设计进给机构必须的数据。在机床的进给机构上，它是设计进给机构必须的数据。n切深抗力切深抗力Fp:Fp:切削合力切削合力F在切削深度方向的分力。车外圆时，在切削深度方向的分力。车外圆时，Fp与工件的径向重合，因此又称径向分力。与工件的径向重合，因此又称径向分力。Fp作用在机作用在机床及工件刚性最差的方向，容易引起切削振动和工件的弯床及工件刚性最差的方向，容易引起切削振动和工件的弯曲变形，影响加工精度及工件表面质量。曲变形，影响加工精度及工件表面质量。184.切削功率切削功率：是指切削时在切削区域内消耗的功率，是指切削时在切削区域内消耗的功率，通常进给消耗的功率略去不计，只计算主运动消耗的功率：通常进给消耗的功率略去不计，只计算主运动消耗的功率：式中 Fz主切削力（N）v主运动切削速度（m/min）机床电动机所需功率PE:式中 机床传动效率。195.影响切削力的因素影响切削力的因素 影响切屑力的主要因素有：影响切屑力的主要因素有：工件材料、工件材料、切削用量、刀具几何参数、其它因素。切削用量、刀具几何参数、其它因素。总切削力的来源有两个方面：总切削力的来源有两个方面：一是克服被加工材料对弹性变形和塑性一是克服被加工材料对弹性变形和塑性变形的抗力；变形的抗力；二是克服切屑对刀具前面的摩擦阻力和二是克服切屑对刀具前面的摩擦阻力和工件表面对刀具后面的摩擦阻力。工件表面对刀具后面的摩擦阻力。20（1）工件材料的影响工件材料的硬度或强度愈高工件材料的硬度或强度愈高，材料的剪切屈服强度也愈，材料的剪切屈服强度也愈高，发生剪切变形的抗力也愈大，高，发生剪切变形的抗力也愈大，故切削力也愈大故切削力也愈大。在材料的强度、硬度相近的情况下，在材料的强度、硬度相近的情况下，材料的塑性越大。材料的塑性越大。韧性越大，则切削力越大。韧性越大，则切削力越大。塑性大的材料在切削过程中将产生较大的塑性变形和加塑性大的材料在切削过程中将产生较大的塑性变形和加工硬化，且切削与前刀面的接触时间长，故切削力较大；工硬化，且切削与前刀面的接触时间长，故切削力较大；韧性大的材料，使之发生变形或破坏需消耗较多的能量，韧性大的材料，使之发生变形或破坏需消耗较多的能量，故切削力较大。故切削力较大。切削脆性材料时，一般皆为崩脆切削，从而切削与前切削脆性材料时，一般皆为崩脆切削，从而切削与前刀面的摩擦都比较小，故其切削力相对较小。刀面的摩擦都比较小，故其切削力相对较小。21（2）切削用量的影响1)切削深度和进给量的影响切削深度切削深度apap进给量进给量f fA AD D变形抗力变形抗力摩擦力摩擦力切削力切削力ap增大一倍，增大一倍，FC也增大一倍；而也增大一倍；而f增大一倍，增大一倍，FC只能增大只能增大68%86。由由此此可可见见，从从减减小小切切削削力力和和节节省省动动力力消消耗耗的的观观点点出出发发，在在切切除除相相同同余余量量的的条条件件下下，增增大大f比比增增大大ap更为有利。更为有利。222)切削速度的影响切削塑性材料时切削塑性材料时切削塑性材料切削塑性材料，切削速度的影响分为两个阶段：，切削速度的影响分为两个阶段：有积屑瘤有积屑瘤和和无积屑瘤无积屑瘤两个阶段。两个阶段。23切削速度是通过影响切削变形程度来影切削速度是通过影响切削变形程度来影响切削力，切削变形大，则切削力大。响切削力，切削变形大，则切削力大。24切削铸铁等脆性材料时切削铸铁等脆性材料时，被切材料，被切材料的塑性变形及它与前刀面的摩擦均比的塑性变形及它与前刀面的摩擦均比较小。较小。c对切削力没有显著影响。对切削力没有显著影响。253)刀具几何参数的影响前角前角ro对切削力的影响对切削力的影响;刀刃锋利刀刃锋利前角前角g go o切削变形切削变形切削力切削力对塑性材料对塑性材料对脆性材料对脆性材料影响较小影响较小26前角对切削力的影响前角对切削力的影响ap=4mmf=0.25mm/r27主偏角主偏角kr对切削力的影响对切削力的影响28（a）当）当时，主切削力时，主切削力F随着随着Kr增加而减小增加而减小。（b）当）当时，时，kr大时，主切削力大时，主切削力F随着随着Kr增加而增加而增大增大。Kr越大，切削宽度越大，切削宽度aw越小，切削厚度越小，切削厚度ac越大，越大，因此切削力越小。因此切削力越小。29 切削脆性材料时，切削力始终随着Kr的增加而减小。304）其它因素的影响1 1）刀具磨损越大，将增加切削力；）刀具磨损越大，将增加切削力；2 2）使用切削液，使用切削液，将减小切削力。将减小切削力。31六、切屑热和切削温度1 1、切削热的产生与传导、切削热的产生与传导 切切削削热热产产生生于于三三个个变变形形区区，切切削削热来源于两个方面：热来源于两个方面：一一是是切切削削层层金金属属发发生生弹弹性性和和塑塑性性变形所消耗的能量；变形所消耗的能量；二二是是切切屑屑与与前前刀刀面面、工工件件与与后后刀刀面间产生的摩擦热。面间产生的摩擦热。切切削削过过程程中中消消耗耗的的功功将将绝绝大大部部分分转转化化成成（约约 99%99%）转转换换为为热热量，即切削热。量，即切削热。切削热切削热QFzvc32切削热传出切削热传出：(1)(1)通过工件传出通过工件传出Q Qg g，使工件温度升高，使工件温度升高 (2)(2)通过切屑传出通过切屑传出Q Qx x，使切屑温度升高，使切屑温度升高 (3)(3)通过刀具传出通过刀具传出Q Qd d，使刀具温度升高，使刀具温度升高 (4)(4)通过周围介质传出通过周围介质传出Q Qj j对车、铣、刨削加工对车、铣、刨削加工，50508686由切屑带走，由切屑带走，10104040传入传入刀具，刀具，3 39 9传入工件，传入工件，1 1传入空气传入空气;钻削时钻削时，2828由切屑带走，由切屑带走，1515左右传给工件，左右传给工件，5050左右传左右传给刀具，其余由周围介质带走给刀具，其余由周围介质带走;磨削时磨削时，大部分热量传给工件（，大部分热量传给工件（8484）,传给砂轮传给砂轮1212，而极，而极小比例的热量传给磨屑，因此会使工件温升很高，甚至烧伤小比例的热量传给磨屑，因此会使工件温升很高，甚至烧伤工具表面。工具表面。Q=Qg+Qx+Qd+Qj332.2.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 切削温度的升高对去切削加工过程的影响主要有以下几个方面：（1）对工件材料物理性能的影响。（2）对道具材料的影响。（3）对工件尺寸精度的影响。（4）利用切削温度自动控制切削用量。343.3.切削温度的测定方法切削温度的测定方法 切削温度的测定方法很多，有热电偶法、热辐射法、远红外法、热敏涂色发等等。但是目前最常用的是：测量方法测量方法它包括自然热电偶法和人工热电偶法。自然热电偶法自然热电偶法：是利用工件材料和刀具材料化学成分的不同而构成热电偶的两极，并分别连接测量仪表，组成测量电路，刀具切削工件的切削区域产生高温形成热端，刀具与工件为热电偶冷端，冷、热端之间热电势由仪表测定。人工热电偶法人工热电偶法：是将两种预先经过标定的金属丝组成热电偶，热电偶的热端焊接在刀具或工件需要测定温度的指定点上，冷端通过导线串联在电位差计或毫伏表上。35（1）切削用量的影响）切削用量的影响 切削速度的影响切削速度的影响 a.a.V，摩擦热来不及传导，而是大量集聚在切屑底层，从而使切削温度升高。b.b.V，金属切除率成正比例地增加，所消耗的机械功增大，所以切削热也会增大。而V，材料的剪切变形减小，因此单位体积的切削中由塑性变形所产生的热量减少，故切削温度与切削速度不成正比例关系。4 4、影响切削温度的因素、影响切削温度的因素 36进给量的影响进给量的影响a.f,金属切除率增多，切削温度升高，金属切除率增多，切削温度升高，b.b.f f ，切屑的平均变形减小，因此切除单元体积切削，切屑的平均变形减小，因此切除单元体积切削的变形功有所减少，从而使热量又有所减小。的变形功有所减少，从而使热量又有所减小。c.f，切削厚度增加，切屑的热容量也增大，由切屑，切削厚度增加，切屑的热容量也增大，由切屑带走的热量增加。带走的热量增加。d.d.f，由于切由于切屑屑与前刀面的接触区长度增长，改善了与前刀面的接触区长度增长，改善了散热条件。散热条件。故切削区的平均温度上升的不显著，当进给量增大故切削区的平均温度上升的不显著，当进给量增大一倍时，切削温度约升高一倍时，切削温度约升高1010。37切削深度的影响切削深度的影响（1）ap,切削层金属的变形功与摩擦功都成正比的增加，切削层金属的变形功与摩擦功都成正比的增加，切削热也会成正比的增加；切削热也会成正比的增加；（2）ap，切削刃参加工作长度也成正比地增长，从而改，切削刃参加工作长度也成正比地增长，从而改善了散热条件。善了散热条件。故切削深度对切削温度地影响很小，当切削深度增故切削深度对切削温度地影响很小，当切削深度增加时，切削温度的升高并不明显。加时，切削温度的升高并不明显。38（2）工件材料的影响）工件材料的影响硬度和强度的影响硬度和强度的影响 工件材料的硬度、强度越高，切削时所消耗的功越多，工件材料的硬度、强度越高，切削时所消耗的功越多，产生的切削热也越多，切削温度就越高。产生的切削热也越多，切削温度就越高。导热系数的影响导热系数的影响 工件材料导热系数越低，切削区热量的传出越少，切工件材料导热系数越低，切削区热量的传出越少，切削温度就越高。削温度就越高。抗拉强度和延伸率的影响抗拉强度和延伸率的影响脆性金属的抗拉强度和延伸率都较小，切削过程中切脆性金属的抗拉强度和延伸率都较小，切削过程中切削区的塑性变形很小，切削呈崩脆切削，与前刀面的摩擦削区的塑性变形很小，切削呈崩脆切削，与前刀面的摩擦也很小，所以产生的切削力较小，切削温度一般比切削钢也很小，所以产生的切削力较小，切削温度一般比切削钢料时低。料时低。39（3）刀具几何参数的影响）刀具几何参数的影响 前角前角0 0 的影响的影响 0 0 变变形程度形程度F Fq 但但0 0 182020时时，因散，因散热热体体积积，q随前角的增大而上升。故前角不宜过大。随前角的增大而上升。故前角不宜过大。主偏角主偏角r r的影响的影响 r r，切削刃的工作长度，切削刃的工作长度 ，且刀尖角减小，使散且刀尖角减小，使散热面积热面积q 反之，减小主偏角，对降低切削温度和提高刀具耐用反之，减小主偏角，对降低切削温度和提高刀具耐用度是有利的。度是有利的。40由于由于加工材料性质加工材料性质的不同以及的不同以及切削条件切削条件的不同，从变形的不同，从变形观点出发，可将切屑归纳为四种形态：观点出发，可将切屑归纳为四种形态：切塑性材料切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加工表面粗糙少见少见0vac0vac0vac0vac二、切屑的形态二、切屑的形态切脆性材料切脆性材料 不平稳，表面粗糙不平稳，表面粗糙 应应00v va ac c412 2、挤挤裂裂切切屑屑：又又称称节节状状切切屑屑。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、刀刀具具前前角较小时常产生此类切屑。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况条件下常形成此类切屑。工况条件下常形成此类切屑。（一）、切屑的类型（一）、切屑的类型424 4、崩崩碎碎切切屑屑：加加工工脆脆性性材材料料（铸铸铁铁、青青铜铜），切切削削厚厚度度越越大大越越易易得得到到这这类切屑。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。43（二）、切屑的形状（二）、切屑的形状1、切屑形状的分类、切屑形状的分类切屑的形状大体有带状切屑的形状大体有带状屑、屑、C C型屑、崩碎屑、型屑、崩碎屑、螺卷屑、长紧卷屑、发螺卷屑、长紧卷屑、发条状屑、宝塔状屑等条状屑、宝塔状屑等44五五.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YT5硬质合金车刀外圆纵车硬质合金车刀外圆纵车b=630MPa的热的热轧轧45钢，车刀几何参数为钢，车刀几何参数为ro=10、kr=75、rs=5，切削用量为，切削用量为ap=2mm、f=0.3mm/r、vc=100m/min。试计算切削力试计算切削力Fc、Fp、Ff及切削功率及切削功率Pc。45解解：查表查表2-1得：得：CFC=2795xFC=1.0yFC=0.75zFC=-0.15 46（三）刀具磨损的影响（三）刀具磨损的影响刀具磨损后，切削刃变钝，刃区前方的挤压作用增大，刀具磨损后，切削刃变钝，刃区前方的挤压作用增大，使切削区的塑性变形增加；使切削区的塑性变形增加；同时磨损后的刀具后角基本为零，与工件的摩擦增大，同时磨损后的刀具后角基本为零，与工件的摩擦增大，两者均使切削热增多。刀具磨损对两者均使切削热增多。刀具磨损对Q影响越显著。影响越显著。（四）切削液的影响（四）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果。加工质量有明显效果。热导率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越显著热导率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越显著47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）前刀面磨损（一）前刀面磨损切塑性材料，切塑性材料，v和和ac（0.1mm)较大时，在前刀面上较大时，在前刀面上形成月牙洼磨损，以最大深度形成月牙洼磨损，以最大深度KT表示。这是由于切削塑性材料时表示。这是由于切削塑性材料时产生的连续切削与前刀面发生的产生的连续切削与前刀面发生的剧烈摩擦而引起的。剧烈摩擦而引起的。第四节 刀具磨损及耐用度一、刀具磨损形式切屑脆性材料时，前刀面不形成月牙洼。切屑脆性材料时，前刀面不形成月牙洼。48（二）后刀面磨损（二）后刀面磨损切削脆性材料或切削脆性材料或v和和ap（0.1mm)较小切塑性较小切塑性材料材料时，主要发生这种磨损。使实际的切削刃有一定的圆弧和时，主要发生这种磨损。使实际的切削刃有一定的圆弧和塌刃，因此形成显著的负后角部分，与已加工表面有剧烈塌刃，因此形成显著的负后角部分，与已加工表面有剧烈的摩擦。的摩擦。（三）前后刀面同时磨损（三）前后刀面同时磨损这是一种兼有前两种磨损形式。切削塑性金属这是一种兼有前两种磨损形式。切削塑性金属时，经常会发生这种磨损。时，经常会发生这种磨损。491.1.初期磨初期磨损阶损阶段段 在这一阶段，刀具磨削在这一阶段，刀具磨削很快。很快。2.2.正常磨正常磨损阶损阶段段 在这一阶段，刀具磨削较在这一阶段，刀具磨削较慢，慢，VBVB与切削时间近似正与切削时间近似正比，斜率表示磨损强度。比，斜率表示磨损强度。3.急剧磨损阶段急剧磨损阶段在进入这一阶段时，刀具的磨损量速度突然加快，刀具在进入这一阶段时，刀具的磨损量速度突然加快，刀具已经钝化。此时若继续切削，则切削力、温度急升，刀具已经钝化。此时若继续切削，则切削力、温度急升，刀具磨损扩展极其迅速，刀具的切削能力很快就会完全丧失。磨损扩展极其迅速，刀具的切削能力很快就会完全丧失。二、刀具磨损过程50（一）磨料磨损（一）磨料磨损切屑或工件表面上的硬质点（碳化物、氧化物等）对切屑或工件表面上的硬质点（碳化物、氧化物等）对刀具表面刻划作用造成的机械磨损。刀具表面刻划作用造成的机械磨损。低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要原因。低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要原因。（二）粘结磨损（二）粘结磨损刀具与切屑、工件间存在高温高压和强烈摩擦，达到原刀具与切屑、工件间存在高温高压和强烈摩擦，达到原子间结合而产生粘结现象，又称为子间结合而产生粘结现象，又称为冷焊冷焊。相对运动使粘。相对运动使粘接点破裂而被工件材料带走，造成粘结磨损。接点破裂而被工件材料带走，造成粘结磨损。中速切削形成不稳定积屑瘤时，磨损严重；刀具刃磨质中速切削形成不稳定积屑瘤时，磨损严重；刀具刃磨质量差，磨损严重。量差，磨损严重。三、刀具磨损原因51（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。切削温度越高扩散越快；加工材料亲合力越大扩散越快；切削温度越高扩散越快；加工材料亲合力越大扩散越快；高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。（四）化学磨损（四）化学磨损一定温度下，刀具材料材与空气中的氧、切削液中的硫、一定温度下，刀具材料材与空气中的氧、切削液中的硫、氯起氯起化学作用，生成硬度较低的化合物，造成刀具磨损。化学作用，生成硬度较低的化合物，造成刀具磨损。（五）相变磨损（五）相变磨损用工具钢切削时，当切削温度超过相变温度时，刀具材料中的用工具钢切削时，当切削温度超过相变温度时，刀具材料中的金相组织发生变化，硬度明显下降而引起的磨损。金相组织发生变化，硬度明显下降而引起的磨损。52四、刀具的磨钝标准刀具磨损达到一定限度就不能继续工作，而应进行重刀具磨损达到一定限度就不能继续工作，而应进行重磨，这个磨损限度称为刀具的磨钝标准。一般以磨，这个磨损限度称为刀具的磨钝标准。一般以后刀面后刀面磨磨损值损值VB达到一定数值作为磨钝标准。达到一定数值作为磨钝标准。确定磨钝标准需根据被加工现象的特点和加工条件的具确定磨钝标准需根据被加工现象的特点和加工条件的具体情况。体情况。（一）根据加工的精度来定（一）根据加工的精度来定（1）粗加工时，一般将磨钝标准定在正常磨损阶段的）粗加工时，一般将磨钝标准定在正常磨损阶段的后期临近剧烈磨损阶段以前。后期临近剧烈磨损阶段以前。（2）半精加工和精加工的磨钝标准一般低于粗加工；）半精加工和精加工的磨钝标准一般低于粗加工；加工精度及表面质量较高时，应当减小磨钝标准，以确保加工精度及表面质量较高时，应当减小磨钝标准，以确保加工质量。加工质量。53（二）根据加工的材料来定（二）根据加工的材料来定 加工不同的工件材料，切削温度的升高加工不同的工件材料，切削温度的升高也不相同。也不相同。在相同的切削条件下，加工合金的切削在相同的切削条件下，加工合金的切削温度高于碳钢，加工高温合金及不锈钢的切温度高于碳钢，加工高温合金及不锈钢的切削温度高于合金钢。削温度高于合金钢。因此在切削难加工材料时，一般应选用因此在切削难加工材料时，一般应选用较小的磨钝标准，加工一般材料时，磨钝标较小的磨钝标准，加工一般材料时，磨钝标准可以大一些。准可以大一些。54（一）刀具耐用度与使用寿命（一）刀具耐用度与使用寿命刀具耐用度刀具耐用度:刀具刃磨后开始切削到磨损量达到磨钝标准为止刀具刃磨后开始切削到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间。的切削时间。刀具总使用寿命：刀具总使用寿命：刀具从开始使用经多次重磨到报废为止的刀具从开始使用经多次重磨到报废为止的总切削时间。总切削时间。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（二）刀具使用寿命与切削速度的关系（二）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，vc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=A或lgv+mlgT=lgA式中式中A与实验条件有关的系数，是曲线中截距。它相当于与实验条件有关的系数，是曲线中截距。它相当于T1min时时的切削速度；的切削速度；m对对T影响程度指数，在曲线中表示斜率。影响程度指数，在曲线中表示斜率。五、刀具耐用度55m值越小，表示值越小，表示V对对T的影响越大。的影响越大。总的来说，切削速度对耐用度的影响是很大的。总的来说，切削速度对耐用度的影响是很大的。56