第2章 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律2.1-2.4

1、 主要內(nèi)容一、切削變形與切屑形成二、切削力三、切削熱與切削溫度四、刀具磨損與刀具壽命 金屬切削過(guò)程金屬切削過(guò)程: : 是指通過(guò)切削運(yùn)動(dòng)，使刀具從工件上切下多余的金屬層，形成切屑和已加工表面的過(guò)程。 在這一過(guò)程中產(chǎn)生了一系列的現(xiàn)象，如切削變形、切削力、切削熱與切削溫度、刀具磨損等。 本章主要研究諸現(xiàn)象的成因、作用和變化規(guī)律。掌握這些規(guī)律，對(duì)于合理使用與設(shè)計(jì)刀具、夾具和機(jī)床，保證切削加工質(zhì)量，減少能量消耗，提高生產(chǎn)率和促進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展等方面起著重要的作用。 金金 屬屬 切切 削削 過(guò)過(guò) 程程 2.1 2.1 切削過(guò)程的基本規(guī)律切削過(guò)程的基本規(guī)律 2.1.1 2.1.1 切削變形切削變形 金屬切削過(guò)

2、程與金屬受壓縮（拉伸）過(guò)程比較： 如下圖（a）所示,塑性金屬受壓縮時(shí),隨著外力的增加,金屬先后產(chǎn)生彈性變形、塑性變形,并使金屬晶格產(chǎn)生滑移,而后斷裂； 如下圖（b）所示,以直角自由切削為例,如果忽略了摩擦、溫度和應(yīng)變速度的影響,金屬切削過(guò)程如同壓縮過(guò)程,切削層受刀具擠壓后也產(chǎn)生塑性變形。切切 削削 變變 形形金屬的壓縮與切削 （a）壓縮 （b）切削 （c）三個(gè)變形區(qū) 切屑形成過(guò)程 （a）質(zhì)點(diǎn)滑移過(guò)程 flash （b）切屑形成模型 一、切削變形區(qū)一、切削變形區(qū)以塑性材料的切屑形成為例，金屬切削區(qū)可大致劃分為：以塑性材料的切屑形成為例，金屬切削區(qū)可大致劃分為： 三個(gè)變形區(qū)：三個(gè)變形區(qū)： 第一變形

3、區(qū)第一變形區(qū) 第二變形區(qū)第二變形區(qū) 第三變形區(qū)第三變形區(qū)刀具刀具后刀面摩擦區(qū)后刀面摩擦區(qū)變形區(qū)變形區(qū)第一變形區(qū)第一變形區(qū)第三變形區(qū)第三變形區(qū)第二變形區(qū)第二變形區(qū)（一）第一變形區(qū)（一）第一變形區(qū)OA始滑移線(xiàn)始滑移線(xiàn)OM終滑移線(xiàn)終滑移線(xiàn)變形的主要特征：變形的主要特征： 剪切滑移變形剪切滑移變形 加工硬化加工硬化 一般速度范圍內(nèi)一區(qū)寬度為一般速度范圍內(nèi)一區(qū)寬度為0.02.2mm，速度越高，寬度越，速度越高，寬度越小，可看作一個(gè)小，可看作一個(gè)剪切平面或稱(chēng)滑剪切平面或稱(chēng)滑移面移面（剪切滑移區(qū)）（剪切滑移區(qū)）（二）第二變形區(qū)（二）第二變形區(qū)（三）第三變形區(qū)第三變形區(qū) 切屑沿前刀面排出時(shí)進(jìn)一步受到前刀面的擠

4、壓和摩切屑沿前刀面排出時(shí)進(jìn)一步受到前刀面的擠壓和摩擦，使靠近前刀面的金屬纖維化，基本與前刀面平行。擦，使靠近前刀面的金屬纖維化，基本與前刀面平行。（擠壓摩擦區(qū)）（擠壓摩擦區(qū)） 已加工表面受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓和已加工表面受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓和摩擦，產(chǎn)生變形與回彈，造成纖維化和加工硬化。摩擦，產(chǎn)生變形與回彈，造成纖維化和加工硬化。刃前區(qū)：刃前區(qū)：三個(gè)變形區(qū)匯集在切削刃附近，此處的應(yīng)力集三個(gè)變形區(qū)匯集在切削刃附近，此處的應(yīng)力集 中而復(fù)雜，被切削層在此與工件本體材料分離中而復(fù)雜，被切削層在此與工件本體材料分離（擠壓摩擦回彈區(qū)）（擠壓摩擦回彈區(qū)）從變形觀點(diǎn)出發(fā)，可將切屑?xì)w納為四種

5、形態(tài)：從變形觀點(diǎn)出發(fā)，可將切屑?xì)w納為四種形態(tài)：切塑性材料：切塑性材料： 帶狀切屑帶狀切屑 節(jié)狀切屑節(jié)狀切屑 粒狀切屑粒狀切屑切削平穩(wěn)，力波動(dòng)小切削平穩(wěn)，力波動(dòng)小 滑移量較大，局部滑移量較大，局部 切削不平穩(wěn)，力波動(dòng)大切削不平穩(wěn)，力波動(dòng)大加工面光潔，斷屑難加工面光潔，斷屑難 剪應(yīng)力達(dá)斷裂強(qiáng)度剪應(yīng)力達(dá)斷裂強(qiáng)度 加工表面粗糙加工表面粗糙 少見(jiàn)少見(jiàn)0vap0 v ap0 v ap0vap切脆性材料：切脆性材料：不平穩(wěn)不平穩(wěn),表面粗糙表面粗糙 應(yīng)應(yīng)0vac 二、切屑類(lèi)型二、切屑類(lèi)型(1) 剪切角剪切角 在相同切削條件下，在相同切削條件下，剪切剪切角越大，剪切面積越小，角越大，剪切面積越小，切屑厚度越小，

6、變形越小切屑厚度越小，變形越小。 剪切角剪切角 可采用可采用快速落刀實(shí)快速落刀實(shí)驗(yàn)驗(yàn)獲得切屑根部照片再測(cè)獲得切屑根部照片再測(cè)量得到。量得到。 o 三、變形程度的表示方法三、變形程度的表示方法(2) 變形系數(shù)變形系數(shù) （克賽）（克賽） 切削厚度與切削層厚度之比切削厚度與切削層厚度之比 由實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)可知，由實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)可知，切屑厚度切屑厚度 ach 大于大于切削層厚度切削層厚度ac，切屑長(zhǎng)度切屑長(zhǎng)度 lch 小于小于切削層長(zhǎng)度切削層長(zhǎng)度 lc。 變形系數(shù)變形系數(shù) l切削層長(zhǎng)度與切屑長(zhǎng)度之比切削層長(zhǎng)度與切屑長(zhǎng)度之比 l = lc/ lch a = ach/ ac 忽略切屑寬度的變化，有忽略切屑寬度的變

7、化，有 a= l= n 變形系數(shù)變形系數(shù) 能直觀反映切屑的變形程度，且容易求得，生產(chǎn)能直觀反映切屑的變形程度，且容易求得，生產(chǎn)中常用。中常用。sin-cossin90sin00OMOMhhDch(3) 剪應(yīng)變剪應(yīng)變 按剪應(yīng)變即相對(duì)滑移關(guān)系有按剪應(yīng)變即相對(duì)滑移關(guān)系有 等于等于滑移距離滑移距離s與單元厚度與單元厚度y之比之比 = s / y， 而而 s = NP， y = MK故故 =NP / MK = (NK+KP) / MK = cot + tan( - 0)cos(sincosoo變形系數(shù)變形系數(shù) 、剪切角、剪切角 和剪應(yīng)變和剪應(yīng)變 的關(guān)系的關(guān)系sin)cos(occhaa以上是按純剪切觀點(diǎn)

8、提出的，而切削過(guò)程是復(fù)雜的，既有剪切又有擠壓和摩以上是按純剪切觀點(diǎn)提出的，而切削過(guò)程是復(fù)雜的，既有剪切又有擠壓和摩擦的作用。顯然以上理論有局限性。如擦的作用。顯然以上理論有局限性。如 =1時(shí)，時(shí)，ach=ac，似乎切屑沒(méi)有變形，似乎切屑沒(méi)有變形，但事實(shí)上切屑有相對(duì)滑移存在。但事實(shí)上切屑有相對(duì)滑移存在。 oocos1sin22四、前四、前刀刀面上摩擦特點(diǎn)面上摩擦特點(diǎn)滯流層：滯流層：接近前刀面的切屑接近前刀面的切屑底層晶粒拉長(zhǎng)，形成與前刀底層晶粒拉長(zhǎng)，形成與前刀面平行的纖維層，流速很慢，面平行的纖維層，流速很慢，變形程度非常劇烈。變形程度非常劇烈。刀刀-屑接觸區(qū)可分兩部分：屑接觸區(qū)可分兩部分：粘接

9、區(qū)粘接區(qū)lf1: 剪切滑移，內(nèi)摩擦剪切滑移，內(nèi)摩擦滑動(dòng)區(qū)滑動(dòng)區(qū)lf2: 滑動(dòng)摩擦，外摩擦滑動(dòng)摩擦，外摩擦一般內(nèi)摩擦力約占總摩擦力的一般內(nèi)摩擦力約占總摩擦力的85%在速度不高切削塑性金屬形成在速度不高切削塑性金屬形成帶狀切屑的情況下，滯流層金帶狀切屑的情況下，滯流層金屬粘接在前刀面上，形成硬度屬粘接在前刀面上，形成硬度很高的鼻形楔形硬塊，稱(chēng)為很高的鼻形楔形硬塊，稱(chēng)為積積屑瘤。屑瘤。積屑瘤對(duì)切削過(guò)程的影響：積屑瘤對(duì)切削過(guò)程的影響： 1. 代替刀具切削，保護(hù)刀具代替刀具切削，保護(hù)刀具 2. 增大前角，減小變形和力增大前角，減小變形和力 3. 產(chǎn)生過(guò)切及犁溝，產(chǎn)生過(guò)切及犁溝，精度精度 4. 增大已加工

10、表面粗糙度增大已加工表面粗糙度積屑瘤對(duì)精加工是不利的，應(yīng)避免它產(chǎn)生：積屑瘤對(duì)精加工是不利的，應(yīng)避免它產(chǎn)生：降低工材塑性；降低工材塑性；合理選切削速度；增大前角；減小進(jìn)給量；采用潤(rùn)滑液等合理選切削速度；增大前角；減小進(jìn)給量；采用潤(rùn)滑液等五、積屑瘤五、積屑瘤六、已加工表面變形與加工硬化六、已加工表面變形與加工硬化刀刃鈍圓半徑刀刃鈍圓半徑 rn后刀面磨損帶后刀面磨損帶VB彈性恢復(fù)區(qū)彈性恢復(fù)區(qū)CD變形特征：變形特征：擠壓、摩擦與回彈擠壓、摩擦與回彈 金屬進(jìn)入第一變形區(qū)金屬進(jìn)入第一變形區(qū)時(shí)，晶粒因壓縮而變長(zhǎng)，時(shí)，晶粒因壓縮而變長(zhǎng)，因剪切滑移而傾斜。因剪切滑移而傾斜。 金屬層接近刀刃時(shí)，金屬層接近刀刃時(shí)，

11、晶粒更為伸長(zhǎng)，成為包晶粒更為伸長(zhǎng)，成為包圍在刀刃周?chē)睦w維層，圍在刀刃周?chē)睦w維層，最后在最后在O點(diǎn)斷裂。點(diǎn)斷裂。 已加工表面的金屬纖維被拉伸的又細(xì)又長(zhǎng)，纖維方向平行于已加工表面的金屬纖維被拉伸的又細(xì)又長(zhǎng)，纖維方向平行于已加工表面，金屬晶粒被破壞，發(fā)生了劇烈的塑性變形，產(chǎn)生已加工表面，金屬晶粒被破壞，發(fā)生了劇烈的塑性變形，產(chǎn)生加工硬化，表面殘余應(yīng)力加工硬化，表面殘余應(yīng)力，稱(chēng)之為，稱(chēng)之為加工變質(zhì)層加工變質(zhì)層。七、影響切削變形的主要因素七、影響切削變形的主要因素1 工件材料工件材料變形系數(shù)材料強(qiáng)度 通過(guò)試驗(yàn)，可以發(fā)通過(guò)試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)工件材料強(qiáng)度工件材料強(qiáng)度和和切屑變形切屑變形有密切的有密切的關(guān)系

12、。關(guān)系。 從圖可以看出，隨從圖可以看出，隨著工件材料強(qiáng)度的著工件材料強(qiáng)度的增大增大，切屑的，切屑的變形變形越來(lái)越小。越來(lái)越小。 2 刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù) 刀具前角刀具前角O增大時(shí)，沿刀面流出增大時(shí)，沿刀面流出 的金屬切削層將比較平的金屬切削層將比較平 緩的流出，金屬切屑的緩的流出，金屬切屑的 變形也會(huì)變小。變形也會(huì)變小。 通過(guò)對(duì)通過(guò)對(duì)高速鋼刀具高速鋼刀具所作所作 的切削試驗(yàn)也證明了這的切削試驗(yàn)也證明了這 一點(diǎn)。在同樣的切削速度下，刀具前角一點(diǎn)。在同樣的切削速度下，刀具前角O愈大，材料變形系數(shù)愈大，材料變形系數(shù)愈小。愈小。3 切削速度切削速度 隨切削速度變化的材隨切削速度變化的材 料變形系數(shù)

13、曲線(xiàn)料變形系數(shù)曲線(xiàn)并不并不 是一直遞減是一直遞減，而是在，而是在 某一段有一個(gè)波峰，某一段有一個(gè)波峰， 這實(shí)際是這實(shí)際是積屑瘤產(chǎn)生的影響積屑瘤產(chǎn)生的影響。所以切削速度對(duì)材料變。所以切削速度對(duì)材料變形的影響分為兩個(gè)段，一個(gè)是積屑瘤這一段，另一個(gè)形的影響分為兩個(gè)段，一個(gè)是積屑瘤這一段，另一個(gè)是無(wú)積屑瘤段是無(wú)積屑瘤段 積屑瘤段積屑瘤段 切削速度對(duì)切屑變形的影響主要是通過(guò)切削速度對(duì)切屑變形的影響主要是通過(guò)積屑瘤和切積屑瘤和切削溫度削溫度對(duì)切屑變形的影響來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)切屑變形的影響來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 在在積屑瘤增長(zhǎng)階段積屑瘤增長(zhǎng)階段，積屑瘤隨著切削速度的增大而增，積屑瘤隨著切削速度的增大而增大，積屑瘤越大，大，積

14、屑瘤越大，實(shí)際刀具前角也越大，切屑的變形實(shí)際刀具前角也越大，切屑的變形相對(duì)減少相對(duì)減少，所以在此階段，所以在此階段，切削速度增加時(shí)，材料變切削速度增加時(shí)，材料變形系數(shù)形系數(shù)也減少。也減少。 隨著速度的增加，積屑瘤增大到一定程度又會(huì)消退，隨著速度的增加，積屑瘤增大到一定程度又會(huì)消退，在消退階段，積屑瘤隨著切削速度的增加而減小，同在消退階段，積屑瘤隨著切削速度的增加而減小，同時(shí)，實(shí)際刀具前角也減小時(shí)，實(shí)際刀具前角也減小，材料的變形將增大，在積，材料的變形將增大，在積屑瘤完全消退時(shí)，屑瘤完全消退時(shí)，材料變形將最大材料變形將最大。 材料變形系數(shù)是隨著材料變形系數(shù)是隨著切削速度切削速度的增加而減小。的增

15、加而減小。主要主要是因?yàn)槭且驗(yàn)樗苄宰冃蔚膫鞑ニ俣缺葟椥宰冃蔚穆苄宰冃蔚膫鞑ニ俣缺葟椥宰冃蔚穆?，速度，速度低時(shí)，金屬始剪切面為低時(shí)，金屬始剪切面為OA，當(dāng)速度增大到一定值，當(dāng)速度增大到一定值時(shí)，金屬流動(dòng)速度大于塑性變形速度，時(shí)，金屬流動(dòng)速度大于塑性變形速度，在在OA面金面金屬并未充分變形，相當(dāng)于始剪切面后移至屬并未充分變形，相當(dāng)于始剪切面后移至OA面終面終剪切面剪切面OM也后移至也后移至OM，第一變形區(qū)后移，使得第一變形區(qū)后移，使得材料變形系數(shù)減小材料變形系數(shù)減小。另外，。另外，速度越大，摩擦系數(shù)減速度越大，摩擦系數(shù)減小，材料變形系數(shù)也會(huì)減小。小，材料變形系數(shù)也會(huì)減小。 無(wú)無(wú)積屑瘤段積屑瘤段進(jìn)

16、給量（即切削厚度）對(duì)切屑變形的影響：進(jìn)給量（即切削厚度）對(duì)切屑變形的影響：在無(wú)積屑瘤段，在無(wú)積屑瘤段，進(jìn)給量進(jìn)給量f越大，材料的變形系數(shù)越大，材料的變形系數(shù)越小越小4 切削厚度切削厚度切削力的來(lái)源：切削力的來(lái)源： 被切削材料的彈性、塑性變形抗力被切削材料的彈性、塑性變形抗力 刀具與切屑、工件表面之間的摩擦力刀具與切屑、工件表面之間的摩擦力 將切削合力將切削合力F分解為三個(gè)互相垂直的分力分解為三個(gè)互相垂直的分力Fc 、Ff 、Fp Fc 主切削力，主切削力，與切削速度方向一致與切削速度方向一致 Ff 進(jìn)給力，進(jìn)給力，與進(jìn)給方向平行，車(chē)外圓時(shí)稱(chēng)為軸向力與進(jìn)給方向平行，車(chē)外圓時(shí)稱(chēng)為軸向力 Fp 背向

17、力背向力(切深抗力切深抗力)，與進(jìn)給方向垂直，又稱(chēng)徑向力，與進(jìn)給方向垂直，又稱(chēng)徑向力2 2p p2 2f f2 2c cF FF FF FF F1、切削力的分解、切削力的分解切屑的切屑的彈塑性彈塑性變形抗變形抗力力工件的彈工件的彈塑性變形塑性變形抗力抗力后刀面與后刀面與工件的摩工件的摩擦力擦力前刀面與前刀面與切屑的摩切屑的摩擦力擦力切切 削削 力力2、切削力與切削功率的計(jì)算、切削力與切削功率的計(jì)算（一）用指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算切削力（一）用指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算切削力（二）用單位切削力計(jì)算切削力（二）用單位切削力計(jì)算切削力 單位切削力單位切削力 p=Fc/AD= Fc/(ap f) 可查手冊(cè)可查手冊(cè) Fc

18、= pAD KFc KFc為切削條件修正系數(shù)為切削條件修正系數(shù)式中式中KFc、 KFf、 KFp為切削條件修正系數(shù)，為切削條件修正系數(shù)，xFc、 yFc、 zFc等為指等為指數(shù)，均可在切削用量數(shù)，均可在切削用量手冊(cè)中查到。手冊(cè)中查到。CCFCFCFCFnCyxPFCKvfaCF =PPFPFPFPFnCyxPFPKvfaCF =ffFfFfFfFnCyxPFfKvfaCF =（三）計(jì)算切削功率（三）計(jì)算切削功率1. 切削功率切削功率 Pm(各切削分力功率的總和各切削分力功率的總和) Pm Pc Pf （ Fc v + Ff nwf 10-3 ） 10-3 Fc v （W）式中式中Fc、 Ff

19、為切削力、為切削力、 進(jìn)給力（進(jìn)給力（N N）；）； v 為切削速度為切削速度（m/s）；）； nw為工件轉(zhuǎn)速為工件轉(zhuǎn)速（r/s）；）； f 為進(jìn)給量（為進(jìn)給量（mm/r）2. 電動(dòng)機(jī)功率電動(dòng)機(jī)功率 PE PEPm/m m 為機(jī)床傳動(dòng)效率為機(jī)床傳動(dòng)效率（四）切削力的測(cè)量（四）切削力的測(cè)量1. 間接測(cè)量法間接測(cè)量法( 電功率法電功率法)(1) 測(cè)量機(jī)床切削消耗的電功率測(cè)量機(jī)床切削消耗的電功率PE(2) 計(jì)算切削功率計(jì)算切削功率Pc= PEc(3) 間接計(jì)算切削力間接計(jì)算切削力Fc=Pc/vc2. 直接測(cè)量法直接測(cè)量法( 測(cè)力儀法測(cè)力儀法)機(jī)械式機(jī)械式液壓式液壓式電測(cè)式電測(cè)式電阻應(yīng)變式電阻應(yīng)變式(

20、常用常用)電磁式電磁式電感式電感式電容式電容式壓電式壓電式原 理 三、影響切削力的因素三、影響切削力的因素 工件材料工件材料 切削用量切削用量 刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù) 刀具磨損刀具磨損 切削條件切削條件 刀具材料刀具材料（一）工件材料的影響（一）工件材料的影響 工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，剪切屈服強(qiáng)度工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，剪切屈服強(qiáng)度s越大，越大，F(xiàn)c越大越大 強(qiáng)度強(qiáng)度、摩擦系數(shù)、摩擦系數(shù)，摩擦角，摩擦角 ，剪切角，剪切角 ,變形系變形系 數(shù)數(shù) ， Fc又有所減少又有所減少 綜合上述兩種影響可見(jiàn)：綜合上述兩種影響可見(jiàn)： Fc仍然增大，不是成正仍然增大，不是成正比增大比增大（二）切削用量的影

21、響（二）切削用量的影響 背吃刀量背吃刀量apAD成正比成正比， 單位切削單位切削力力p不變，不變， ap的的 指數(shù)約等于指數(shù)約等于1，因而，因而 切削力成正比增加切削力成正比增加 f Ac成正比成正比，但，但 p略略減小，減小， f 的的 指指數(shù)小于數(shù)小于1，因而，因而， f 正反兩方面：正反兩方面： f 增增加加1倍，倍，hD也增加也增加1倍，倍，F(xiàn)C也增加一倍；也增加一倍；但但f增加，增加， ， FC 。綜合兩方面：綜合兩方面： 切削力增加但與切削力增加但與f 不成正比不成正比速度速度v 對(duì)對(duì)F 的影響分為有積屑瘤和無(wú)積屑瘤兩種情況的影響分為有積屑瘤和無(wú)積屑瘤兩種情況在無(wú)積屑瘤階段，在無(wú)積

22、屑瘤階段， v 變形程度變形程度切削力減小切削力減小ap2apfacacap2fac2acf1. 在積屑瘤增長(zhǎng)階段在積屑瘤增長(zhǎng)階段， 隨隨v 積屑瘤高度積屑瘤高度 變形程度變形程度，F(xiàn) 2. 在積屑瘤減小階段在積屑瘤減小階段， v 變形程度變形程度，F(xiàn) 3. 在無(wú)積屑瘤階段在無(wú)積屑瘤階段， 隨隨v ，溫度升高，摩擦系數(shù)溫度升高，摩擦系數(shù)變形程度變形程度 F （三）刀具幾何參數(shù)（三）刀具幾何參數(shù) 1. 1. 前角前角0 0 的影響的影響 加工塑性材料時(shí)，加工塑性材料時(shí)，0 0 剪切角剪切角 變形程度變形程度F F加工脆性材料時(shí)，切削變形很小，加工脆性材料時(shí)，切削變形很小， 0 0對(duì)對(duì) F F 影

23、響不顯著影響不顯著0 0 3030或高速切削時(shí)，或高速切削時(shí)， 0 0對(duì)對(duì) F F 影響不顯著影響不顯著2. 2. 主偏角主偏角r r的影響的影響（1 1）r r對(duì)對(duì)F Fc c影響較小，影響較小， 影響程度不超過(guò)影響程度不超過(guò)10%10% r r在在60607575之之 間時(shí)，間時(shí)，F(xiàn) Fc c最小。最小。（2）r r對(duì)對(duì)徑向力徑向力F Fp p、 軸軸向力向力F Ff f影響較大影響較大 F Fp p F Fn ncoscosr r F Ff f F Fn n sinsinr r F Fp p隨隨r r 增大而減小，增大而減小， F Ff f隨隨r r 增大而增大增大而增大3. 3. 刃傾

24、角刃傾角s s的影響的影響（1 1）s s對(duì)對(duì)F Fc c影響很小影響很小（2） s s對(duì)對(duì)F Fp p、 F Ff f影響較大影響較大 F Fp p隨隨s s增大而減小，增大而減小， F Ff f隨隨s s增大而增大增大而增大4.4.負(fù)倒棱負(fù)倒棱b b11的影響的影響b b1 1 與與f f 之比增大之比增大, ,切削力隨切削力隨之增大。之增大。當(dāng)切鋼當(dāng)切鋼b b11/ /f f 55或切鑄鐵或切鑄鐵b b11/ /f f 33時(shí)，時(shí)，切屑從前面流出時(shí)，刀切屑從前面流出時(shí)，刀- -屑接屑接觸長(zhǎng)度觸長(zhǎng)度L Lf fff。但：。但：b b11 f f時(shí)，正前角時(shí)，正前角0 0不起不起作用，而是負(fù)

25、倒棱。作用，而是負(fù)倒棱。切削力趨于穩(wěn)定，接近于負(fù)切削力趨于穩(wěn)定，接近于負(fù)前角的狀態(tài)。前角的狀態(tài)。5.5.刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑r r的影響的影響（1 1）r r對(duì)對(duì)F Fc c影響很小影響很?。? 2）F Fp p隨隨 r r增大而增大增大而增大 F Ff f隨隨 r r增大而減小增大而減小r r增大相當(dāng)于增大相當(dāng)于r r減小的影響減小的影響（六）刀具材料（六）刀具材料 按立方氮化硼、陶瓷、涂層、硬質(zhì)合金、高速鋼順序，按立方氮化硼、陶瓷、涂層、硬質(zhì)合金、高速鋼順序， 切削力依次增大。切削力依次增大。（五）切削液（五）切削液 切削液潤(rùn)滑作用越好，力減切削液潤(rùn)滑作用越好，力減 小越顯著，低速時(shí)更

26、突出。小越顯著，低速時(shí)更突出。刀具磨損刀具磨損 后刀面平均磨損帶寬度后刀面平均磨損帶寬度VB 越大，摩擦越強(qiáng)烈，切削力越大，摩擦越強(qiáng)烈，切削力 也越大。也越大。 VB對(duì)背向力對(duì)背向力Fp影響最顯著影響最顯著主要主要內(nèi)容 切削熱的產(chǎn)生切削熱的產(chǎn)生 切削熱的影響因素切削熱的影響因素 切削熱的測(cè)量切削熱的測(cè)量 切削熱的經(jīng)驗(yàn)公式切削熱的經(jīng)驗(yàn)公式一、切削熱的產(chǎn)生和傳散一、切削熱的產(chǎn)生和傳散刀具刀具后刀面熱源區(qū)后刀面熱源區(qū)剪切面熱源區(qū)剪切面熱源區(qū)前刀面熱源區(qū)前刀面熱源區(qū)變形功變形功變形功和變形功和摩擦功摩擦功變形功和變形功和摩擦功摩擦功 切削熱產(chǎn)生切削熱產(chǎn)生于三個(gè)變形區(qū)，于三個(gè)變形區(qū)， 切削過(guò)程中消耗的能

27、量約切削過(guò)程中消耗的能量約 98%轉(zhuǎn)換為熱能，切削熱轉(zhuǎn)換為熱能，切削熱 qPmFcvc =CFcapf 0.75vc-0.15KFcvc = CFcapf 0.75vc0.85KFc切削熱切削熱通過(guò)切屑、工件、通過(guò)切屑、工件、刀具和周?chē)橘|(zhì)向外刀具和周?chē)橘|(zhì)向外傳出傳出Q切削切削熱熱Q t刀刀具具Q w工工件件Qc切切屑屑Q m介介質(zhì)質(zhì)CCFCFCFCFnCyxPFKvfaC+=1 qPmFcvc二、切削溫度測(cè)定原理及分布二、切削溫度測(cè)定原理及分布溫度分布規(guī)律：溫度分布規(guī)律：1. 剪切區(qū)等溫線(xiàn)與滑移線(xiàn)相近剪切區(qū)等溫線(xiàn)與滑移線(xiàn)相近 OM線(xiàn)溫度比線(xiàn)溫度比OA線(xiàn)上溫度高線(xiàn)上溫度高 剪切滑移相等的地方

28、溫度相等，剪切滑移相等的地方溫度相等， 剪切變形是切削熱的第一來(lái)源剪切變形是切削熱的第一來(lái)源2. 前后刀面最高溫度點(diǎn)不在刀刃上前后刀面最高溫度點(diǎn)不在刀刃上 切屑上最高溫度比剪切區(qū)溫度高切屑上最高溫度比剪切區(qū)溫度高 切屑底層溫度比上層溫度高切屑底層溫度比上層溫度高 摩擦是切削熱的又一來(lái)源摩擦是切削熱的又一來(lái)源切削溫度切削溫度 一般指前刀面與切屑接一般指前刀面與切屑接觸區(qū)內(nèi)的平均溫度觸區(qū)內(nèi)的平均溫度3. 切屑帶走的熱量最多切屑帶走的熱量最多三、影響切削溫度的主要因素三、影響切削溫度的主要因素兩個(gè)方面：兩個(gè)方面：切削熱的產(chǎn)生與傳出切削熱的產(chǎn)生與傳出1、切削用量、切削用量由實(shí)驗(yàn)得出切削溫度經(jīng)驗(yàn)公式如下

29、由實(shí)驗(yàn)得出切削溫度經(jīng)驗(yàn)公式如下 C v z f y ap x式中系數(shù)式中系數(shù)可查表可查表： z z在在0.260.41之間，之間，y在在0.15，x在在0.05切削用量切削用量時(shí)切削溫度時(shí)切削溫度 ，其中，其中v 對(duì)對(duì)影響最大，進(jìn)影響最大，進(jìn)給量給量 f 的影響比的影響比v 小，背吃刀量小，背吃刀量ap的影響很小。的影響很小。2、刀具幾何參數(shù)、刀具幾何參數(shù) 1. 1. 前角前角0 0 的影響的影響 0 0 變形程度變形程度FcFc 但但0 0 2020時(shí)，因散熱面積時(shí)，因散熱面積， 對(duì)對(duì)的影響減小的影響減小2. 2. 主偏角主偏角r r的影響的影響 r r ，切削寬度，切削寬度aw w ，散熱

30、面積散熱面積 3. 3. 負(fù)倒棱和刀尖圓弧半徑的影響負(fù)倒棱和刀尖圓弧半徑的影響b b1 1 、r r，切屑變形程度切屑變形程度q 同時(shí)散熱條件改善，兩者趨于平衡同時(shí)散熱條件改善，兩者趨于平衡對(duì)對(duì)影響很小影響很小3、工件材料、工件材料 強(qiáng)度硬度、塑性和韌性越大，強(qiáng)度硬度、塑性和韌性越大， 切削力越大，切削溫度升高。切削力越大，切削溫度升高。 導(dǎo)熱率大，散熱快，溫度下降導(dǎo)熱率大，散熱快，溫度下降4、刀具磨損、刀具磨損 后刀面磨損增大，切削溫度升高后刀面磨損增大，切削溫度升高， v越越高刀磨損對(duì)高刀磨損對(duì)影響越顯著影響越顯著5、切削液、切削液 切削液對(duì)切削溫度切削液對(duì)切削溫度，刀具磨損刀具磨損，加工

31、質(zhì)量有明加工質(zhì)量有明顯效果。熱導(dǎo)率比熱容和流量越大，本身溫度越低顯效果。熱導(dǎo)率比熱容和流量越大，本身溫度越低冷卻效果越顯著冷卻效果越顯著一、一、 刀具磨損刀具磨損刀具失效形式：刀具失效形式：磨損磨損 （正常工作時(shí)逐漸產(chǎn)生的損耗）（正常工作時(shí)逐漸產(chǎn)生的損耗） 破損破損 （突發(fā)的破壞，隨機(jī)的）（突發(fā)的破壞，隨機(jī)的）1、刀具的磨損形式、刀具的磨損形式（一）前刀面磨損（一）前刀面磨損 切塑性材料，切塑性材料，v 和和ap較大時(shí)，較大時(shí)， 在前刀面上形成在前刀面上形成月牙洼磨損，月牙洼磨損， 以最大深度以最大深度KT 表示表示（二）后刀面磨損（二）后刀面磨損 切鑄鐵或切鑄鐵或v 和和ap較小切塑性較小切

32、塑性 材料時(shí)，主要發(fā)生這種磨損。材料時(shí)，主要發(fā)生這種磨損。后刀面磨損帶不均勻，刀尖部分磨損嚴(yán)重，最大值為后刀面磨損帶不均勻，刀尖部分磨損嚴(yán)重，最大值為VC；中間部位磨損較均勻，平均磨損寬度以中間部位磨損較均勻，平均磨損寬度以VB表示；邊界處表示；邊界處磨損嚴(yán)重，以磨損嚴(yán)重，以VN表示。表示。（三）邊界磨損（三）邊界磨損 切鋼料時(shí)，切鋼料時(shí)，主刃、副刃主刃、副刃與工件與工件待加工表面或已加工表面待加工表面或已加工表面接接 觸處磨出溝紋，稱(chēng)為邊界磨損。邊界處的加工硬化層、硬觸處磨出溝紋，稱(chēng)為邊界磨損。邊界處的加工硬化層、硬 質(zhì)點(diǎn)、較大的應(yīng)力梯度和溫度梯度所造成。質(zhì)點(diǎn)、較大的應(yīng)力梯度和溫度梯度所造成

33、?？拷都饪拷庸っ?、刀具破損的形式、刀具破損的形式溝槽磨損切削刃細(xì)小缺口塑性變形切削刃崩裂切削刃剝落熱 裂3、刀具磨損的原因、刀具磨損的原因（一）（一）硬質(zhì)點(diǎn)磨損（硬質(zhì)點(diǎn)磨損（磨料磨損磨料磨損） 切屑或工件表面上的硬質(zhì)點(diǎn)（碳化物、氧化物等）對(duì)切屑或工件表面上的硬質(zhì)點(diǎn)（碳化物、氧化物等）對(duì) 刀具表面刻劃作用造成的機(jī)械磨損。刀具表面刻劃作用造成的機(jī)械磨損。 低速切削時(shí)，磨料磨損是刀具磨損的主要原因。低速切削時(shí)，磨料磨損是刀具磨損的主要原因。（二）粘結(jié)磨損（二）粘結(jié)磨損 刀具與切屑、工件間存在高溫高壓和強(qiáng)烈摩擦，達(dá)到原刀具與切屑、工件間存在高溫高壓和強(qiáng)烈摩擦，達(dá)到原 子間結(jié)合而產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，又

34、稱(chēng)為子間結(jié)合而產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，又稱(chēng)為冷焊冷焊。相對(duì)運(yùn)動(dòng)使粘。相對(duì)運(yùn)動(dòng)使粘 接點(diǎn)破裂而被工件材料帶走，造成粘結(jié)磨損。接點(diǎn)破裂而被工件材料帶走，造成粘結(jié)磨損。 中速切削形成不穩(wěn)定積屑瘤時(shí)，磨損嚴(yán)重；刀工材料硬中速切削形成不穩(wěn)定積屑瘤時(shí)，磨損嚴(yán)重；刀工材料硬 度比小親合力大時(shí)磨損嚴(yán)重；刀具刃磨質(zhì)量差磨損嚴(yán)重。度比小親合力大時(shí)磨損嚴(yán)重；刀具刃磨質(zhì)量差磨損嚴(yán)重。（三）氧化（三）氧化(化學(xué)化學(xué))磨損磨損 一定溫度下，刀材與空氣中的氧、一定溫度下，刀材與空氣中的氧、切削液中的硫、氯起化學(xué)作用，生切削液中的硫、氯起化學(xué)作用，生成較軟的化合物，造成刀具磨損。成較軟的化合物，造成刀具磨損。 化學(xué)磨損是邊界磨損原因之

35、一；化學(xué)磨損是邊界磨損原因之一；主要發(fā)生在較高速切削條件下。主要發(fā)生在較高速切削條件下。（四）擴(kuò)散磨損（四）擴(kuò)散磨損 刀具與切屑、工件接觸處由于高溫作用，刀具與切屑、工件接觸處由于高溫作用，雙方化學(xué)元素在固態(tài)雙方化學(xué)元素在固態(tài)下互相擴(kuò)散下互相擴(kuò)散，使，使刀具材料刀具材料成分、結(jié)構(gòu)改變?cè)斐赡p。成分、結(jié)構(gòu)改變?cè)斐赡p。 切削溫度越高擴(kuò)散越快；刀具材料親合力越大擴(kuò)散越快；高速切削溫度越高擴(kuò)散越快；刀具材料親合力越大擴(kuò)散越快；高速切削時(shí)擴(kuò)散磨損是刀具磨損的主要原因。切削時(shí)擴(kuò)散磨損是刀具磨損的主要原因。（五）熱電磨損（五）熱電磨損 切削區(qū)高溫，在刀、工間產(chǎn)生熱電勢(shì)加快擴(kuò)散加劇刀具磨切削區(qū)高溫，在刀、工

36、間產(chǎn)生熱電勢(shì)加快擴(kuò)散加劇刀具磨損。損。 （六）相變磨損（六）相變磨損 工具鋼較高速度切削時(shí)，溫度升高，刀具材料相變，硬度工具鋼較高速度切削時(shí)，溫度升高，刀具材料相變，硬度降低。降低。4、刀具磨損過(guò)程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)、刀具磨損過(guò)程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)（一）刀具磨損過(guò)程（一）刀具磨損過(guò)程 1. 1. 初期磨損階段初期磨損階段 與刀具刃磨質(zhì)量有關(guān)與刀具刃磨質(zhì)量有關(guān) 2. 2. 正常磨損階段正常磨損階段 VBVB與切削時(shí)間近似正比與切削時(shí)間近似正比 斜率表示磨損強(qiáng)度斜率表示磨損強(qiáng)度 3. 3. 急劇磨損階段急劇磨損階段 切削力、溫度急升，刀切削力、溫度急升，刀 具磨損加劇，之前換刀具磨損加劇，之前換刀（二）刀具磨（二

37、）刀具磨鈍鈍標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 刀具磨損到一定限度后就不能繼續(xù)使用，這個(gè)磨損限度刀具磨損到一定限度后就不能繼續(xù)使用，這個(gè)磨損限度 稱(chēng)為稱(chēng)為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。 1. 小廠、有經(jīng)驗(yàn)工人根據(jù)一些現(xiàn)象來(lái)判斷刀具是否磨鈍；小廠、有經(jīng)驗(yàn)工人根據(jù)一些現(xiàn)象來(lái)判斷刀具是否磨鈍； 2. ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以1/2 ap處的處的VB值作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)；值作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)； 在不同的加工條件下，磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的具體數(shù)值是不同的。在不同的加工條件下，磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的具體數(shù)值是不同的。 粗車(chē)碳素鋼粗車(chē)碳素鋼0.60.8 粗車(chē)鑄鐵粗車(chē)鑄鐵0.81.2 粗車(chē)合金鋼粗車(chē)合金鋼0.40.5 精車(chē)碳鋼精車(chē)碳鋼0.10.3 系統(tǒng)剛性大、系統(tǒng)剛性

38、大、HSS(高速鋼車(chē)刀高速鋼車(chē)刀) ， VB值較大；值較大； 系統(tǒng)剛性小、系統(tǒng)剛性小、Y合金，合金，VB值較小值較小 3. 自動(dòng)化精加工刀具，以徑向磨損量自動(dòng)化精加工刀具，以徑向磨損量NB作為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)作為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)5、刀具壽命、刀具壽命（一）刀具壽命（一）刀具壽命T刀具刃磨后開(kāi)始切削到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的切削時(shí)間。刀具刃磨后開(kāi)始切削到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的切削時(shí)間。 刀具總壽命：刀具總壽命：刀具從開(kāi)始使用到報(bào)廢為止的總切削時(shí)間。刀具從開(kāi)始使用到報(bào)廢為止的總切削時(shí)間。 刀具總壽命刀具壽命刃磨次數(shù)刀具總壽命刀具壽命刃磨次數(shù)（二）刀具壽命影響因素（二）刀具壽命影響因素 工件、刀具材料和刀具幾何形

39、狀確定后，工件、刀具材料和刀具幾何形狀確定后，vc 對(duì)對(duì)T 影響最大。影響最大。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)得經(jīng)驗(yàn)公式：通過(guò)實(shí)驗(yàn)得經(jīng)驗(yàn)公式： vc T m =C0 指數(shù)指數(shù)m 表示表示v c對(duì)對(duì) T 的影響程度，的影響程度，Y合金合金 , m =0.20.4 ; 高速鋼刀具材料高速鋼刀具材料 m = 0.10.125。m 越小，則越小，則vc 對(duì)對(duì) T 的影響越大。的影響越大。 系數(shù)系數(shù)C0 ，與刀具、工件材料和切削條件有關(guān)。，與刀具、工件材料和切削條件有關(guān)。vT = Cv Tm f apyvxvKvT 綜合可得到綜合可得到切削用量與刀具壽命的關(guān)系式：切削用量與刀具壽命的關(guān)系式： 經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)得類(lèi)似關(guān)系式：經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)

40、得類(lèi)似關(guān)系式： f T n =C1 ap T p =C2刀具壽命允許的切削速度刀具壽命允許的切削速度vT：Tm = CT vc f apyTxTKT 用用YT5車(chē)削車(chē)削b=0.637GPa碳鋼時(shí)，碳鋼時(shí)， T = CT v 5 f 2.25 ap0.75由上式看出，由上式看出，其中速度其中速度v 對(duì)對(duì)T 影響最大，進(jìn)給量影響最大，進(jìn)給量f 次之，背吃次之，背吃刀量刀量ap影響最小，與對(duì)溫度影響最小，與對(duì)溫度影響一致。影響一致。 合理壽命的選擇合理壽命的選擇 選擇刀具壽命的原則選擇刀具壽命的原則根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)確定的。根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)確定的。 優(yōu)化目標(biāo)：優(yōu)化目標(biāo)：最大生產(chǎn)率、最低成本和最大利潤(rùn)。最大生產(chǎn)

41、率、最低成本和最大利潤(rùn)。(1)最大生產(chǎn)率壽命（最大生產(chǎn)率壽命（Tp） 最大生產(chǎn)率最大生產(chǎn)率是指工件是指工件(或工序或工序)加工所用時(shí)間最短加工所用時(shí)間最短。 最大生產(chǎn)率最大生產(chǎn)率壽命壽命是指以工件是指以工件(工序工序)加工生產(chǎn)率最大為原則加工生產(chǎn)率最大為原則確定的刀具確定的刀具壽命壽命。 工序切削時(shí)間、換刀時(shí)間、其他輔助時(shí)間。工序切削時(shí)間、換刀時(shí)間、其他輔助時(shí)間。 (2)最低成本壽命（最低成本壽命（Tc） 最低成本壽命是最低成本壽命是指以每個(gè)零件指以每個(gè)零件(或工序或工序)加工費(fèi)用最低為加工費(fèi)用最低為原則確定的刀具壽命原則確定的刀具壽命。p 選擇刀具壽命時(shí)選擇刀具壽命時(shí),當(dāng)需要完成緊急任務(wù)或產(chǎn)

42、品供不應(yīng)求以當(dāng)需要完成緊急任務(wù)或產(chǎn)品供不應(yīng)求以及完成限制性工序時(shí)及完成限制性工序時(shí),可采用最大生產(chǎn)率壽命可采用最大生產(chǎn)率壽命;p 當(dāng)產(chǎn)品滯銷(xiāo)或在一般生產(chǎn)中當(dāng)產(chǎn)品滯銷(xiāo)或在一般生產(chǎn)中,常采用最低成本壽命常采用最低成本壽命。 選擇壽命時(shí)，選擇壽命時(shí)，復(fù)雜刀具復(fù)雜刀具，應(yīng)選高一些；，應(yīng)選高一些；對(duì)刀、調(diào)刀復(fù)雜對(duì)刀、調(diào)刀復(fù)雜，應(yīng)選高一些；，應(yīng)選高一些； 加工大件的刀具加工大件的刀具，減少換刀次數(shù)，應(yīng)選擇高一些；，減少換刀次數(shù)，應(yīng)選擇高一些；可轉(zhuǎn)位刀具可轉(zhuǎn)位刀具（如陶瓷刀片），換刀時(shí)間短，為充分（如陶瓷刀片），換刀時(shí)間短，為充分發(fā)揮其信念，應(yīng)低一些發(fā)揮其信念，應(yīng)低一些。(3)最大利潤(rùn)壽命最大利潤(rùn)壽命(Tp

43、r) 按最低成本原則制定刀具壽命時(shí)，按最低成本原則制定刀具壽命時(shí)，加工工時(shí)將長(zhǎng)于加工工時(shí)將長(zhǎng)于最短工序工時(shí)最短工序工時(shí); ; 如果按最大生產(chǎn)率原則制定刀具壽命時(shí)，如果按最大生產(chǎn)率原則制定刀具壽命時(shí)，則工序成則工序成本將高于最低成本。本將高于最低成本。 因此，有時(shí)為了兼顧兩方面的要求，因此，有時(shí)為了兼顧兩方面的要求，提出最大利潤(rùn)提出最大利潤(rùn)率壽命，以獲得最大的利潤(rùn)。率壽命，以獲得最大的利潤(rùn)。刀具破損刀具破損刀具破損刀具破損刀具在切削過(guò)程中尚未達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)受到刀具在切削過(guò)程中尚未達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)受到損壞而不能繼續(xù)使用損壞而不能繼續(xù)使用。易破損情況：易破損情況：脆性大的刀具材料；脆性大的刀具材料；進(jìn)行斷

44、續(xù)切削；進(jìn)行斷續(xù)切削；切削高硬度、高強(qiáng)度的工件。切削高硬度、高強(qiáng)度的工件。1. 破損分類(lèi)破損分類(lèi)按切削時(shí)間分：按切削時(shí)間分：早期、后期早期、后期；按刀具材料分：按刀具材料分：脆性、塑性脆性、塑性。按破損機(jī)理（刀具材料）分按破損機(jī)理（刀具材料）分: 脆性破損脆性破損陶瓷、硬質(zhì)合金等；陶瓷、硬質(zhì)合金等； 塑性破損塑性破損高速鋼高速鋼為主、合金工具鋼。為主、合金工具鋼。按切削時(shí)間分按切削時(shí)間分早期破損早期破損后刀面尚未有明顯的磨損（后刀面尚未有明顯的磨損（VB 0.1mm），），或或刀具沖擊次數(shù)（斷切）小于刀具沖擊次數(shù)（斷切）小于103次而破損。次而破損。原因：原因：刀具使用前有缺陷或切削條件不合理（惡劣）。刀具使用前有缺陷或切削條件不合理（惡劣）。后期破損后期破損經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間切削而破損。經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間切削而破損。原因：原因：刀具內(nèi)應(yīng)力致使產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展，后刀面有一定磨損刀具內(nèi)應(yīng)力致使產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展，后刀面有一定磨損，使切削力增大，同時(shí)刀具內(nèi)部有缺陷的綜合作用。，使切削力增大，同時(shí)刀具內(nèi)部有缺陷的綜合作用。2. 2. 刀具的脆性破損刀具的脆性破損(1)刀