機械制造技術3

1、第三章第三章 切削過程及控制切削過程及控制 在金屬切削過程中，始終存在著刀具切在金屬切削過程中，始終存在著刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，從而產削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，從而產生一系列物理現(xiàn)象，如切削變形、切削力、生一系列物理現(xiàn)象，如切削變形、切削力、切削熱與切削溫度以及有關刀具的磨損與刀切削熱與切削溫度以及有關刀具的磨損與刀具壽命、卷屑與斷屑等。具壽命、卷屑與斷屑等。 研究、掌握并能靈活應用金屬切削基本理研究、掌握并能靈活應用金屬切削基本理論論, , 對有效控制切削過程、保證加工精度和表對有效控制切削過程、保證加工精度和表面質量，提高切削效率、降低生產成本，合理面質量，提高切削效

2、率、降低生產成本，合理改進、設計刀具幾何參數(shù)，減輕工人的勞動強改進、設計刀具幾何參數(shù)，減輕工人的勞動強度等有重要的指導意義。度等有重要的指導意義。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過程及切屑類型金屬切削過程及切屑類型一、切屑的形成過程一、切屑的形成過程1切削變形的力學本質切削變形的力學本質 切削金屬形成切屑的過程是一個類似于金屬材料受擠壓作用，產生塑性變形進而產生剪切滑移的變形過程 （圖）。2切屑形成過程模型切屑形成過程模型圖31圖圖 擠壓與切削的比較擠壓與切削的比較圖圖31 切屑形成過程模型切屑形成過程模型二、三個變形區(qū)二、三個變形區(qū) 根據(jù)實驗時的切削層變形圖片可繪制如圖根據(jù)實驗時的切削層變形圖片可繪制

3、如圖3-2所示的所示的切削變形模型，切削變形模型，其變形大致可分為三個變形區(qū)。其變形大致可分為三個變形區(qū)。1. 第一變形區(qū)第一變形區(qū) 塑性變形從始滑移面塑性變形從始滑移面OA開始至終滑移面開始至終滑移面OM終了，終了，之間形成之間形成AOM塑性變形區(qū)，由于塑性變形的主要特點是塑性變形區(qū)，由于塑性變形的主要特點是晶格間的剪切滑移，所以晶格間的剪切滑移，所以AOM叫剪切區(qū)，也稱為叫剪切區(qū)，也稱為第一變第一變形區(qū)（形區(qū)（）。）。 圖圖32 金屬切削過程中的滑移線和流線示意圖金屬切削過程中的滑移線和流線示意圖 切屑沿刀具前面排出時會進一步受到切屑沿刀具前面排出時會進一步受到前刀面的阻礙，在刀具和切屑界

4、面之間存前刀面的阻礙，在刀具和切屑界面之間存在強烈的擠壓和摩擦，使切屑底部靠近前在強烈的擠壓和摩擦，使切屑底部靠近前刀面處的金屬發(fā)生刀面處的金屬發(fā)生“纖維化纖維化”的二次變形。的二次變形。這部分區(qū)域稱為這部分區(qū)域稱為第二變形區(qū)（第二變形區(qū)（）。2. 第二變形區(qū)第二變形區(qū) 在已加工表面上與刀具后面擠壓、摩在已加工表面上與刀具后面擠壓、摩擦形成的變形區(qū)域稱為擦形成的變形區(qū)域稱為第三變形區(qū)（第三變形區(qū)（）。 由于刀具刃口不可能絕對鋒利由于刀具刃口不可能絕對鋒利, 鈍圓半鈍圓半徑的存在使切削層參數(shù)中公稱切削厚度不徑的存在使切削層參數(shù)中公稱切削厚度不可能完全切除，會有很小一部分被擠壓到可能完全切除，會有

5、很小一部分被擠壓到已加工表面，與刀具后刀面發(fā)生摩擦，并已加工表面，與刀具后刀面發(fā)生摩擦，并進一步產生彈、塑性變形，從而影響已加進一步產生彈、塑性變形，從而影響已加工表面質量。工表面質量。3. 第三變形區(qū)第三變形區(qū) 實驗表明，實驗表明，切屑的形成過程是被切削切屑的形成過程是被切削層金屬受到刀具前面的擠壓作用，迫使層金屬受到刀具前面的擠壓作用，迫使其產生彈性變形，當剪切應力達到金屬其產生彈性變形，當剪切應力達到金屬材料屈服強度時，產生塑性變形。切屑材料屈服強度時，產生塑性變形。切屑的變形和形成過程如圖的變形和形成過程如圖3-3所示。所示。三、第一變形區(qū)內金屬的剪切變形三、第一變形區(qū)內金屬的剪切變形

6、 圖圖33 第一變形區(qū)金屬的滑移第一變形區(qū)金屬的滑移在第一變形區(qū)中，切削變形的主要特征是切削層在第一變形區(qū)中，切削變形的主要特征是切削層金屬沿滑移面的剪切變形，并伴有加工硬化現(xiàn)象。金屬沿滑移面的剪切變形，并伴有加工硬化現(xiàn)象。切削層金屬沿滑移面的剪切變形，從金屬晶體結切削層金屬沿滑移面的剪切變形，從金屬晶體結構的角度來看，就是沿晶格中晶面所進行的滑移。構的角度來看，就是沿晶格中晶面所進行的滑移。金屬材料的晶粒，可假定為圓形顆粒。晶粒在到金屬材料的晶粒，可假定為圓形顆粒。晶粒在到達始滑移線達始滑移線OA之前，僅產生彈性變形，晶粒不呈方之前，僅產生彈性變形，晶粒不呈方向性，仍為圓形（圖向性，仍為圓形

7、（圖3-4） 。晶粒進入第一變形區(qū)后，因受剪應力作用產生滑晶粒進入第一變形區(qū)后，因受剪應力作用產生滑移，致使晶粒變?yōu)闄E圓形。橢圓的長軸方向就是晶移，致使晶粒變?yōu)闄E圓形。橢圓的長軸方向就是晶粒伸長的方向或金屬纖維化的方向，它與剪切面的粒伸長的方向或金屬纖維化的方向，它與剪切面的方向不重合，兩者之間成一夾角方向不重合，兩者之間成一夾角（圖（圖3-5）。）。切屑形成本質切屑形成本質圖圖34 晶?；剖疽鈭D晶?；剖疽鈭D 圖圖35 滑移與晶粒的伸長滑移與晶粒的伸長1. 剪切角剪切角四、四、切削變形程度的表示方法切削變形程度的表示方法 剪切角 剪切面積變形程度切削力。 圖36 剪切面剪切面 p與切削速度

8、與切削速度(主運動主運動)方向之間的夾角稱為方向之間的夾角稱為剪切角，用剪切角，用表示表示 圖36 角與剪切面面積的關系 圖37 變形系數(shù)的求法切屑厚度hch與切削層的厚度hD之比稱為厚度變形系數(shù)，用h 表示，h = ach/ac ；而切削層長度lc與切屑長度lch之比稱為長度變形系數(shù)，用l表示，l=lc/lch 。根據(jù)體積不變原理, 則 a l。變形系數(shù)越大,切屑越厚越短,切削變形越大。2. 變形系數(shù)變形系數(shù)五前面上的擠壓與摩擦及其對切屑變形的影響五前面上的擠壓與摩擦及其對切屑變形的影響1. 作用在切屑上的力作用在切屑上的力 刀具與切屑之間的作用力分析如圖3-8所示。在直角自由切削的前提下，

9、作用在切屑上的力有：前面對其作用的法向力Fn和摩擦力Ff，剪切面上的剪切力Fs和法向力Fns,兩對力的合力分別為Fr 和 Fr。假設這兩個合力相互平衡（嚴格地講，這兩個合力不共線，有一個使切屑彎曲的力矩），F(xiàn)r稱為切屑形成力，是剪切角；是Fn與Fr之間的夾角，稱為摩擦角；o是刀具前角。 圖圖38 作用在切屑上的力作用在切屑上的力 a) 切屑受到來自工件和刀具的作用力切屑受到來自工件和刀具的作用力 b) 切屑作為隔離體的受力分析切屑作為隔離體的受力分析 2. 前刀面上的摩擦前刀面上的摩擦 在粘結區(qū)，切屑的底層與前面呈現(xiàn)冷焊狀態(tài)，切屑與前面之間不是一般的外摩擦，這時切屑底層的流速要比上層緩慢得多，

10、從而在切屑底部形成一個滯流層 。所謂“內摩擦”就是指滯流層與上層流屑層內部之間的摩擦，這種內摩擦也就是金屬內部的剪切滑移。其摩擦力的大小與材料的流動應力特性及粘結面積的大小有關。切屑離開粘結區(qū)后進入滑動區(qū)。在該區(qū)域內刀屑間的摩擦僅為外摩擦。刀屑接觸面間有二個摩擦區(qū)域：粘結(內摩擦)區(qū)和滑動(外摩擦)區(qū)。金屬的內摩擦力要比外摩擦力大得多，因此，應著重考慮內摩擦。 圖圖310 切屑和前面摩擦情況示意圖切屑和前面摩擦情況示意圖六、六、積屑瘤的形成及其對切削過程的影響積屑瘤的形成及其對切削過程的影響 在中低速切削塑性金屬材料時在中低速切削塑性金屬材料時, 常在刀具前面刃口處粘常在刀具前面刃口處粘結一些

11、工件材料結一些工件材料, 形成一塊硬度很高的楔塊，稱之為形成一塊硬度很高的楔塊，稱之為積屑瘤積屑瘤。 產生這種現(xiàn)象，是產生這種現(xiàn)象，是滯流層金屬不斷堆積的結果。滯流層金屬不斷堆積的結果。 積屑瘤的產生以及它的積聚高度與金屬材料的硬化程度積屑瘤的產生以及它的積聚高度與金屬材料的硬化程度有關，也與刀刃前區(qū)的溫度和壓力狀況有關。有關，也與刀刃前區(qū)的溫度和壓力狀況有關。 3）影響積屑瘤的因素）影響積屑瘤的因素2）積屑瘤的形成原因）積屑瘤的形成原因1）什么是積屑瘤）什么是積屑瘤圖312 積屑瘤高度與切削速度關系示意圖4）積屑瘤對起削過程的影響）積屑瘤對起削過程的影響 v實際前角增大（圖實際前角增大（圖3

12、-13）；）；v增大切削厚度（圖增大切削厚度（圖3-13） ；v使加工表面粗糙度增大；使加工表面粗糙度增大；v對刀具壽命的影響。對刀具壽命的影響。 一般積屑瘤對切削加工過程的影響是不利一般積屑瘤對切削加工過程的影響是不利的，的，在精加工時應盡可能避免積屑瘤的產生，在精加工時應盡可能避免積屑瘤的產生，但在粗加工時，有時可充分利用積屑瘤。但在粗加工時，有時可充分利用積屑瘤。圖圖313 積屑瘤前角和伸出量積屑瘤前角和伸出量采用低速或高速切削，采用低速或高速切削，由于切削速度是通過切削溫度影響積屑瘤的，以切削45鋼為例，在低速vc3m/min和較高速度vc60m/min范圍內，摩擦系數(shù)都較小，故不易形

13、成積屑瘤；采用高潤滑性的切削液，采用高潤滑性的切削液，使摩擦和粘結減少；適當減少進給量、增大刀具前角；適當減少進給量、增大刀具前角；適當提高工件材料的硬度；適當提高工件材料的硬度；提高刀具的刃磨質量；提高刀具的刃磨質量；合理調節(jié)各切削參數(shù)間關系，以防止形成中溫區(qū)域。合理調節(jié)各切削參數(shù)間關系，以防止形成中溫區(qū)域。5）抑制或消除積屑瘤的措施）抑制或消除積屑瘤的措施七、影響切屑變形的主要因素七、影響切屑變形的主要因素1. 工件材料的力學性能工件材料的力學性能 材料強度越高，塑性越小，則變形系數(shù)越小，切削變形減?。▓D圖）。2.切削用量切削用量（1 1）切削速度）切削速度 切削速度是通過積屑瘤的生長消失

14、過程影響切削變形大小的。在積屑瘤增長的速度范圍內 , 因積屑瘤導致實際工作前角增加、剪切角增大、變形系數(shù)減小。在積屑瘤消失的速度范圍內，實際工作前角不斷減小、變形系數(shù)不斷上升至最大值，此時積屑瘤完全消失。 （圖圖）在無積屑瘤的切削速度范圍，切削速度愈高，變形系數(shù)愈小。切削鑄鐵等脆性金屬時, 一般不產生積屑瘤。隨著切削速度增大，變形系數(shù)逐漸地減小。圖圖 工件材料強度對變形系數(shù)的影響工件材料強度對變形系數(shù)的影響圖圖 切削速度對變形系數(shù)的影響切削速度對變形系數(shù)的影響（2）進給量）進給量 當進給量f增大時，切削層厚度hD增大，切屑的平均變形減小，變形系數(shù)減小(圖圖)。3.刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)（1）

15、前角）前角0前角增大，剪切角增大，而剪切角越大，則變形系數(shù)減小。變形系數(shù)與前角之間的關系如圖圖所示。(2)刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑r刀尖圓弧半徑越大，變形系數(shù)越大，切削變形越大。（圖）圖圖 切削厚度與變形系數(shù)的關系切削厚度與變形系數(shù)的關系圖圖 前角對變形系數(shù)的影響前角對變形系數(shù)的影響圖圖 刀尖圓弧半徑對變形系數(shù)的影響刀尖圓弧半徑對變形系數(shù)的影響帶狀切屑帶狀切屑 最常見的屑型之一（圖最常見的屑型之一（圖3-15a）。）。外形特征：外形特征：它的內表面是光滑的，外表面是毛茸茸的。它的內表面是光滑的，外表面是毛茸茸的。形成條件：形成條件： 一般加工塑性金屬材料，當切削厚度較小、切削速一般加工塑性金屬

16、材料，當切削厚度較小、切削速 度較高、刀具前角較大時，會得到此類切屑。度較高、刀具前角較大時，會得到此類切屑。優(yōu)優(yōu) 點：點：切削過程平穩(wěn)，切削力波動較小，已加工表面粗糙切削過程平穩(wěn)，切削力波動較小，已加工表面粗糙 度較小。度較小。缺缺 點：點：紊亂狀切屑纏繞在刀具或工件上影響加工過程。紊亂狀切屑纏繞在刀具或工件上影響加工過程。八、切屑的類型八、切屑的類型擠裂擠裂(節(jié)狀節(jié)狀)切屑切屑 外形特征：外形特征：刀屑接觸面有裂紋，外表面是鋸齒形。刀屑接觸面有裂紋，外表面是鋸齒形。形成條件：形成條件：這類切屑之所以呈鋸齒形，是由于它的第一變這類切屑之所以呈鋸齒形，是由于它的第一變形區(qū)較寬，在剪切滑移過程中

17、滑移量較大。大多在低速、形區(qū)較寬，在剪切滑移過程中滑移量較大。大多在低速、大進給、切削厚度較大、刀具前角較小時產生大進給、切削厚度較大、刀具前角較小時產生(圖圖3-15b)。單元單元(粒狀粒狀)切屑切屑 在擠裂在擠裂(節(jié)狀節(jié)狀)切屑產生的前提下切屑產生的前提下, 當進一當進一步降低切削速度，增大進給量，減小前角時則出現(xiàn)單元步降低切削速度，增大進給量，減小前角時則出現(xiàn)單元(粒粒狀狀)切屑切屑(圖圖3-15c)。崩碎切屑崩碎切屑 切削脆性金屬切削脆性金屬(鑄鐵鑄鐵)時，常見的呈不規(guī)則細粒時，常見的呈不規(guī)則細粒狀的切屑。產生這種切屑會使切削過程不平穩(wěn)，易損壞刀狀的切屑。產生這種切屑會使切削過程不平穩(wěn)

18、，易損壞刀具，使已加工表面粗糙。工件材料越是脆硬、進給量越大具，使已加工表面粗糙。工件材料越是脆硬、進給量越大則越容易產生這種切屑則越容易產生這種切屑(圖圖3-15d) 。 圖315 切屑類型 a) 帶狀切屑 b) 擠裂切屑 圖315 切屑類型 C）單元切屑 d ) 崩碎切屑已加工表面的形成與第三變形區(qū)的關系密切； 刀具刃口鈍圓半徑及刃口磨損形成的磨損棱面，會使已加工表面產生劇烈的塑性變形(圖圖3-16a)。表層劇烈的塑性變形造成已加工表面加工硬化及表面層的殘余應力。 加工硬化和殘余應力的存在，會影響已加工表面的質量和工件的疲勞強度，并增加了下道工序加工的困難及刀具磨損。鈍圓半徑的大小取決于刀

19、具材料、楔角大小、刃磨質量等因素。九、已加工表面的形成過程九、已加工表面的形成過程圖圖316 已加工表面的形成過程已加工表面的形成過程第二節(jié)第二節(jié) 切削力切削力一、切削力的來源、切削合力及分力、切削功率一、切削力的來源、切削合力及分力、切削功率 切削過程中，刀具施加于工件使工件材料產生變形，并使多余材料變?yōu)榍行妓璧牧?，稱為切削力。1. 切削力的來源切削力的來源切削力來自于金屬切削過程中克服被加工材料的彈、塑性變形抗力和摩擦阻力（圖3-18） 。圖圖3-18 切削力的來源切削力的來源2.2.切削力的分解切削力的分解 通常將合力F分解為相互垂直的三個分力：切削力 Fc 、進給力 Ff 、背向力

20、Fp (圖3-19)。切削力切削力F Fz z( (F Fc c) )（舊稱主切削力，用Fz表示）總切削力在主運動方向的分力，是計算機床切削功率、選配機床電機、校核機床主軸、設計機床部件及計算刀具強度等必不可少的參數(shù)。背向力背向力 Fy（Fp）進給力進給力Fx (Ff)舊稱徑向分力，用Fy表示 總切削力在垂直于工作平面方向的分力，是進行加工精度分析、計算工藝系統(tǒng)剛度以及分析工藝系統(tǒng)振動時，所必須的參數(shù)。舊稱軸向分力，用Fx表示總切削力在進給方向的分力，是設計、校核機床進給機構，計算機床進給功率不可缺少的參數(shù)圖圖3-19 切削力的分解切削力的分解計算切削功率 Pc是用于核算加工成本和計算能量消耗

21、，并在設計機床時根據(jù)它來選擇機床主電動機功率。主運動消耗的切削功率 PcFcc/6010-3 （kW）機床電機功率 PE =Pcm（m0.750. 85）。 3切削功率切削功率切削力的大小計算有理論公式和實驗公式。理論公式通常供定性分析用，一般使用實驗公式計算切削力。常用的實驗公式分為兩類：一類是用指數(shù)公式計算，另一類是按單位切削力進行計算。在金屬切削中廣泛應用指數(shù)公式計算切削力。不同的加工方式和加工條件下，切削力計算的指數(shù)公式可在切削用量手冊中查得。車削時的切削分力及切削功率的指數(shù)公式見表表。若已知單位切削力kc ，即可求得單位切削功率ps。表3-1為硬質合金外圓車刀切削常用金屬時的單位切削

22、力和單位切削功率。實際切削條件與表中不符時 ,必須引入修正系數(shù)加以修正，有關修正系數(shù)可參見相關手冊。在實際應用工作中，切削力的計算可查閱有關手冊。 二、切削力的實驗公式二、切削力的實驗公式三、影響切削力的因素三、影響切削力的因素1. 工件材料工件材料影響較大的因素主要是工件材料的強度、硬度和塑性。材料的強度、硬度越高，則屈服強度越高，切削力越大。在強度、硬度相近的情況下，材料的塑性、韌性越大，則刀具前面上的平均摩擦系數(shù)越大，切削力也就越大。2. 切削用量切削用量進給量f和背吃刀量ap 進給量f和背吃刀量ap增加，使切削力Fc增加，但影響程度不同。進給量f 增大時，切削力有所增加；而背吃刀量ap

23、增大時，切削刃上的切削負荷也隨之增大，即切削變形抗力和刀具前面上的摩擦力均成正比的增加。切削速度在520m/min區(qū)域內增加時，積屑瘤高度逐漸增加，切削力減??；切削速度繼續(xù)在2035m/min范圍內增加，積屑瘤逐漸消失，切削力增加；在切削速度大于35m/min時，由于切削溫度上升，摩擦系數(shù)減小，切削力下降。一般切削速度超過90m/min時，切削力無明顯變化。在切削脆性金屬工件材料時，因塑性變形很小，刀屑界面上的摩擦也很小，所以切削速度c 對切削力Fc無明顯的影響。在實際生產中，如果刀具材料和機床性能許可，采用高速切削，既能提高生產效率，又能減小切削力。 切削速度切削速度c 前角的影響: o 切

24、削變形切削力。（塑性材料）負倒棱的影響：（圖321）負倒棱參數(shù)大大提高了正前角刀具的刃口強度，但同時也增加了負倒棱前角(負前角)參加切削的比例，負前角的絕對值切削變形程度切削力；主偏角的影響：（圖322） Fy=FxycosKr Fx=FxySinKr Kr Fy , Fx 刃傾角的影響：（圖323） s Fy , Fx ,Fz基本不變刀尖圓弧半徑r 切削刃圓弧部分的長度切削變形切削力。此外r增大，整個主切削刃上各點主偏角的平均值減小，從而使Fp增大、Ff 減小。3. 刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)圖321 負倒棱對切削力的影響圖322 主偏角不同時Fxy力的分解 （a）Kr小 （b） Kr大kr1

25、Krkr2FpFf圖323 刃傾角對切削力的影響4. 刀具磨損刀具磨損5. 切削液切削液6. 刀具材料刀具材料 刀具材料與被加工材料間的摩擦系數(shù)，影響到摩擦力的變化，直接影響著切削力的變化。第三節(jié)第三節(jié) 切削熱和切削溫度切削熱和切削溫度一、切削熱的產生與傳導一、切削熱的產生與傳導金屬切削過程的三個變形區(qū)就是產生切削熱的三個熱源(圖3-25)。在這三個變形區(qū)中，刀具克服金屬彈、塑性變形抗力彈、塑性變形抗力所作的功和克服摩摩擦抗力擦抗力所作的功，絕大部分轉化為切削熱。 切削熱向切屑、工件、刀具切屑、工件、刀具以及周圍的介周圍的介質質傳導，使它們的溫度上升，從而導致切削區(qū)內的切削溫度上升。圖圖2-2

26、5 切削熱的產生與傳導切削熱的產生與傳導二、切削溫度對切削加工過程的影二、切削溫度對切削加工過程的影響響1.對刀具材料的影響對刀具材料的影響 高速鋼刀具材料的耐熱性為600左右，超過該溫度刀具失效。硬質合金刀具材料耐熱性好，在高溫8001000時，強度反而更高，韌性更好。因此適當提高切削溫度，可防止硬質合金刀具崩刃，延長刀具壽命。2.對工件尺寸精度的影響對工件尺寸精度的影響 車削工件外圓時，工件受熱膨脹，切削后冷卻至室溫，尺寸變小，特別是在精加工和超精密加工時，切削溫度的變化對工件尺寸精度的影響特別大，因此控制好切削溫度，是保證加工精度的有效措施。三、切削溫度的測定方法三、切削溫度的測定方法

27、1.自然熱電偶法自然熱電偶法 自然熱電偶法是利用工件材料和刀具材料化學成份的不同而構成熱電偶的兩極，并分別連接測量儀表，組成測量電路，刀具切削工件的切削區(qū)域產生高溫形成熱端，刀具與工件為熱電偶冷端，冷、熱端之間熱電勢由儀表（毫伏計）測定。切削溫度越高，測得熱電勢越大，它們之間得對應關系可利用專用裝置經標定得到。2.人工熱電偶法人工熱電偶法 人工熱電偶法是將兩種預先經過標定的金屬絲組成熱電偶，熱電偶的熱端焊接在刀具或工件需要測定溫度的指定點上，冷端通過導線串聯(lián)在電位差計或毫伏表上。根據(jù)儀表上的指示值和熱電偶標定曲線，可測得指定點的溫度。四、影響切削溫度的因素四、影響切削溫度的因素 1.工件材料工

28、件材料 材料的強度、硬度越高，則切削抗力越大，消耗的功越多，產生的熱就越多； 導熱系數(shù)越小，傳散的熱越少，切削區(qū)的切削溫度就越高。 2.切削用量切削用量 切削溫度與切削用量的關系式為： CVc Zf yap x三個影響指數(shù) zyx，說明切削速度對切削溫度的影響最大，背吃刀量對切削溫度的影響最小。（3）刀具幾何參數(shù)）刀具幾何參數(shù)（4）刀具磨損）刀具磨損 （5）切削液）切削液 1)前角o塑性變形和摩擦切削溫度（圖圖）。但前角不能太大，否則刀具切削部分的鍥角過小，容熱、散熱體積減小，切削溫度反而上升。 2)主偏角r切削刃工作接觸長度，切削寬度bD，散熱條件變差，故切削溫度（圖）。 刀具主后面磨損時，

29、后角減小，后面與工件間摩擦加劇。刃口磨損時，切屑形成過程的塑性變形加劇，使切削溫度增大。 利用切削液的潤滑功能降低摩擦系數(shù)，減少切削熱的產生，也可利用它的冷卻功用吸收大量的切削熱，所以采用切削液是降低切削溫度的重要措施。圖圖 前角與切削溫度的關系前角與切削溫度的關系第四節(jié)第四節(jié) 刀具磨損和耐用度刀具磨損和耐用度一、刀具磨損的形態(tài)一、刀具磨損的形態(tài)（1）正常磨損）正常磨損 切削塑性材料時，如果切削速度和切削厚度較大，在刀具前刀面上經常會磨出一個月牙洼（圖例）。 正常磨損是指隨著切削時間增加，磨損逐漸擴正常磨損是指隨著切削時間增加，磨損逐漸擴大的磨損。大的磨損。1）前面磨損）前面磨損圖圖3-27

30、刀具的磨損形態(tài)刀具的磨損形態(tài)2）后面磨損）后面磨損 加工脆性材料或在切削速度較低、切削厚度較?。╤D01mm），由于前刀面上刀屑間的作用相對較弱，主要發(fā)生后刀面磨損（圖例）。3）前面和后面同時磨損）前面和后面同時磨損 一般在以中等切削用量加工塑性金屬材料時會出現(xiàn)這種形式磨損（圖例）。4）邊界磨損）邊界磨損 切削鋼料時，常在主切削刃靠近工件外皮處以及刀尖處的后刀面上，磨出較深的溝紋，這就是邊界磨損（圖例）。加工鑄、鍛等外皮粗糙的工件，也容易發(fā)生邊界磨損。（2）非正常磨損）非正常磨損 刀具的非正常磨損是指在切削過程中，刀具的磨損量尚未達到磨鈍標準值就突然無法正常使用，即刀具發(fā)生破損。1）脆性破損脆

31、性破損2）塑塑性破損性破損 在振動、沖擊切削條件的作用下，刀具尚未發(fā)生明顯磨損（VB0.1mm），但刀具切削部分卻出現(xiàn)了刀刃微崩或刀尖崩碎、刀片或刀具折斷、表層剝落、熱裂紋等現(xiàn)象，使刀具不能繼續(xù)工作，這種破損稱為脆性破損。切削時，刀具由于高溫高壓的作用，使刀具前、后刀面的材料發(fā)生塑性變形，刀具喪失切削能力，這種破損稱為塑性破損。v針對被加工工件材料和零件的特點，合理選擇刀具材料的種類和牌號；v合理選擇刀具幾何參數(shù)；v保證刀具焊接和刃磨質量，避免因焊接、刃磨不善而帶來的各種缺陷。盡量使用機夾可轉位不重磨刀具；v合理選擇切削用量，避免過大的切削力和過高的切削溫度，避免產生積屑瘤；v提高工藝系統(tǒng)的剛

32、性，消除可能產生振動的因素，如加工余量不均勻，表面硬度不均勻，鉸刀、銑刀等回轉類刀具各刀齒的刃尖不在同一圓周上等現(xiàn)象；v采用正確的操作方法，盡量使刀具不承受或少承受突變性的載荷，合理使用切削液，為防止熱裂效應，不要斷續(xù)使用切削液冷卻硬質合金、陶瓷等脆性大的刀具材料。防止刀具破損的措施防止刀具破損的措施二、刀具磨損的原因二、刀具磨損的原因1.硬質點磨損硬質點磨損 2.粘結磨損粘結磨損 3.擴散磨損擴散磨損 切削時，切屑、工件材料中含有一些碳化物、氮化物和氧化物等硬質點以及積屑瘤碎片等，可在刀具表面刻劃出溝紋，這就是磨料磨損。 切削時，切屑、工件與前、后刀面之間存在很大的壓力和強烈的摩擦，形成新鮮

33、表面接觸而發(fā)生冷焊粘結。由于切屑在滑移過程中產生剪切破壞，帶走刀具材料，從而造成粘結磨損。 在切削高溫下，使工件與刀具材料中的合金元素在固態(tài)下相互擴散置換造成的刀具磨損，稱為擴散磨損（5）相變磨損）相變磨損 （4）化學磨損）化學磨損 在一定溫度下，刀具材料與某些周圍介質起化學作用，在刀具表面形成一層硬度較低的化合物，被切屑或工件擦掉而形成磨損，稱為化學磨損。 當切削溫度達到或超過刀具材料的相變溫度時，刀具材料中的金相組織將發(fā)生變化，硬度顯著下降，引起的刀具磨損稱為相變磨損。 圖圖3-29 切削速度對刀具磨損強度的影響切削速度對刀具磨損強度的影響1-硬質點磨損；硬質點磨損； 2-粘結磨損；粘結磨

34、損；3-擴散磨損；擴散磨損；4-化學磨損化學磨損三、刀具磨損過程及磨鈍標準三、刀具磨損過程及磨鈍標準1.刀具磨損過程刀具磨損過程初期磨損階段（初期磨損階段（）正常磨損階段（正常磨損階段（）劇烈磨損階段（劇烈磨損階段（）2.刀具的磨鈍標準刀具的磨鈍標準 刀具磨損到一定限刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用，這度就不能繼續(xù)使用，這個磨損限度稱為磨鈍標個磨損限度稱為磨鈍標準。磨鈍標準的具體數(shù)準。磨鈍標準的具體數(shù)值可從切削用量手冊中值可從切削用量手冊中查得。查得。圖3-30圖圖3-30 刀具的磨損過程刀具的磨損過程 國際標準國際標準ISO推薦硬質合金外圓車刀的磨鈍標準，可以推薦硬質合金外圓車刀的磨鈍標準，

35、可以是以下任何一種：是以下任何一種：（1） VB=0.3mm；（2）如果主后刀面為無規(guī)則磨損，?。┤绻骱蟮睹鏋闊o規(guī)則磨損，取VB max=0.6mm；（3）前面磨損量）前面磨損量KT=0.06+0.3f（f為進給量）為進給量） 在金屬切削的科學研究中多數(shù)按后刀面磨損寬度在金屬切削的科學研究中多數(shù)按后刀面磨損寬度VB來制來制定磨鈍標準。規(guī)定磨鈍標準的兩點考慮：定磨鈍標準。規(guī)定磨鈍標準的兩點考慮： 充分利用正常磨損階段的磨損量，適用于粗加工和半充分利用正常磨損階段的磨損量，適用于粗加工和半精加工。精加工。 根據(jù)加工精度和表面質量要求規(guī)定磨鈍標準。根據(jù)加工精度和表面質量要求規(guī)定磨鈍標準。四、刀具耐

36、用度及其經驗公式四、刀具耐用度及其經驗公式1. 刀具耐用度的定義刀具耐用度的定義刀具耐用度（現(xiàn)稱刀具壽命）是指一把刃磨好的新刀從投入使用直至達到磨鈍標準所經歷的實際切削時間。刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件材料的切削加工性及刀具幾何參數(shù)是否合理的重要參數(shù)。2.切削用量對刀具耐用度的影響切削用量對刀具耐用度的影響（1）切削速度與刀具壽命的關系）切削速度與刀具壽命的關系各種切削速度下的刀具磨損曲線（圖各種切削速度下的刀具磨損曲線（圖331）刀具刀具Tv關系曲線（圖關系曲線（圖332），該直線方程為：），該直線方程為：Lgv=-mlgT+lgA式中，式中， m=tg，即該直線的斜率；，即該直線

37、的斜率；A 當當T1s（或（或1min）時直線在縱坐標上的截距。）時直線在縱坐標上的截距。V = A / T m圖圖331 各種切削速度下的刀具磨損曲線各種切削速度下的刀具磨損曲線圖圖332 在雙對數(shù)坐標上的在雙對數(shù)坐標上的Tv曲線曲線2）進給量、被吃刀量與刀具壽命的關系）進給量、被吃刀量與刀具壽命的關系f= B / Tnap= C/Tp綜合以上三式，可以得到切削用量三要素與壽命的關系：綜合以上三式，可以得到切削用量三要素與壽命的關系：T= CT/vcx f yapx 用用YT15硬質合金車刀切削硬質合金車刀切削b0.63GPa的碳鋼時，的碳鋼時，切削用量與刀具壽命的關系式為：切削用量與刀具壽

38、命的關系式為：T= CT/vc5 f2.25ap0.75 T -V關系式反映了切削速度與刀具耐用度之間的關系，關系式反映了切削速度與刀具耐用度之間的關系，是選擇切削速度的重要依據(jù)。指數(shù)是選擇切削速度的重要依據(jù)。指數(shù)m表示切削速度對刀具表示切削速度對刀具耐用度的影響程度。高速鋼：耐用度的影響程度。高速鋼：m=0.10.125； 硬質合金：硬質合金：m=0.20.3;陶瓷刀具：陶瓷刀具：m=0.4。五、刀具壽命的選擇原則五、刀具壽命的選擇原則確定合理刀具壽命的兩種方法：確定合理刀具壽命的兩種方法：最大生產率壽命最低成本壽命 一般情況下，應采用最低成本壽命，當任務緊迫或一般情況下，應采用最低成本壽命

39、，當任務緊迫或生產中出現(xiàn)不平衡環(huán)節(jié)時，可采用最大生產率壽命。生產中出現(xiàn)不平衡環(huán)節(jié)時，可采用最大生產率壽命。圖333圖圖333 刀具壽命對生產率和加工成本的影響刀具壽命對生產率和加工成本的影響復雜的、高精度的、多刃的刀具耐用度應選得比簡單的、復雜的、高精度的、多刃的刀具耐用度應選得比簡單的、低精度的、單刃的刀具高。低精度的、單刃的刀具高。對于機夾可轉位刀具，由于換刀時間短，為使切削刃始終對于機夾可轉位刀具，由于換刀時間短，為使切削刃始終處于鋒利狀態(tài)，刀具耐用度可選得低些。處于鋒利狀態(tài)，刀具耐用度可選得低些。對于換刀、調刀比較復雜的數(shù)控刀具、自動線刀具以及多對于換刀、調刀比較復雜的數(shù)控刀具、自動線

40、刀具以及多刀加工時，刀具耐用度應選得高些，以減少換刀次數(shù)，保證刀加工時，刀具耐用度應選得高些，以減少換刀次數(shù)，保證整機和整線的可靠工作。整機和整線的可靠工作。精加工刀具切削負荷小，刀具耐用度應比粗加工刀具選得精加工刀具切削負荷小，刀具耐用度應比粗加工刀具選得高些。高些。大件加工時，為避免一次進給中中途換刀，刀具耐用度應大件加工時，為避免一次進給中中途換刀，刀具耐用度應選得高些。選得高些。刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù) 合理選擇刀具幾何參數(shù)能提高刀具壽命。合理選擇刀具幾何參數(shù)能提高刀具壽命。刀刀 具具 材材 料料 刀具材料是影響刀具壽命的重要因素，刀具材料是影響刀具壽命的重要因素，合理選用刀具材料，采

41、用涂層刀具材料和使用新型刀具材合理選用刀具材料，采用涂層刀具材料和使用新型刀具材料，改善和提高刀具的切削性能，是提高刀具壽命和提高料，改善和提高刀具的切削性能，是提高刀具壽命和提高切削速度的重要途徑之一。切削速度的重要途徑之一。工工 件件 材材 料料 工件材料的物理力學性能也是影響刀具工件材料的物理力學性能也是影響刀具壽命的重要因素，工件材料的強度、硬度和韌性越高，延壽命的重要因素，工件材料的強度、硬度和韌性越高，延伸率越小，切削時均能使切削溫度升高，刀具壽命降低。伸率越小，切削時均能使切削溫度升高，刀具壽命降低。切切 削削 用用 量量六、影響刀具壽命的因素六、影響刀具壽命的因素第五節(jié)第五節(jié)

42、工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性 工件材料工件材料的可切削加工的可切削加工性是指對某種性是指對某種材料進行切削材料進行切削加工的難易程加工的難易程度。度。一、工件材料切削加工性的評定指標一、工件材料切削加工性的評定指標1）以一定耐用度下的切削速度）以一定耐用度下的切削速度vT衡量加工性；衡量加工性；2）以切削力或切削溫度衡量加工性；）以切削力或切削溫度衡量加工性；3）以加工表面質量衡量加工性；）以加工表面質量衡量加工性；4）以切屑控制或斷屑的難易）以切屑控制或斷屑的難易一般用相對加工性一般用相對加工性Kv來衡量工件材料的可切削加工性。來衡量工件材料的可切削加工性。通常以通常以b=0.6

43、37GPa的的45鋼的鋼的60（刀具壽命為（刀具壽命為60min時所時所允許的切削速度，用允許的切削速度，用60表示）為基準，寫作表示）為基準，寫作(60)j。將其。將其它工件材料的它工件材料的60與之相比，其比值即為與之相比，其比值即為相對加工性相對加工性Kv，即即 Kv=60/(60)j 當當 Kv 1時，該材料比時，該材料比45鋼容易切削，例如有色金屬鋼容易切削，例如有色金屬Kv 3；當當 Kv 1時，該材料比時，該材料比45鋼難切削，例如高錳鋼、鈦合鋼難切削，例如高錳鋼、鈦合金金 Kv 0.5，均屬難加工材料。，均屬難加工材料。材料切削加工性等級，表材料切削加工性等級，表32二、改善工

44、件材料切削加工性的途徑二、改善工件材料切削加工性的途徑 要改善工件材料的切削加工性，可通過熱處理方法，改變材料的金相組織和物理力學性能，也可通過調整材料的化學成分等途徑。生產實際中，熱處理是常用的處理方法。第六節(jié)第六節(jié) 切削液切削液一、切削液的作用機理一、切削液的作用機理 切削液的冷卻作用主要靠熱傳導帶走大量的切削熱，從而降低切削溫度，提高刀具壽命；減少工件、刀具的熱變形，提高加工精度；降低斷續(xù)切削時的熱應力，防止刀具熱裂破損等。1.切削液的冷卻作用切削液的冷卻作用2.切削液的潤滑作用切削液的潤滑作用 使用切削液后，切屑、工件與刀面之間形成完全的潤滑油膜，成為流體潤滑摩擦，此時摩擦系數(shù)很??；實

45、際情況是屬于邊界潤滑摩擦，其摩擦系數(shù)大于流體潤滑，但小于干摩擦。圖334圖334 金屬間邊界潤滑摩擦 Ff摩擦力二、切削液的添加劑二、切削液的添加劑 用以改善在較低溫度下切削液的潤滑性能。（3）切削液的清洗作用）切削液的清洗作用 1.油性添加劑油性添加劑 2.極壓添加劑極壓添加劑 比油性添加劑比油性添加劑能耐較高的溫度。能耐較高的溫度。 為改善切削液為改善切削液性能所加入的化學性能所加入的化學物質，稱為添加劑。物質，稱為添加劑。二）切削液的分類二）切削液的分類水溶液乳化液水溶性切削液有良好的冷卻作用和清洗作用。（2）水溶性切削液）水溶性切削液 切削油 固體潤滑劑非溶性切削液主要起潤滑作用。（1

46、）非水溶性切削液）非水溶性切削液 3.表面活性劑表面活性劑 由于表面活性劑分子的極性基團和非極性基團可分別溶于水和油，從而把水和油連接起來，即起到乳化作用；此外還能吸附在金屬表面上形成潤滑膜起潤滑作用。三）切削液的選用三）切削液的選用按工件材料選用按工件材料選用 加工鋼等塑性材料時，需要切削液；加工鑄鐵等脆性材料時，不用切削液。按刀具材料選用按刀具材料選用 高速鋼刀具耐熱性差，粗加工時應選用以冷卻作用為主的切削液，以降低切削溫度；在精加工時應使用潤滑性能好的極壓切削油或高濃度的極壓乳化液，以提高加工表面質量。硬質合金刀具由于耐熱性好，一般不用切削液；按加工方法選用按加工方法選用 對半封閉、封閉

47、加工，選用極壓乳化液或極壓切削油，以對切削區(qū)進行冷卻、潤滑和對切屑沖洗。磨削加工時，由于磨削區(qū)溫度很高，磨屑會破壞已磨削表面質量,要求切削液具有良好的冷卻、清洗、排屑和防銹性能，一般選用乳化液。第七節(jié)第七節(jié) 切削用量的選擇切削用量的選擇一、選擇切削用量的原則一、選擇切削用量的原則 合理切削用量是指使刀具合理切削用量是指使刀具的切削性能和機床的動力性能的切削性能和機床的動力性能得到充分發(fā)揮，并在保證加工得到充分發(fā)揮，并在保證加工質量的前提下，獲得高生產率質量的前提下，獲得高生產率和低加工成本的切削用量。和低加工成本的切削用量。P1 / tmfvaLdfanLtpwwpwwm310式中，式中，dw

48、 車削前的毛坯直徑（車削前的毛坯直徑（mm）；）； Lw 工件切削部分長度（工件切削部分長度（mm）；）； 加工余量（加工余量（mm）；）； nw 工件轉速（工件轉速（r/min）。）。P=AP=A0 0vfavfap p 1、切削用量同加工生產率的關系、切削用量同加工生產率的關系（公式）（公式） 利用上式，選用一定的切削條件進行計算，可以得到利用上式，選用一定的切削條件進行計算，可以得到如下的結果：如下的結果： （1） f 保持不變，保持不變，ap增至增至3ap，如仍保持刀具合理的耐，如仍保持刀具合理的耐用度，則用度，則vc必須降低必須降低15，此時生產率，此時生產率P3ap2.6P，即生，

49、即生產率提高至產率提高至2倍。倍。（2）ap保持不變，保持不變，f 增至增至3f，如仍保持刀具合理的耐用度，如仍保持刀具合理的耐用度，則則vc必須降低必須降低32，此時生產率，此時生產率P3ap2P，即生產率提高，即生產率提高至至2倍。倍。（3）切削速度高過一定的臨界值時，生產率反而會降低。）切削速度高過一定的臨界值時，生產率反而會降低。由此可見，增大由此可見，增大ap比增大比增大f更有利于提高生產率。更有利于提高生產率。2、選擇切削用量的原則、選擇切削用量的原則 首先選取盡可能大的被吃刀量；其次根據(jù)首先選取盡可能大的被吃刀量；其次根據(jù)機床動力和剛性限制條件或加工表面粗糙度的機床動力和剛性限制

50、條件或加工表面粗糙度的要求，選取盡可能大的進給量；最后利用切削要求，選取盡可能大的進給量；最后利用切削用量手冊選取或者用公式計算確定切削速度。用量手冊選取或者用公式計算確定切削速度。粗加工時，一次走刀盡可能切除全部余量。粗加工時，一次走刀盡可能切除全部余量。半精加工時，被吃刀量取為半精加工時，被吃刀量取為0.52mm。精加工時，被吃刀量取為精加工時，被吃刀量取為0.10.4mm1、被吃刀量的選定、被吃刀量的選定二、被吃刀量、進給量和切削速度的選定二、被吃刀量、進給量和切削速度的選定2、進給量的選定、進給量的選定生產實際中多采用查表法確定進給量。生產實際中多采用查表法確定進給量。粗加工時，進給量

51、由機床進給機構強度、刀具強度與粗加工時，進給量由機床進給機構強度、刀具強度與剛性、工件的裝夾剛度決定。剛性、工件的裝夾剛度決定。精加工時，進給量由加工精度和表面粗糙度決定。精加工時，進給量由加工精度和表面粗糙度決定。3、切削速度的選定、切削速度的選定 在在ap、f 值選定后，根據(jù)合理的刀具耐用度或查表值選定后，根據(jù)合理的刀具耐用度或查表來選定車削速度。（公式）來選定車削速度。（公式）在生產中選擇切削速度的一般原則是：在生產中選擇切削速度的一般原則是： （1）粗車時，）粗車時， ap、f 較大，故選擇較低的較大，故選擇較低的v；精車；精車 時，時， ap 、f 均較小，故選擇較高的均較小，故選擇

52、較高的v。 （2）工件材料強度、硬度高時，應選較低的）工件材料強度、硬度高時，應選較低的v。 （3）切削合金鋼比切削中碳鋼切削速度應降低）切削合金鋼比切削中碳鋼切削速度應降低20 30；切削調質狀態(tài)的鋼比正火、退火狀態(tài)鋼要；切削調質狀態(tài)的鋼比正火、退火狀態(tài)鋼要 降低降低20 30；切削有色金屬比切削中碳鋼的；切削有色金屬比切削中碳鋼的 切削速度可提高切削速度可提高100 300；（4）刀具材料的切削性能愈好，切削速度也選得愈高。）刀具材料的切削性能愈好，切削速度也選得愈高。（5）精加工時，應盡量避開積屑瘤和鱗刺產生的區(qū)域。）精加工時，應盡量避開積屑瘤和鱗刺產生的區(qū)域。（6）斷續(xù)切削及加工大件、

53、細長件和薄壁工件時，應）斷續(xù)切削及加工大件、細長件和薄壁工件時，應 適當降低切削速度。適當降低切削速度。（7）在易發(fā)生振動的情況下，切削速度應避開自激振）在易發(fā)生振動的情況下，切削速度應避開自激振 動的臨界速度。動的臨界速度。采用切削性能更好的新型刀具材料；采用切削性能更好的新型刀具材料；改善工件材料的切削加工性；改善工件材料的切削加工性；改進刀具結構和選配合理刀具幾何參數(shù)改進刀具結構和選配合理刀具幾何參數(shù)提高刀具的制造和刃磨質量；提高刀具的制造和刃磨質量；采用新型的、性能好的切削液和高效的冷卻方法。采用新型的、性能好的切削液和高效的冷卻方法。三、提高切削用量的途徑三、提高切削用量的途徑第八節(jié)

54、第八節(jié) 磨削過程及磨削機理磨削過程及磨削機理 磨削加工是用高速回轉的砂輪或其它磨具以給定的背磨削加工是用高速回轉的砂輪或其它磨具以給定的背吃刀量（或稱切削深度），對工件進行加工的方法。根據(jù)吃刀量（或稱切削深度），對工件進行加工的方法。根據(jù)工件被加工表面的形狀和砂輪與工件之間的相對運動，磨工件被加工表面的形狀和砂輪與工件之間的相對運動，磨削分為削分為外圓磨削、內圓磨削、平面磨削外圓磨削、內圓磨削、平面磨削和和無心磨削無心磨削等幾種等幾種主要加工類型。此外，還有對主要加工類型。此外，還有對凸輪、螺紋、齒輪凸輪、螺紋、齒輪等零件進等零件進行磨削加工的專用磨床。行磨削加工的專用磨床。 二、磨屑形成過程

55、二、磨屑形成過程磨屑形成過程可分為以下三個階段：磨屑形成過程可分為以下三個階段：（1）劃擦階段）劃擦階段（2）刻劃階段）刻劃階段（3）切削階段）切削階段一、磨料的形狀特征一、磨料的形狀特征圖圖341圖圖341 磨粒切削過程的三個階段磨粒切削過程的三個階段三、磨削運動與磨削用量三、磨削運動與磨削用量在磨削過程中，磨削速度、工件圓周進給速度、軸向進給量、徑向進給量等，統(tǒng)稱為磨削用量。合理選擇磨削用量對保證磨削加工質量和提高生產率有很大影響。磨削速度磨削速度v vs s砂輪的高速旋轉運動是主運動，磨削速度是指砂輪外圓的線速度。工件圓周進給速度工件圓周進給速度v vw w指工件外圓的線速度。軸向進給量軸向進給量 f fa a徑向進給量徑向進給量 f fp p指工件轉一周沿軸線方向相對于砂輪移動的距離。單位為mm/r；指砂輪相對于工件在工作臺每雙（單）行程內徑向移動的距離，單位為mm/雙行程或mm/單行程。四、磨削力四、磨削力1. 來源來源一是磨削過程中工件材料發(fā)生彈性和塑性變形時所產生的阻力；二是磨粒與工件表面之間的摩擦力。2. 分解分解 把磨削力分解為相互垂直的三個