第2章金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律及其應(yīng)用

1、第二章第二章 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律及其應(yīng)用金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律及其應(yīng)用 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。 金屬在切削過(guò)程中，由于受到刀具的推擠，通常會(huì)產(chǎn)生受形。這種變形直接影響切削力、切削熱、刀具磨損、已加工表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率等。 主要內(nèi)容： 1、切削變形、切削力、切削熱與切削溫度、刀具磨損和刀具耐用度四大規(guī)律。 2、應(yīng)用。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律一、切削變形下圖給出了壓縮變形破壞與切削變形二者的比較。 由于存在摩擦力，剪切滑移變形會(huì)更加復(fù)雜一些。 金屬切削過(guò)程是切削層金屬受到刀具前刀面

2、的推擠后而產(chǎn)生的以剪切滑移為主的塑性變形過(guò)程。切削層受擠壓后，先后產(chǎn)生彈性變形、塑性變形，彈性變形、塑性變形，并使金屬晶格產(chǎn)生滑金屬晶格產(chǎn)生滑移移，而后斷裂。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削刃作用部位的金屬層劃分為三個(gè)變形區(qū)（如圖）：第I變形區(qū) 靠近切削刃處切削層內(nèi)產(chǎn)生的塑性變形區(qū)。第II變形區(qū) 與前刀面接觸的切屑層內(nèi)產(chǎn)生的變形區(qū)。第III變形區(qū) 靠近切削刃處已加工表面內(nèi)產(chǎn)生的變形區(qū)。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律1. 切屑的形成及變形特點(diǎn) (1)(1)第一變形區(qū)金屬的剪切滑移變形第一變形區(qū)金屬的剪切滑移變形 上圖中AC、AB、AE均為

3、剪切等應(yīng)力線，AC線上的應(yīng)力s，AE線的應(yīng)力達(dá)最大值max。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律 稱(chēng)AE線（面）為終止滑移線（面） 。開(kāi)始滑移的AC線（面）稱(chēng)始滑移線（面） 。AC與AE線所組成的區(qū)域即為第一變形區(qū)，該區(qū)產(chǎn)生的是沿滑移線（面）的剪切滑移變形。 在一般切削速度范圍內(nèi)，第I變形區(qū)的寬度僅為0.02mm0.2mm，切削速度越高、其寬度越小，故可近似看成一個(gè)平面，稱(chēng)剪切面。 剪切面與切削速度vc間的夾角稱(chēng)剪切角，以表示。 作用力Fr與Vc之間的夾角稱(chēng)為作用角作用角。 結(jié)論：結(jié)論： 第I變形區(qū)是形成切屑的變形區(qū)，其變形特點(diǎn)是切削層產(chǎn)生剪切滑移變形。第一節(jié)第一節(jié) 金屬

4、切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律(2)(2)第二變形區(qū)內(nèi)金屬的擠壓摩擦變形第二變形區(qū)內(nèi)金屬的擠壓摩擦變形 切削層金屬經(jīng)過(guò)剪切滑移后，切屑底層（與刀具前刀面接觸的層）在沿前刀面流動(dòng)過(guò)程中，受到前刀面的進(jìn)一步擠壓與摩擦，產(chǎn)生了第二次變形第二次變形。 從圖可以看出，原來(lái)的平行四邊形單元的底面被前刀面的擠壓給拉長(zhǎng)了，使得平行四邊形變成了梯形。許多這樣的梯形疊加起來(lái)后，切屑就背向底層卷曲了。由于強(qiáng)烈地?cái)D壓摩擦，使得切屑底層非常光滑，而上層呈鋸齒狀的毛茸。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律 第二變形區(qū)的特點(diǎn)特點(diǎn)是變形集中在切屑底層極薄一層金屬中，且該層金屬的晶粒纖維化方向

5、與前刀面是平行的。 第一變形區(qū)和第二變形區(qū)是相互關(guān)聯(lián)的，前刀面的擠壓會(huì)使切削層金屬產(chǎn)生剪切滑移變形，擠壓越強(qiáng)烈，變形越大，在流經(jīng)前刀面時(shí)擠壓摩擦也越大。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律 (3)(3)第三變形區(qū)內(nèi)金屬的擠壓摩擦變形第三變形區(qū)內(nèi)金屬的擠壓摩擦變形 已加工表面受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓摩擦，產(chǎn)生變形與回彈，形成纖維化與加工硬化。它直接影響著已加工表面的質(zhì)量。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律2. 切屑的種類(lèi) 由于工件材料不同，切削條件不同，所形成的切屑多種多樣。通常將切屑分為四類(lèi)： 第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)

6、程的基本規(guī)律(1)(1)帶狀切屑（圖帶狀切屑（圖a a） 使用較大前角的刀具并選用較高切速，較小的進(jìn)給量和切深，切削硬度較低的塑性材料時(shí)，切削層金屬經(jīng)過(guò)終滑移面，雖然產(chǎn)生了最大的塑性變形，但尚未達(dá)到破裂程度即被切離母體，從而形成連綿不斷的帶狀切屑。 帶狀切屑的頂面呈毛茸狀，底面光滑。形成帶狀切屑的切削過(guò)程比較平穩(wěn)，切削力波動(dòng)也較小，加工的表面較光潔。但它會(huì)纏繞在刀具或工件上，損壞刀刃，刮傷工件，且清除和運(yùn)輸也不方便，影響正常切削加工。所以需要在刀具前刀面上磨出各種不同形狀和尺寸的卷屑槽或斷屑槽，以促使切屑成卷或折斷。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律(2)(2)擠裂切屑

7、（節(jié)狀切屑）（圖擠裂切屑（節(jié)狀切屑）（圖b b） 一般用較低的切速粗加工中等硬度的塑性材料時(shí)，容易得到這類(lèi)切屑。當(dāng)切削層金屬到達(dá)終止滑移面時(shí)，材料局部已達(dá)到破裂程度，使切屑上與前刀面接觸的一面較光潔，有時(shí)有裂紋，其背面局部開(kāi)裂成節(jié)狀。這是最典型的切削過(guò)程，經(jīng)過(guò)彈性變形、塑性變形、擠裂、切離等階段。由于變形較大，切削力也較大，且有波動(dòng)，工件表面較粗糙。 (3)(3)單元切屑（圖單元切屑（圖c c） 切削鉛或用很低的速度切削鋼時(shí)，可得到這類(lèi)切屑。當(dāng)剪切面上的剪切應(yīng)力超過(guò)材料的剪切強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生剪切破壞，使切屑沿厚度方向斷裂成均勻的顆粒狀。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律

8、(4)(4)崩碎切屑（圖崩碎切屑（圖d d） 在切削鑄鐵和黃銅等脆性材料時(shí)，切削層金屬發(fā)生彈性變形以后，一般不經(jīng)過(guò)塑性變形就突然崩碎形成不規(guī)則的碎塊狀屑片，即形成崩碎切屑。 工件材料越是脆硬，越容易產(chǎn)生這類(lèi)切屑。產(chǎn)生崩碎切屑時(shí)，切削熱和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近，刀尖容易磨損，并容易產(chǎn)生振動(dòng)，影響表面粗糙度。它的脆斷主要是由于材料所受應(yīng)力超過(guò)了它的抗拉極限。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律 3. 切削變形的表示方法 （1 1）相對(duì)滑移）相對(duì)滑移 由

9、材料力學(xué)知，剪切變形可用相對(duì)滑移來(lái)表示。假定四邊形OHNM剪切變形后變成OGPM，其相對(duì)滑移可寫(xiě)成： 則對(duì)于切削層來(lái)說(shuō)，其相對(duì)滑移為： s ycottan()oBCCBys yB用來(lái)衡量第一變形區(qū)滑移變形的程度。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律chchDchhlhll ； （2 2）變形系數(shù)）變形系數(shù)hh 實(shí)際切削過(guò)程中，切削層金屬受到擠壓變形后，切屑厚度比切削層厚度變厚。長(zhǎng)度比切削層長(zhǎng)度縮短（如圖），故可用厚度變形系數(shù)h或長(zhǎng)度變形系數(shù)l表示其變形程度：根據(jù)體積不變?cè)瓌t，顯然：h = l 從上圖中的幾何關(guān)系不難推出變形系數(shù)與剪切角存在如下關(guān)系：0cos()cotcos

10、sinsinchhooDhABhAB結(jié)論：剪切角與前角是影響切削變形的兩個(gè)主要因素。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律4. 前刀面的擠壓摩擦與積屑瘤 （1 1）作用力分析）作用力分析 第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律Fr可分解為二組分力：在運(yùn)動(dòng)方向的水平分力Fz、垂直分力Fy；在剪切面上的剪切力Fs、法向力Fns。 剪切力Fs可按下式計(jì)算：coscossinsryFFFoz （-）=F剪切面上產(chǎn)生的剪切應(yīng)力為：sinsinsinZySsSDDDF cosFFFAAhb結(jié)論：減小FZ、增大AD、減小，均可減小。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律

11、金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律摩擦系數(shù)可用下式求得：tanfnFF摩擦角也可用測(cè)得的分力FZ、FY求出：tan()YoZFF tan即等于前刀面的平均摩擦系數(shù)，這就是通常測(cè)定前刀面摩擦系數(shù)的方法。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律（2 2）剪切角）剪切角的確定的確定 剪切角是剪切滑移面與切削速度間的夾角，它表示出了剪切滑移面的位置。當(dāng)前角一定時(shí)，切削變形系數(shù)h將隨的增大而減小，說(shuō)明此時(shí)剪切滑移面上變形消耗能量少。 麥錢(qián)特（M.E. Merchant）根據(jù)切削合力最小的原則，對(duì)下式進(jìn)行微分求極值，dF/d=0，000cos()cos()cos()cos()sincos()sDoZ

12、roFAFF 22o0=45得到：第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律 另外，李和謝夫（Lee and Shaffer）根據(jù)主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力成45的理論得出：00=45規(guī)律： 當(dāng)前角o增大時(shí)，值隨之增大，變形系數(shù)h減小。 當(dāng)摩擦角增大時(shí)，值隨之減小，變形系數(shù)h增大。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律（3 3）切屑與前刀面的摩擦）切屑與前刀面的摩擦 切屑與前刀面接觸部分分為兩個(gè)摩擦區(qū)域，即粘結(jié)區(qū)（內(nèi)摩擦區(qū)）和滑動(dòng)區(qū)（外摩擦區(qū)）。 粘結(jié)區(qū)：粘結(jié)區(qū)：近切削刃長(zhǎng)度為lf1的區(qū)域內(nèi)，由于切削過(guò)程中，切屑底層是剛生成的新表面，前刀面在切削的高溫、高壓下也已是

13、無(wú)保護(hù)膜的新表面，二者的接觸區(qū)極有可能粘結(jié)在一起，形成粘結(jié)區(qū)。在這種情況下，發(fā)生的是切屑和刀具粘結(jié)層與上層金屬之間的內(nèi)摩擦，這內(nèi)摩擦實(shí)際就是金屬內(nèi)部的滑移剪切，它與粘結(jié)面積的大小有關(guān)。 粘結(jié)區(qū) 滑動(dòng)區(qū)Vch第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律滑動(dòng)區(qū)：滑動(dòng)區(qū)：切屑即將脫離前刀面前的長(zhǎng)度為lf0的區(qū)域內(nèi)，其摩擦形式與一般金屬摩擦副間的滑動(dòng)摩擦基本相同。 切屑與前刀面的摩擦由內(nèi)摩擦與外摩擦構(gòu)成，通常以?xún)?nèi)摩擦為主，內(nèi)摩擦力約占總摩擦力的85%85%。內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律規(guī)律： 剪應(yīng)力剪應(yīng)力的分布的分布 剪切應(yīng)力在 粘結(jié)區(qū)lf1內(nèi)為恒定值，它等于材料軟化后的剪切屈服極限s；在滑動(dòng)區(qū)lf0

14、內(nèi)剪切應(yīng)力呈曲線下降至零。 正應(yīng)力正應(yīng)力的分布的分布 正應(yīng)力在整個(gè)接觸區(qū)從刃口處最大呈曲線下降至零。 粘結(jié)區(qū) 滑動(dòng)區(qū)Vch第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律 根據(jù)摩擦系數(shù)概念可寫(xiě)出平均內(nèi)摩擦系數(shù)公式如下：1111tanfrssnrAVAVFAFA 式中：Ff1、Fn1 粘結(jié)區(qū)內(nèi)的摩擦力、正壓力。 Ar1 粘結(jié)面積。 AV 粘結(jié)區(qū)內(nèi)的平均正應(yīng)力。由于av隨材料硬度、切削厚度、刀具前角等而變化，故是一個(gè)變數(shù)。 規(guī)律：lf，s變形第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律積屑瘤（4 4）積屑瘤）積屑瘤 形成：形成：當(dāng)前刀面上的摩擦系數(shù)較大、切削速度不很高、切削

15、鑄鐵、鋼等塑性材料時(shí)，常常會(huì)有一些從切屑和工件上下來(lái)的金屬屑粘結(jié)、聚積在刀具刃口及前刀面上，形成硬度很高的楔形硬塊，以代替刀具進(jìn)行切削，這個(gè)硬塊則稱(chēng)為積屑瘤（如右圖）。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律積屑瘤 積屑瘤包圍著刃口，并將前刀面與切屑隔開(kāi)，由于它伸出刀口之外，使得實(shí)際切削深度增加，且增加了實(shí)際工作前角，使變形減小。 但積屑瘤是不穩(wěn)定的，當(dāng)它增大到一定程度時(shí)，會(huì)脫落嵌入到工件的已加工表面內(nèi)，或在已加工表面上形成劃痕。不僅影響加工精度和加工表面質(zhì)量，同時(shí)也會(huì)影響到刀具的耐用度。在加工過(guò)程中應(yīng)盡量避免積屑瘤的產(chǎn)生。 產(chǎn)生、成長(zhǎng)、脫落，周期變化。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切

16、削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律影響積屑瘤形成的主要因素影響積屑瘤形成的主要因素 影響切屑瘤高度的主要因素是切削速度，實(shí)質(zhì)是切削溫度切削速度，實(shí)質(zhì)是切削溫度。在低速（vc3m/min）切削時(shí)，切削溫度低，空氣或切削液來(lái)得及滲透到前刀面接觸區(qū)，很難形成切屑底層與前刀面的完全粘結(jié)，這時(shí)一般不生成積屑瘤。如果生成，也只是很小的積屑瘤。 隨著切削速度的提高，積屑瘤的高度也隨之增加，一直到切削區(qū)溫度達(dá)到300一380時(shí)，積屑瘤高度達(dá)到最大值。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律 當(dāng)切削速度進(jìn)一步提高時(shí)，積屑瘤高度逐漸減小，一直到切削區(qū)溫度越過(guò)500時(shí)，積屑瘤因高溫而軟化，切

17、屑底層金屬呈微熔狀態(tài)，不易形成積屑瘤。 此外，積屑瘤的形成還與接觸面間壓力，粗糙程度、粘結(jié)強(qiáng)度等因素有關(guān)。抑制或避免積屑瘤產(chǎn)生的措施：抑制或避免積屑瘤產(chǎn)生的措施：a、合理控制切削條件，調(diào)節(jié)切削參數(shù)，盡量不形成中溫區(qū)域。b、在切削硬度和強(qiáng)度高的材料時(shí)，由于剪切屈服強(qiáng)度高，通常選中等以上切削速度加工。c、切削塑性高的材料，需選用高的切削速度。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律 影響切屑變形的因素歸納起來(lái)有三個(gè)方面：工件材料、刀具幾何參數(shù)影響切屑變形的因素歸納起來(lái)有三個(gè)方面：工件材料、刀具幾何參數(shù)及切削用量。及切削用量。 （1 1）刀具前角）刀具前角o o 前角o越大， ，剪

18、切角就越大，變形系數(shù)h越小。但前角過(guò)大時(shí)，刀具切削刃的強(qiáng)度降低。 5. 影響切屑變形的因素第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律（2 2）切削速度）切削速度v vc c 在無(wú)積屑瘤的切削速度范圍內(nèi)，切削速度v vc c越高，變形系數(shù)Ah越小。 其原因有兩點(diǎn)：一是因?yàn)榍行妓苄宰冃嗡俣鹊陀谇邢魉俣葧r(shí)，切屑塑性變形區(qū)域變窄，使得剪切角增大，變形系數(shù)Ah變小。二是隨著切削速度v vc c的提高，切削溫度升高，切屑底層金屬的s下降，摩擦系數(shù)減小，摩擦角減小，剪切角增大，變形系數(shù)Ah減小。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金

19、屬切削過(guò)程的基本規(guī)律在能形成積屑瘤的切削速度范圍內(nèi)， v vc c是通過(guò)積屑瘤形成的積屑瘤前角（即實(shí)際工作前角）來(lái)影響變形系數(shù)的。在積屑瘤生長(zhǎng)區(qū)，隨著v vc c升高積屑瘤逐漸長(zhǎng)大，使得前角增大，變形系數(shù)減??；在積屑瘤消退區(qū)，v vc c再升高，積屑瘤逐漸脫落，前角逐漸減小，直至積屑瘤完全消失，變形系數(shù)也隨之逐步加大，形成如下圖所示的駝峰曲線。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律（3 3）進(jìn)給量）進(jìn)給量f f 進(jìn)給量f越大，變形系數(shù)Ah越小。因?yàn)閒增大，就意味著切削厚度hD增大，使前刀面上的平均正應(yīng)力AV增大，因此摩擦系數(shù)減小， Ah 。 另一方面，在一定厚度的切屑中，各

20、層的變形和應(yīng)力分布是變化的，離前刀面越遠(yuǎn)，金屬層的變形和應(yīng)力就越小。因此，切削厚度增加，切屑的平均變形減小。進(jìn)給量f與變形系數(shù)Ah的關(guān)系如下圖所示。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律（4 4）工件材料）工件材料 工件材料的強(qiáng)(硬)度越高，變形越小。因?yàn)楣ぜ牧系膹?qiáng)度越高，前刀面上的平均正應(yīng)力AV越大，因此摩擦系數(shù)和摩擦角減小，剪切角增大，變形系數(shù)Ah減小。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律二、切削力 切削過(guò)程中，作用在工件和刀具上的力，稱(chēng)為切削力。它直接影響著刀具、機(jī)床、夾具的設(shè)計(jì)和使用。

21、1. 切削力的來(lái)源、合力及分力 來(lái)源： 變形區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的彈性變形抗力和塑性變形抗力； 切屑、工作與刀具間的摩擦力。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力Fr第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力 由上圖可知，刀具的前刀面和后刀面上都有作用力，它們的合力F稱(chēng)為切削合力，F(xiàn)的大小和方向是變化的，很難測(cè)量。為了測(cè)量和應(yīng)用的方便，通常將F按照空間直角坐標(biāo)分解為三個(gè)相互垂直的切削分力。 主切削力FZ（新稱(chēng)切削力FC）：它作用于切削平面Ps內(nèi)，并與基面垂直，即切削刃上選定點(diǎn)的切削速度方向上，又稱(chēng)切向力，消耗機(jī)床的主要功率（95%以上），是計(jì)算

22、切削功率、選取機(jī)床電動(dòng)機(jī)功率和設(shè)計(jì)機(jī)床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的依據(jù)。 切深抗力FY（新稱(chēng)背向力FP）：它作用于基面Pr內(nèi)，與吃刀方向一致，又稱(chēng)徑向力、吃刀力，不消耗機(jī)床功率。它能使工件產(chǎn)生變形，是校驗(yàn)機(jī)床主軸在水平面內(nèi)剛度及相應(yīng)零部件強(qiáng)度和車(chē)刀強(qiáng)度的依據(jù)，也是使工件在切削過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)的力。 進(jìn)給抗力FX（新稱(chēng)進(jìn)給力Ff）：它也作用于基面Pr內(nèi)，與進(jìn)給方向相反的力，又稱(chēng)軸向力、走刀力，是設(shè)計(jì)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的依據(jù)。 切削合力F與各分力的關(guān)系為：222ZYXFFFF第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力 2. 2. 切削力的測(cè)定、切削力實(shí)驗(yàn)公式切削力的測(cè)定、切削力實(shí)驗(yàn)公式 測(cè)力儀

23、是測(cè)量切削力的主要儀器。就其原理可分為：機(jī)械式、液壓式和電測(cè)式。電測(cè)式又可分為電阻應(yīng)變式、電磁式、電感式、電容式及壓電式。目前，應(yīng)用較多的是電阻應(yīng)變式。 （1 1）測(cè)力儀的工作原理）測(cè)力儀的工作原理 下圖為電阻應(yīng)變式測(cè)力儀原理圖，它由傳感器、電橋、應(yīng)變儀和記錄儀組成。1. 傳感器；2. 電橋電路；3. 應(yīng)變儀；4. 記錄儀第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力 電阻應(yīng)變式測(cè)力儀的傳感器有很多種結(jié)構(gòu)，常用的有直桿式和八角環(huán)式（如下圖所示），前者可測(cè)主切削力，后者可測(cè)切削合力的各分力。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力 直桿式傳感

24、器測(cè)力原理如下圖所示：第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力（2 2）車(chē)削力實(shí)驗(yàn)公式的建立）車(chē)削力實(shí)驗(yàn)公式的建立 切削力經(jīng)驗(yàn)公式系指切削力的指數(shù)公式。該公式是通過(guò)切削實(shí)驗(yàn)建立起來(lái)的。切削實(shí)驗(yàn)的方法很多，有單因素法、多因素法及正交設(shè)計(jì)法；數(shù)據(jù)處理方法有圖解法、線性回歸法以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理法。 下面以建立主切削力FZ實(shí)驗(yàn)公式為例，介紹較簡(jiǎn)單的單因素圖解法，以說(shuō)明公式的建立過(guò)程。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的ap-FZ、f-FZ數(shù)據(jù)，可在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中連成下圖所示的兩條直線圖形：第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力上述直線對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)方程為：lgl

25、glgpZzaFpFCxalglglgZzfFFCyf上式可變換為：FzpxzapFC aFzyzfFC f綜合上兩式，得：FFzZZxyzFpFC af式中：xFZ、yFZ 分別為ap-FZ、f-FZ直線圖形中的斜率； Cap、Cf 分別為ap-FZ、f-FZ直線圖形中的截距； CFZ 為主切削力影響系數(shù)。決定于被加工材料和切削條件。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力 同理可建立切深抗力Fy和進(jìn)給抗力FX實(shí)驗(yàn)公式。通過(guò)切削力實(shí)驗(yàn)建立的車(chē)削力計(jì)算公式的一般形式為：FFzZZZxyzFpFFC afKFFYYYYxyYFpFFC afKFFXXXXxyXFpF

26、FCafK式中：xFZ、xFY、xFX 背吃刀量ap對(duì)切削力的影響指數(shù)，可查表得到； yFZ、yFY、yFX 進(jìn)給量f對(duì)切削力的影響指數(shù)，可查表得到； CFZ 、 CFY 、 CFX 為切削力影響系數(shù)，可查表得到； KFZ 、 KFY 、 KFX 為修正系數(shù)，可查表得到。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力3. 單位切削力、切削功率和單位切削功率 （1 1）單位切削力）單位切削力 單位切削力p是指切除單位切削層面積AD產(chǎn)生的主切削力。如果單位切削力p為已知，則可用下列公式計(jì)算主切削力：ZDpFpApa fp 單位切削力，N/mm2。 （2 2）切削功率）切削功

27、率PmPm 功率等于力與力作用方向上的運(yùn)動(dòng)速度的乘積，切削功率Pm是三個(gè)切削分力消耗功率的總和。外圓車(chē)削時(shí)，由于Fy方向的運(yùn)動(dòng)速度為零，且進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度也較低，可忽略不計(jì)算。所以切削功率Pm可用如下公式計(jì)算：310 ()mZcPF vkWVc 主運(yùn)動(dòng)速度，m/s。 Fz 主切削力，N。1FZFZFZxyFZpZFZyDpC afFCpAa ff第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力計(jì)算電動(dòng)機(jī)所需功率PE時(shí)，還需要考慮機(jī)床的傳動(dòng)效率，則：()mEPPkW（3 3）單位切削功率）單位切削功率PsPs 單位切削功率Ps是指單位時(shí)間切除單位體積的金屬Zw所消耗的功率。3

28、1(/)msWPPkw mm sZZw 單位時(shí)間內(nèi)的金屬切除量，mm3/s?？蓪?dǎo)出單位切削功率Ps與單位切削力p之間的關(guān)系：36311010 (/)1000pcmsWpcpa fvPPpkw mm sZa fv例：第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力4. 影響切削力的因素（1 1）工件材料的影響）工件材料的影響 工件材料是通過(guò)材料的剪切屈服強(qiáng)度、塑性變形、切屑與刀具的摩擦系數(shù)等條件影響切削力的。（a）一般來(lái)說(shuō)，工件材料強(qiáng)(硬)度越高，即s越大，切削力也越大；（b）工件材料強(qiáng)（硬）度接近時(shí)，塑性(延伸率)越大，塑性變形越大，切屑與前刀面的摩擦增加，切削力越大。（

29、c）切削脆性材料時(shí)，切削力一般總是小于切削塑性材料。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力（2 2）切削用量的影響）切削用量的影響 （a）背吃刀量背吃刀量apap與進(jìn)給量與進(jìn)給量f f ap和f的大小決定切削層面積AD的大小。因此， ap和f的增加均會(huì)使切削力增大。但二者的影響程度不同，當(dāng)f不變，ap增加1倍，F(xiàn)z大約也正比增大1倍；當(dāng)ap不變， f增加1倍， Fz約增大70%85%。所以，當(dāng)需要提高生產(chǎn)率時(shí)，通常采用加大進(jìn)給量的方式，提高切削效率。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力（b）切削速度切削速度v vc c Vc對(duì)

30、Fz的影響是通過(guò)積屑瘤與摩擦的作用造成的。切削塑性金屬和脆性金屬時(shí)，vc對(duì)Fz的影響不同。 下圖給出了YTl5切削45鋼時(shí)的vcFz駝峰曲線：第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力 當(dāng)vc在中速和高速區(qū)(vc 30 mmm)，F(xiàn)z隨著vc的提高而減小。因?yàn)関c提高，使切削溫度升高，s下降，減小，增大，h減小，所以Fz減小。 在較低速度區(qū)(vc 30 mmm)，主要通過(guò)積屑瘤的生長(zhǎng)消失過(guò)程來(lái)影響切削力Fz。當(dāng)vc 17mmm為積屑瘤生長(zhǎng)區(qū)， 當(dāng)vc=17mmin時(shí)積屑瘤最大，此時(shí)實(shí)際工作前角最大，故h最小，F(xiàn)z當(dāng)然最小。17 vc 30 mmin時(shí)，為積屑瘤消退區(qū)

31、，隨著的vc增大，積屑瘤逐漸減小，相應(yīng)地，F(xiàn)z逐漸增大，直至出現(xiàn)最大值、即曲線出現(xiàn)了高峰，然后隨著vc的增加進(jìn)入了無(wú)積屑瘤區(qū)。 切削脆性金屬時(shí)(如灰鑄鐵、鉛黃銅等)，因其塑性變形很小，刀-屑間摩擦很小，故vc 對(duì)Fz無(wú)顯著影響(見(jiàn)下圖)。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力（3 3）刀具幾何角度的影響）刀具幾何角度的影響 （a）前角前角o o的影響的影響 隨著o增加，切削力顯著減小。研究表明：切削塑性金屬時(shí)， o變化1，F(xiàn)z將改變1.5左右，且塑性越大，改變幅度越大。 但o對(duì)切削力各分力的影響是不同的，影響最大的是Fx，其次是Fy，最小的是Fz，如圖所示。 o

32、第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力（b）主偏角主偏角k kr r的影響的影響 主偏角kr改變使切削面積的形狀和切削分力Fxy的作用方向改變，主偏角kr對(duì)主切削力Fz的影響不大。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力 當(dāng)kr在6075時(shí)Fz出現(xiàn)最小值。 kr主要影響基面合力Fxy各分力的大小。kr增大，F(xiàn)y減小，而Fx增加。所以在切削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，為了防止工件彎曲和振動(dòng)，常用較大的主偏角（ 90或 75）。sinxxyrFFkcosyxyrFFk第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力（c）刃傾角刃傾角

33、s s的影響的影響 刃傾角s對(duì)主切削力Fz的影響不大，而對(duì)Fy 、Fx影響較大。 s增大時(shí)， Fy減小較多，F(xiàn)x有所增加（如圖所示）。原因是s改變了合力Fr的方向，從而影響Fy 、Fx。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力（d）刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑r r的影響的影響 當(dāng)kr、ap、f一定時(shí)，增加刀尖圓弧半徑r對(duì)主切削力Fz的影響不大，但Fz 、Fy增加，F(xiàn)x減?。ㄈ鐖D所示）。原因是曲線刃上各點(diǎn)的實(shí)際主偏角kr減小，從而影響Fz 、Fy。為了防止切削過(guò)程中工件的變形和振動(dòng)，應(yīng)盡是減小刀尖圓弧半徑r 。r Fz、 Fy第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切

34、削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力（e）負(fù)倒棱負(fù)倒棱b br1r1的影響的影響 前刀面上的負(fù)倒棱br1對(duì)切削力有一定影響。有負(fù)倒棱時(shí)，因切屑變形比無(wú)負(fù)倒棱時(shí)為大，故切削力總有提高。主要通過(guò)負(fù)倒棱寬度br1與進(jìn)給量f之比值影響切削力。 br1 /f增加時(shí)，F(xiàn)z增加。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力（4 4）其它因素的影響）其它因素的影響（a）刀具材料的影響刀具材料的影響 刀具材料主要通過(guò)摩擦系數(shù)影響切削力。在各類(lèi)刀具材料中，摩擦系數(shù)是按金剛石、陶瓷、硬質(zhì)合金、高速鋼的順序加大的。在硬質(zhì)臺(tái)金中，YT類(lèi)的摩擦系數(shù)比YG類(lèi)的摩擦系數(shù)小。（b）刀具磨損、刃磨質(zhì)量的影響刀具

35、磨損、刃磨質(zhì)量的影響 后刀面磨損越大，切削力Fy越大；刀具的前后刀面刃磨質(zhì)量越好，切削力越??；使用潤(rùn)滑性能好的切削液，切削力減小。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削力切削力三、切削熱與切削溫度 切削熱和由它產(chǎn)生的切削溫度是金屬切削過(guò)程中重要的物理現(xiàn)象之一。切削時(shí)消耗的能量約97一99轉(zhuǎn)換為熱能。大量的切削熱使得切削區(qū)溫度升高，直接影響刀具的磨損和工件的加工精度及表面質(zhì)量。 1. 切削熱的來(lái)源與傳散 被切金屬層在刀具的作用下，產(chǎn)生彈性和塑性變形而作功，同時(shí)切屑與前刀面、工件加工表面與后刀面之間的摩擦也要作功，這些功都轉(zhuǎn)變成熱，這就是切削熱的來(lái)源。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬切

36、削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削熱與切削熱與切削溫度切削溫度 切削時(shí)共有三個(gè)生熱區(qū)，即剪切面區(qū)變形功形成的熱Qp、切屑與前刀面接觸區(qū)摩擦功生熱Qrf、后刀面與工件加工表面接觸區(qū)摩擦功生熱Qaf，如下圖所示。切削塑性金屬時(shí)，以Qp、 Qrf為主；切削脆性金屬時(shí)，以Qaf 為主。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削熱與切削熱與切削溫度切削溫度 影響熱傳導(dǎo)的主要因素是工件和刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)及周?chē)橘|(zhì)的狀況。 不同的切削加工方法，切削熱由切屑、刀具、工件和周?chē)橘|(zhì)傳導(dǎo)出去的比例也不同。例如：車(chē)削加工時(shí)，切屑帶走的切削熱為5086，40l0傳入車(chē)刀，9%3%傳入工件

37、，1傳入周?chē)橘|(zhì)。 鉆削加工時(shí)，約有28的切削熱由切屑帶走，15傳入鉆頭，52傳入工件，5%傳入周?chē)橘|(zhì)。prfafchWcfQQQQQQQQ 產(chǎn)生的總熱量Q，分別傳入切屑Qch、刀具Qc、工件Qw和周?chē)橘|(zhì)Qf。其熱平衡方程為： 第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削熱與切削熱與切削溫度切削溫度 2. 切削溫度 切削溫度一般指前刀面與切屑接觸區(qū)域的平均溫度。切削溫度取決于切削熱的產(chǎn)生與傳散情況。 （1 1）切削溫度的計(jì)算）切削溫度的計(jì)算 假定切削功全部轉(zhuǎn)換為熱能，則單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱q就等于切削功率Pm，即：()ZcqF vW 由熱量q引起的溫度升高量與材料的密度和比

38、熱c有關(guān)：()CCDDvpc v h bcZF= 式中：p 單位切削力（N/m2）； c 比熱容（J/kgK）； 密度(kg/m3)。 實(shí)際上切削溫度的理論計(jì)算分析是十分復(fù)雜的，常用測(cè)量實(shí)驗(yàn)的方法，來(lái)建立切削溫度的實(shí)驗(yàn)公式。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削熱與切削熱與切削溫度切削溫度 （2 2）切削溫度的測(cè)定）切削溫度的測(cè)定 自然熱電偶法 自然熱電偶法是以刀具和工件作為熱電偶的兩極，組成熱電回路測(cè)量切削溫度的方法。下圖是在車(chē)床上利用自然熱電偶法測(cè)量切削溫度的裝置示意圖。用自然熱電偶法測(cè)得的是切削區(qū)的平均溫度，切削區(qū)指定點(diǎn)的溫度則不能測(cè)得。另外，不同的刀具材料與工件

39、材料所組成的熱電偶，均要進(jìn)行標(biāo)定，使用起來(lái)不太方便。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削熱與切削熱與切削溫度切削溫度 人工熱電偶法人工熱電偶法 下圖是用人工熱電偶法測(cè)量刀具前刀面溫度的示意圖及測(cè)得的結(jié)果。這是將兩種預(yù)先標(biāo)定好的金屬絲組成的熱電偶熱端焊接在刀具或工件待測(cè)溫度點(diǎn)上，尾端通過(guò)導(dǎo)線串接在電位差計(jì)或毫伏表上，切削時(shí)根據(jù)表上的指示數(shù)值，參照標(biāo)定曲線，便可得知欲測(cè)點(diǎn)的切削溫度。人工熱電偶測(cè)溫第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削熱與切削熱與切削溫度切削溫度3. 影響切削溫度的因素 切削溫度的高低，取決于切削熱產(chǎn)生的多少和散熱條件的好壞。影響生

40、熱與散熱的主要因素有：切削用量、刀具幾何參數(shù)、工件及刀具材料和切削液等。 （1 1）切削用量的影響）切削用量的影響 切削用量是影響切削溫度的主要因素。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以建立與切削力實(shí)驗(yàn)公式類(lèi)似的切削溫度實(shí)驗(yàn)公式：xyzpcafv k=C （）式中：x、y、z切削用量ap、f、vc對(duì)切削溫度的影響指數(shù)； C與實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)的影響系數(shù)； K修正系數(shù)。 隨著切削用量的增加，切削溫度增加，其中切削速度vc的影響最大，其次是進(jìn)給量f，背吃刀量ap的影響最?。ㄒ?jiàn)下圖）。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削熱與切削熱與切削溫度切削溫度第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)

41、律切削熱與切削熱與切削溫度切削溫度第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削熱與切削熱與切削溫度切削溫度（2 2）刀具幾何參數(shù)的影響）刀具幾何參數(shù)的影響 前角o 切削溫度隨前角的增大而降低。這是因?yàn)榍敖窃龃髸r(shí)，切削變形減小、單位切削力下降，產(chǎn)生的切削熱減少的緣故。但前角增大到一定幅值時(shí)，再增大前角則因刀具的楔角太小而使散熱體積減小，切削溫度將略有升高，見(jiàn)下圖。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削熱與切削熱與切削溫度切削溫度主偏角kr 主偏角對(duì)切削溫度的影響如圖所示。隨主偏角的增大，切削溫度升高，這是因?yàn)橹髌窃龃?，一方面使切削刃工作長(zhǎng)度縮短，切削熱

42、相對(duì)集中，同時(shí)刀尖角減小，散熱條件變差，因此切削溫度升高。 其它刀具幾何參數(shù)對(duì)切削溫度影響較小。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削熱與切削熱與切削溫度切削溫度（3 3）工件材料的影）工件材料的影響響 工件材料的強(qiáng)度(硬度)和導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)切削溫度有很大影響。工件材料的強(qiáng)度（硬度）越高，切削力越大，切削時(shí)消耗的功越多，產(chǎn)生的切削熱量也越多，切削溫度就越高，工件材料的導(dǎo)熱系數(shù)越大，由工件和切屑傳導(dǎo)出去的熱量越多，切削溫度就越低。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削熱與切削熱與切削溫度切削溫度（4 4）其它因素的影響）其它因素的影響 刀具磨損后，切削

43、刃變鈍，切削作用減小，擠壓作用增大，切削區(qū)的變形增加；同時(shí)，磨損后的刀具實(shí)際工作后角變成零度使后刀面與加工表面間的摩擦加大，均使切削溫度升高。 使用切削液對(duì)降低切削溫度有明顯效果。切削液有兩個(gè)作用：一方面可以減小切屑與前刀面、工件與后刀面的摩擦；另一方面可以吸收切削熱。兩者均使切削溫度降低。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律切削熱與切削熱與切削溫度切削溫度四、刀具磨損與刀具耐用度 切削過(guò)程中，刀具切削部分在承受著很大的切削力和很高的切削溫度的同時(shí)還與切屑和加工表面產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦，其結(jié)果將刀具逐漸磨鈍失效。磨鈍到一定程度，切削力和切削溫度急劇增高、甚至產(chǎn)生振動(dòng)，使工件加工精

44、度下降，表面質(zhì)量惡化，此時(shí)就要磨刀或換刀。 刀具磨損決定于刀具材料、工件材料的物理力學(xué)性能和切削條件。不同刀具材料的磨損和破損有不同的特點(diǎn)。 1. 刀具磨損形式 刀具的磨損失效分為正常磨損和非正常磨損兩大類(lèi)。 （1 1）正常磨損）正常磨損 正常磨損是指在切削過(guò)程中，在設(shè)計(jì)使用合理、制造刃磨質(zhì)量符合要求的情況下，刀具前刀面和后刀面在高溫、高壓作用下，逐漸產(chǎn)生的磨損現(xiàn)象。前刀面往往被磨成月牙洼，后刀面則形成磨損帶。多數(shù)情況下二者同時(shí)發(fā)生，相互影響，如下圖所示。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律刀具磨損刀具磨損與刀具耐用度與刀具耐用度第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切

45、削過(guò)程的基本規(guī)律刀具磨損刀具磨損與刀具耐用度與刀具耐用度正常磨損常表現(xiàn)為下列三種形態(tài)： 后刀面磨損 由于加工表面與后刀面間存在著強(qiáng)烈摩擦，在后刀面近刃口處很快被磨出長(zhǎng)度為b，后角等于或小于零的小棱面，稱(chēng)為后刀面磨損。 當(dāng)切削脆性材料或者以較小的切削厚度、較低的切削速度切削塑性材料時(shí)，都將產(chǎn)生后刀面磨損。 后刀面的磨損帶往往不均勾，通常分為三個(gè)區(qū)：靠近刀尖部分的C區(qū)、靠近待加工表面的N區(qū)和中間部分的B區(qū)。 C C區(qū)區(qū)：近刀尖部分的C區(qū)由于強(qiáng)度較低、散熱條件較差、磨損比較嚴(yán)重，其磨損量用棱面高度VC表示。 N N區(qū)區(qū)：在近待加工表面的N區(qū)磨損，屬于邊界磨損。由于工件毛坯表面的硬皮或上道工序的加工硬

46、化層等因素的影響，使得磨損加劇，產(chǎn)生較大深溝，該區(qū)約占磨損區(qū)全長(zhǎng)的1/4。磨損量用VN表示。 B B區(qū)區(qū)：在磨損帶中間部位的B區(qū)，磨損比較均勻，常以平均磨損量VB來(lái)表示，有時(shí)也用最大磨損量VBmax表示。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律刀具磨損刀具磨損與刀具耐用度與刀具耐用度 前刀面磨損 加工塑性材料時(shí)，當(dāng)?shù)毒卟牧夏蜔?、耐磨性較差，切削速度較高，大進(jìn)給量(f0.5mm),切削厚度較大時(shí)，常在前刀面上發(fā)生磨損。由于切屑底面與刀具的前刀面在切削過(guò)程中是化學(xué)活性很高的新表面，在接觸區(qū)高溫高壓作用下，切屑將在刀具前刀面上逐漸磨出一個(gè)月牙形凹坑，故這種磨損形態(tài)又常被稱(chēng)為月牙洼磨

47、損。 前刀面的磨損值常以月牙洼的最大深度KT表示。月牙洼寬度用KB表示，月牙洼中心到切削刃的距離用KM表示。 前后刀面同時(shí)磨損 經(jīng)切削后刀具上同時(shí)出現(xiàn)了前刀面磨損和后刀面磨損。 一般在切削塑性金屬時(shí)，采用中等切削速度和中等進(jìn)給量常出現(xiàn)前后刀面同時(shí)磨損。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律刀具磨損刀具磨損與刀具耐用度與刀具耐用度（2 2）非正常磨損）非正常磨損 刀具的破損是刀具失效的另一種形式。多數(shù)發(fā)生在脆性較大的刀具材料進(jìn)行斷續(xù)切削或者加工高硬度材料的情況下。 刀具的破損按性質(zhì)可分為塑性破損（卷刃）和脆性破損兩種；按時(shí)間又可分為早期破損和后期破損兩種。早期破損是切削剛開(kāi)始

48、或經(jīng)短時(shí)間切削后即發(fā)生的破損，此時(shí)，前、后刀面尚未發(fā)生明顯磨損。后期破損是加工一定時(shí)間后，刀具材料因交變機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力所致的疲勞損壞。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律刀具磨損刀具磨損與刀具耐用度與刀具耐用度塑性破損（卷刃） 塑性破損是指由于高溫和高壓作用，使前、后刀面發(fā)生塑性流動(dòng)，產(chǎn)生塌陷或隆起塑性變形，從而喪失切削能力的現(xiàn)象。它直接和刀具材料與工件材料的硬度比有關(guān)，比值越高，越不容易發(fā)生塑性破損。硬質(zhì)合金刀具的高溫硬度高。一般不易發(fā)生這種破損；而高速鋼刀具因其耐熱性較差，常出現(xiàn)這種破損。 脆性破損 硬質(zhì)合金和陶瓷刀具在機(jī)械和熱沖擊的作用下，常常發(fā)生的崩刃、碎斷、

49、剝落、裂紋等均屬脆性破損。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律刀具磨損刀具磨損與刀具耐用度與刀具耐用度 2. 磨損過(guò)程和磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 刀具的磨損隨切削時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大。通過(guò)切削實(shí)驗(yàn)，可得到如圖所示的刀具磨損過(guò)程的典型磨損曲線。該圖的橫坐標(biāo)為切削時(shí)間，縱坐標(biāo)為后刀面磨損量VB(或前刀面月牙洼磨損深度KT)。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律刀具磨損刀具磨損與刀具耐用度與刀具耐用度 刀具的磨損過(guò)程可分為三個(gè)階段：刀具的磨損過(guò)程可分為三個(gè)階段： 初期磨損階段（I段）：該階段磨損曲線斜率較大，即刀具磨損較快。這是因?yàn)樾氯心サ牡毒弑砻娲植诓黄角掖嬖谥⒘鸭y、

50、氧化或脫碳層等缺陷，且切削刃口較鋒利，后刀面與加工表面接觸面積較小，壓應(yīng)力較大。很快就在后刀面上磨出一窄面。一般初期磨損量為0.05mm0.1mm，其大小與刀具的刃磨質(zhì)量直接相關(guān)。實(shí)踐證明，經(jīng)過(guò)仔細(xì)研磨的刀具初期磨損量較小。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律刀具磨損刀具磨損與刀具耐用度與刀具耐用度 正常磨損階段（段）：經(jīng)過(guò)初期磨損后，刀具的粗糙表面被磨平，磨擦面的接觸面積增大，壓應(yīng)力減小，磨損比較緩慢均勻。在這一階段中，后刀面的磨損量與切削時(shí)間近似成正比（即磨損強(qiáng)度基本上為一常數(shù)。單位時(shí)間內(nèi)的磨損量稱(chēng)為磨損強(qiáng)度）。該階段是刀具的有效工作階段、刀具的使用不應(yīng)超過(guò)這一階段

51、。正常切削時(shí)，該階段的時(shí)間較長(zhǎng)。 急劇磨損階段（段）：當(dāng)磨損帶寬度增加到一定限度時(shí)，加工表面粗糙度值加大，切削力與切削溫度均迅速升高，刀具磨損速度也急劇加快很快便失去切削能力。這時(shí)，刀具的刃磨將很困難，刀具材料消耗量加大，成本也增大。為了合理使用刀具、保證加工質(zhì)量，應(yīng)避免刀具的磨損進(jìn)入這個(gè)階段。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律刀具磨損刀具磨損與刀具耐用度與刀具耐用度刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)：刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)： 刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用，否則將降低工件的尺寸精度和表面質(zhì)量，增加刀具材料的消耗及加工成本。刀具的這個(gè)磨損限度稱(chēng)為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。 在評(píng)定刀具材料的切削性能和試驗(yàn)研究時(shí)，

52、都以刀具后刀面磨損量作為衡量刀具磨損程度的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)橐话愕毒叩暮蟮睹娑紩?huì)發(fā)生磨損，而且測(cè)量也較方便。因此國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO統(tǒng)一規(guī)定以l2背吃刀量處后刀面上測(cè)定的磨損帶高度VB作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。 制訂磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，既要考慮刀具的合理使用，又要考慮保證工件加工表面粗糙度和尺寸精度。因此，不同加工條件下，刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律刀具磨損刀具磨損與刀具耐用度與刀具耐用度 磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的制訂原則：粗加工磨鈍標(biāo)準(zhǔn)是能使刀具切削時(shí)間與可磨或可用次數(shù)的乘積最長(zhǎng)。該標(biāo)準(zhǔn)也稱(chēng)為經(jīng)濟(jì)磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。粗加工取較大值。精加工磨鈍標(biāo)準(zhǔn)是在保證零件加工精度和粗糙度條件下制訂的

53、，故VB值較小，該標(biāo)準(zhǔn)也稱(chēng)為工藝磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)考慮工藝系統(tǒng)是否會(huì)振動(dòng)，工件材料的可加工性，刀具制造刃磨難易度。 在生產(chǎn)實(shí)踐中，經(jīng)常中斷切削過(guò)程測(cè)量刀具的磨損值會(huì)影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，特別是自動(dòng)加工不能中斷加工過(guò)程。因此只能根據(jù)切削中發(fā)生的一些現(xiàn)象來(lái)判斷刀具是否已經(jīng)磨損。例如，粗加工時(shí)，加工表面會(huì)出現(xiàn)亮帶，切屑的顏色和形狀會(huì)發(fā)生變化，還會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)及不正常的噪音；精加工時(shí)，加工表面粗糙度值增大、零件的尺寸和形狀精度降低。這些異?，F(xiàn)象的產(chǎn)生說(shuō)明刀具已磨損，應(yīng)及時(shí)換刀。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律刀具磨損刀具磨損與刀具耐用度與刀具耐用度國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO推薦的車(chē)刀耐用度試驗(yàn)的磨鈍

54、標(biāo)準(zhǔn)如下： 高速鋼或陶瓷刀具，可以是下列任何一種： 破損； 如果后刀面在B區(qū)內(nèi)有規(guī)則的磨損，取VB0.3mm； 如果后刀面在B區(qū)內(nèi)是無(wú)規(guī)則的磨損、劃傷、剝落或有嚴(yán)重的溝痕,取VBmax0.6mm。 硬質(zhì)合金刀具，可以是下列任何一種： VB0.3mm； 如果后刀面是無(wú)規(guī)則的磨損，取VBmax0.6mm； 前刀面磨損量KT=0.06+0.3f，其中f為進(jìn)給量。 教材P39表2.8給出了車(chē)刀的部分磨鈍標(biāo)準(zhǔn)值，可供參考。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律刀具磨損刀具磨損與刀具耐用度與刀具耐用度3. 刀具磨損原因 由于工件材料、刀具材料和切削條件變化很大，刀具的磨損形式各不相同，

55、其磨損原因也很復(fù)雜、既有機(jī)械磨損，又有對(duì)切削溫度依賴(lài)較強(qiáng)的熱磨損、化學(xué)磨損。刀具正常磨損的主要原因分述如下： （1 1）磨粒磨損）磨粒磨損 磨粒磨損(機(jī)械磨損)，是由于工件材料中的雜質(zhì)和基體組織中所含的硬質(zhì)點(diǎn)(如碳化物、氮化物和氧化物)以及積屑瘤的碎片等在刀具表面上劃出溝紋而造成的磨損。 高速鋼刀具的這種磨損比較顯著，硬質(zhì)合金刀具相對(duì)少些。 各種切削速度下，刀具都存在磨粒磨損，但它是低速切削刀具(如拉刀、板牙、絲錐)磨損的主要原因。因?yàn)樵诘退傧?，切削溫度較低，其它各種形式的磨損還不顯著。一般可以認(rèn)為，由磨粒磨損產(chǎn)生的磨損量與刀具工件相對(duì)滑動(dòng)距離或切削路程成正比。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本

56、規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律刀具磨損刀具磨損與刀具耐用度與刀具耐用度（2 2）粘結(jié)磨損）粘結(jié)磨損 粘結(jié)是指刀具與工件材料在足夠大壓力和高溫作用下，接觸到原子間距離時(shí)所產(chǎn)生的冷焊結(jié)合現(xiàn)象，即摩擦面塑性變形形成的新表面原子間吸附的結(jié)果。兩摩擦表面的粘結(jié)點(diǎn)因相對(duì)運(yùn)動(dòng)將產(chǎn)生撕裂而產(chǎn)生磨損，若粘結(jié)處的破裂發(fā)生在刀具這一方，則造成刀具的磨損。 一般說(shuō)來(lái)，工件材料或切屑的硬度較刀具材料的硬度低，粘結(jié)處的破裂往往發(fā)生在工件或切屑上。但刀具材料也可能有組織不均，存在內(nèi)應(yīng)力、微裂紋以及空穴、局部軟點(diǎn)等缺陷。所以刀具表面也會(huì)發(fā)生破裂而被工件材料帶走造成磨損。 粘結(jié)磨損程度主要取決于刀具材料與工件材料間的親和力、二者的

57、硬度比、切削溫度、刀具表面形狀與組織等。刀具與工件材料間的親和力越大，硬度比越小，則粘結(jié)磨損越嚴(yán)重。其中切削溫度對(duì)刀具粘結(jié)磨損的影響最大。 低中速切削時(shí)，粘結(jié)磨損是硬質(zhì)合金刀具的主要磨損原因。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律刀具磨損刀具磨損與刀具耐用度與刀具耐用度切削溫度對(duì)刀具粘結(jié)磨損的影響見(jiàn)圖。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律刀具磨損刀具磨損與刀具耐用度與刀具耐用度（3 3）擴(kuò)散磨損）擴(kuò)散磨損 由于切削時(shí)處于高溫，刀具表面始終與被切出的新表面相接觸，使其具有巨大的化學(xué)活潑性。當(dāng)摩擦表面化學(xué)元素的濃度相差較大時(shí)，它們就可能在固態(tài)下互相擴(kuò)散到對(duì)

58、方中去，改變刀具材料和工件材料的化學(xué)成分，使刀具材料變得脆弱而造成刀具磨損，這種磨損稱(chēng)為擴(kuò)散磨損。 例如：當(dāng)切削溫度達(dá)到800以上時(shí)，硬質(zhì)合金中的C、W、Co等元素?cái)U(kuò)散到切屑中去而被帶走(見(jiàn)下圖)，而切屑中的Fe元素?cái)U(kuò)散到硬質(zhì)合金表層，形成了新的脆性低硬度復(fù)合碳化物；硬質(zhì)合金WC中的C擴(kuò)散出去造成貧碳，使硬度降低，同時(shí)因?yàn)镃o的擴(kuò)散使其含量減少，而降低了WC、TiC等碳化物與基體的粘結(jié)強(qiáng)度，這些都使刀具磨損加劇。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律刀具磨損刀具磨損與刀具耐用度與刀具耐用度第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律刀具磨損刀具磨損與刀具耐用

59、度與刀具耐用度 擴(kuò)散磨損速度主要與切削溫度和刀具材料的化學(xué)成分?jǐn)U散磨損速度主要與切削溫度和刀具材料的化學(xué)成分等有關(guān)等有關(guān)。 擴(kuò)散速度隨切削溫度的升高而按指數(shù)函數(shù)增加。也就是說(shuō)，對(duì)一定的刀具材料，隨切削溫度上升，擴(kuò)散速度開(kāi)始增加較慢，然后越來(lái)越快。不同元素的擴(kuò)散速度不同，因此在一定的切削條件下，擴(kuò)散磨損劇烈程度與刀具材料的化學(xué)成分關(guān)系很大。 此外，擴(kuò)散速度還與切屑底層在刀具表面上的流動(dòng)速度有關(guān)，流動(dòng)速度快，摩擦表面上擴(kuò)散元素的濃度差可基本保持在一定水平，擴(kuò)散磨損也較快。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律刀具磨損刀具磨損與刀具耐用度與刀具耐用度（4 4）相變磨損）相變磨損

60、 當(dāng)?shù)毒呱献罡邷囟瘸^(guò)材料相變溫度時(shí)，刀具表面材料的金相組織發(fā)生變化。例如，由馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，使刀具表面硬度下降，加劇磨損。 合金工具鋼相變溫度：300350；高速鋼相變溫度： 550600 相變磨損造成了刀面塌陷和刀刃卷曲。第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律刀具磨損刀具磨損與刀具耐用度與刀具耐用度（5）氧化磨損 切削時(shí)在一定的溫度下，刀具材料與周?chē)橘|(zhì)的某些成分（如空氣中的氧、切削液中的極壓添加劑硫、氮等）起化學(xué)作用，在刀具表面形成一層硬度較低的化合物，而被切屑帶走，加速了刀具的磨損，稱(chēng)這種磨損為氧化磨損（化學(xué)磨損）。 除上述幾種主要的磨損原因外，還有疲勞磨損和熱