切削原理市公開課一等獎省賽課獲獎?wù)n件

第3章切削原理本章關(guān)鍵點(diǎn)切屑形成過程積屑瘤切削熱與切削溫度切削力及其影響原因刀具磨損切削用量選擇1切削原理第1頁第3章切削原理機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)

3.1

切削過程問題：什么是金屬切削過程在這個(gè)過程中會出現(xiàn)什么現(xiàn)像2切削原理第2頁不一樣切削對象切削過程3切削原理第3頁不一樣切削對象4切削原理第4頁3.1.1金屬切削過程變形

切削過程金屬切削過程是指將工件上多出金屬層，經(jīng)過切削加工被刀具切除成為切屑從而得到所需要零件幾何形狀過程。在這一過程中，一直存在著刀具切削工件和工件材料抵抗切削矛盾，從而產(chǎn)生一系列現(xiàn)象，如切削變形、切削力、切削熱與切削溫度以及相關(guān)刀具磨損與刀具壽命、卷屑與斷屑等5切削原理第5頁3.1.1切屑形成過程

直角自由切削沒有副刃參加切削（自由切削），且λs

=0°（直角切削）。圖3-1直角、斜角自由切削與不自由切削a）直角切削b）斜角切削c）不自由切削6切削原理第6頁

切屑形成與切離過程，是切削層受到刀具前刀面擠壓而產(chǎn)生以滑移為主塑性變形過程。FABOM45°a）正擠壓FABOM45°b）偏擠壓OMFc）切削正擠壓：金屬材料受擠壓時(shí)，最大剪應(yīng)力方向與作用力方向約成45°偏擠壓：金屬材料一部分受擠壓時(shí)，OB線以下金屬因?yàn)槟阁w妨礙，不能沿AB線滑移，而只能沿OM線滑移切削：與偏擠壓情況類似。彈性變形→剪切應(yīng)力增大，到達(dá)屈服點(diǎn)→產(chǎn)生塑性變形，沿OM線滑移→剪切應(yīng)力與滑移量繼續(xù)增大，到達(dá)斷裂強(qiáng)度→切屑與母體脫離。圖3-3金屬擠壓與切削比較3.1.1切屑形成過程擠壓與切削7切削原理第7頁金屬材料受到擠壓時(shí)，在與作用力大致成45度方向剪應(yīng)力最大。8切削原理第8頁

3.1.1切屑形成過程3.切削過程中切屑形成切離滑移9切削原理第9頁3.1.1金屬切削過程變形

金屬切削變形過程圖3-4切削變形試驗(yàn)設(shè)備與錄像裝置視頻110切削原理第10頁圖3-4切屑根部金相照片M刀具切屑OA終滑移線始滑移線：τ=τsΦ剪切角3.1.1金屬切削過程變形

金屬切削變形過程11切削原理第11頁

第Ⅰ變形區(qū)：即剪切變形區(qū)，金屬剪切滑移，成為切屑。金屬切削過程塑性變形主要集中于此區(qū)域。圖3-5切削部位三個(gè)變形區(qū)ⅠⅢⅡ

第Ⅲ變形區(qū)：已加工面受到后刀面擠壓與摩擦，產(chǎn)生變形。此區(qū)變形是造成已加工面加工硬化和殘余應(yīng)力主要原因。3.1.1金屬切削過程變形

三個(gè)變形區(qū)分析

第Ⅱ變形區(qū)：靠近前刀面處，切屑排出時(shí)受前刀面擠壓與摩擦。此變形區(qū)變形是造成前刀面磨損和產(chǎn)生積屑瘤主要原因。12切削原理第12頁（3-2）剪應(yīng)變3.1.2切屑變形程度表示方法

圖3-7剪應(yīng)變計(jì)算13切削原理第13頁切削層經(jīng)塑性變形后，厚度增加，長度縮小，寬度基本不變?？捎闷浔硎厩邢鲗幼冏冃纬潭?。LchhDhchLD圖3-9切屑與切削層尺寸變形系數(shù)3.1.2切屑變形程度表示方法

當(dāng)o=0～30°，h≥1.5時(shí)，h數(shù)值與相近。當(dāng)o＜0°或h＜1.5時(shí)，不能用h表示切屑變形程度。14切削原理第14頁

粘結(jié)區(qū)：高溫高壓使切屑底層軟化，粘嵌在前刀面高低不平凹坑中，形成長度為lfi粘接區(qū)。切屑粘接層與上層金屬之間產(chǎn)生相對滑移，其間摩擦屬于內(nèi)摩擦。3.1.3切屑與前刀面摩擦變形

圖3-11切屑與前刀面摩擦

在高溫高壓作用下，切屑底層與前刀面發(fā)生沾接，切屑與前刀面之間現(xiàn)有外摩擦，也有內(nèi)摩擦。

滑動區(qū)：切屑在脫離前刀面之前，與前刀面只在一些突出點(diǎn)接觸，切屑與前刀面之間摩擦屬于外摩擦。lfolfi特點(diǎn)兩個(gè)摩擦區(qū)15切削原理第15頁積屑瘤現(xiàn)象：刀尖上急劇塑性變形而被強(qiáng)化硬度很高附著物－－生產(chǎn)中又稱為刀瘤3.1.3積屑瘤16切削原理第16頁積屑瘤動態(tài)形成過程17切削原理第17頁高速攝影拍攝積屑瘤不停形成、長大、破碎動態(tài)過程碎片流向切屑帶走留在工件上視頻8視頻718切削原理第18頁580積屑瘤形成條件必要條件加工塑性金屬材料中速切削不使用切削液時(shí)輕易產(chǎn)生2019切削原理第19頁刀尖被包裹起來前角增大切削深度改變工件上已加工表面變粗糙積屑瘤改變刀具切削條件20切削原理第20頁積屑瘤是否有害呢？對工件影響加工表面粗糙度增加（變差）鱗刺可能就是因積屑瘤破裂形成切深改變－工件尺寸精度下降對刀具影響刀尖沒有參加切削－保護(hù)刀尖刀具實(shí)際前角增大－切削更輕快21切削原理第21頁粗加工與精加工粗加工能夠利用積屑瘤粗加工精度不是主要問題增大前角保護(hù)刀尖精加工一定要回避積屑瘤確保精度確保表面質(zhì)量22切削原理第22頁粗加工與精加工精加工應(yīng)盡可能防止積屑瘤選擇切削速度，避開產(chǎn)生積屑瘤區(qū)域高速：Vc>60m/min－－高速精加工低速：Vc<5m/min－－鉸孔和拉削適當(dāng)提升工件材料硬度，降低塑性增大刀具前角，減小刀具前刀面與切屑之間壓力使用潤滑性能好切削液，減小切屑底層材料與刀具前刀面間摩擦23切削原理第23頁下面加工情況輕易產(chǎn)生積屑瘤嗎？加工HT200外徑D=30，轉(zhuǎn)速n=300rpmVc＝28m/min24切削原理第24頁3.1.4已加工表面變形

σn切削刃存在刃口圓弧，造成擠壓和摩擦，產(chǎn)生第Ⅲ變形區(qū)。A點(diǎn)以上部分沿前刀面流出，形成切屑；A點(diǎn)以下部分受擠壓和摩擦留在加工表面上，并有彈性恢復(fù)。hDΔhDΔhACFE圖3-12已加工表面變形A點(diǎn)前方正應(yīng)力最大，剪應(yīng)力為0。A點(diǎn)兩側(cè)正應(yīng)力逐步減小，剪應(yīng)力逐步增大，繼而減小。變形原因變形情況應(yīng)力分布ττ25切削原理第25頁3.1.4影響切削變形原因1、工件材料工件材料強(qiáng)度和硬度越大，變形系數(shù)Λh越小，即切屑變形越小。26切削原理第26頁3.1.4影響切削變形原因2、刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)中影響最大是前角。刀具前角γo越大，剪切角φ變大，變形系數(shù)Λh就越小27切削原理第27頁3.1.4影響切削變形原因3、切削用量（1）無積屑瘤情況切削速度vc越高，變形系數(shù)Λh越小當(dāng)切削速度高于切屑塑性變形速度時(shí)，切屑塑性變形區(qū)變窄（3-5）28切削原理第28頁3.1.4影響切削變形原因3、切削用量（2）有積屑瘤情況vc經(jīng)過實(shí)際工作前角來影響變形系數(shù)Λhap對變形系數(shù)Λh基本無影響。f主地經(jīng)過摩擦系數(shù)來影響變形系數(shù)Λh29切削原理第29頁3.1.5切屑類型形成條件影響名稱簡圖形態(tài)變形帶狀，底面光滑，后面呈毛茸狀節(jié)狀，底面光滑有裂紋，后面呈鋸齒狀粒狀不規(guī)則塊狀顆粒剪切滑移還未到達(dá)斷裂程度局部剪切應(yīng)力到達(dá)斷裂強(qiáng)度剪切應(yīng)力完全到達(dá)斷裂強(qiáng)度未經(jīng)塑性變形即被擠裂加工塑性材料，切削速度較高，進(jìn)給量較小，刀具前角較大加工塑性材料，切削速度較低，進(jìn)給量較大，刀具前角較小工件材料硬度較高，韌性較低，切削速度較低加工硬脆材料，刀具前角較小切削過程平穩(wěn)，表面粗糙度小，妨礙切削工作，應(yīng)設(shè)法斷屑切削過程欠平穩(wěn)，表面粗糙度欠佳切削力波動較大，切削過程不平穩(wěn)，表面粗糙度不佳切削力波動大，有沖擊，表面粗糙度惡劣，易崩刀帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑表3-1切屑類型及形成條件30切削原理第30頁3.1.5切屑類型與變形系數(shù)

切屑類型帶狀切屑Real節(jié)狀切屑Real粒狀切屑Real崩碎切屑Real圖3-6切屑形態(tài)照片31切削原理第31頁切屑類型帶狀切屑節(jié)狀切屑粒狀切屑工件塑性大塑性小脆性工件切削力改變小改變大沖擊嚴(yán)重工件質(zhì)量好很好差三種切屑類型比較32切削原理第32頁33切削原理第33頁3.1.5切屑類型與切屑控制

切屑控制為使切削過程正常進(jìn)行和確保已加工表面質(zhì)量，應(yīng)使切屑卷曲和折斷。切屑卷曲是切屑基本變形或經(jīng)過卷屑槽使之產(chǎn)生附加變形結(jié)果（圖3-7）圖3-7切屑卷曲圖3-8斷屑產(chǎn)生斷屑是對已變形切屑再附加一次變形（常需有斷屑裝置，圖3-8）

34切削原理第34頁

3.1.6硬脆非金屬材料切屑形成機(jī)理G＞GC

（3-4）式中G——裂紋擴(kuò)展單位長度時(shí)釋放能量（應(yīng)變能釋放率）；

GC

——裂紋擴(kuò)展單位長度時(shí)所需能量（裂紋擴(kuò)展阻力）。K1＞K1C

（3-5）式中K1——應(yīng)力強(qiáng)度因子；

K1C

——K1臨界值。脆性斷裂條件對于Ⅰ型（張開型）裂紋，在平面應(yīng)變條件下，脆性斷裂條件為：35切削原理第35頁

3.1.6硬脆非金屬材料切屑形成機(jī)理脆性材料切削過程◆大規(guī)模擠裂與小規(guī)模擠裂交替進(jìn)行（圖3-13）a）b）c）d）e）圖3-13硬脆材料切削過程a）大規(guī)模擠裂（大塊破碎切除）b）空切c）小規(guī)模擠裂（小塊破碎切除）d）小規(guī)模擠裂（次小塊破碎切除）e）重復(fù)大規(guī)模擠裂（大塊破碎切除）flashflash36切削原理第36頁第3章切削原理CuttingTheory機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)

3.2

切削力CuttingForce37切削原理第37頁κrFcFFpFf·pFfFf·pFf·pfv圖3-15切削力分解3.2.1切削力起源與分解

切削力起源★3個(gè)變形區(qū)產(chǎn)生彈、塑性變形抗力★

切屑、工件與刀具間摩擦力F切削協(xié)力Fc主切削力Fp吃刀抗力Ff進(jìn)給抗力切削力分解38切削原理第38頁3.2.2切削力經(jīng)驗(yàn)公式

切削力經(jīng)驗(yàn)公式式中CFc,CFp,CFf

——與工件、刀具材料相關(guān)系數(shù)；

xFc,xFp,xFf

——切削深度ap對切削力影響指數(shù)；

yFc,yFp,yFf

——進(jìn)給量f對切削力影響指數(shù)；

KFc,KFp,KFf

——考慮切削速度、刀具幾何參數(shù)、刀具磨損等原因影響修正系數(shù)。39切削原理第39頁3.2.2切削力經(jīng)驗(yàn)公式

單位切削力

切除單位切削層面積主切削力（令修正系數(shù)KFc

=1）式中

Fc

——主切削力（N）；

v

——主運(yùn)動速度（m/s）。切削功率機(jī)床電機(jī)功率式中η

——機(jī)床傳動效率，通常η=0.75～0.8540切削原理第40頁3.2.3影響切削力原因

工件材料◆切削深度與切削力近似成正比；◆進(jìn)給量增加，切削力增加，但不成正比；◆切削速度對切削力影響復(fù)雜（圖3-16）

強(qiáng)度高加工硬化傾向大切削力大519283555100130

切削速度

v（m/min）

981784588主切削力Fc（N）圖3-16切削速度對切削力影響切削用量41切削原理第41頁4.2.3影響切削力原因

◆

前角γ0

增大，切削力減?。▓D3-17）◆

主偏角κr

對主切削力影響不大，對吃刀抗力和進(jìn)給抗力影響顯著（κr

↑——Fp↓，F(xiàn)f↑，圖3-18）圖3-17前角對γ0切削力影響前角γ0切削力Fγ0-Fcγ0–Fpγ0–Ff圖3-18主偏角κr對切削力影響主偏角κr/°切削力/N3045607590κr

-Fcκr

–Ffκr

–Fp2006001000140018002200刀具幾何角度影響42切削原理第42頁4.2.3影響切削力原因

刀具幾何角度影響◆與主偏角相同，刃傾角λs對主切削力影響不大，對吃刀抗力和進(jìn)給抗力影響顯著（λs

↑——Fp↓，F(xiàn)f↑）◆

刀尖圓弧半徑rε

對主切削力影響不大，對吃刀抗力和進(jìn)給抗力影響顯著（rε

↑——Fp↑，F(xiàn)f↓）；其它原因影響◆

刀具材料：與工件材料之間親和性影響其間摩擦，而影響切削力；◆

切削液：有潤滑作用，使切削力降低；◆

后刀面磨損：使切削力增大，對吃刀抗力Fp影響最為顯著；43切削原理第43頁第3章切削原理CuttingTheory機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)

3.3

切削熱與切削溫度CuttingHeatandCuttingTemperature44切削原理第44頁3.3.1切削熱起源與傳出

切削熱起源★切削過程變形和摩擦所消耗功，絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢鳠崆邢鳠嵊汕行?、工件、刀具和周圍介質(zhì)（切削液、空氣)等傳散出去工件切屑刀具圖3-19切削熱起源與傳出切削熱傳出★主要起源QA=QD+QFF+QFR（3-12）（3-11）式中，QD

,QFF,QFR分別為切削層變形、前刀面摩擦、后刀面摩擦產(chǎn)生熱量45切削原理第45頁3.3.2切削溫度及分布

TJUniversity切削溫度分布★切削塑性材料——前刀面靠近刀尖處溫度最高。★

切削脆性材料——后刀面靠近刀尖處溫度最高。750℃刀具圖3-20二維切削中溫度分布工件材料：低碳易切鋼；刀具：o=30，o=7；切削用量：ap=0.6mm，

vc

=0.38m/s；切削條件：干切削，預(yù)熱611C46切削原理第46頁二、切削溫度分布紅外膠片法測得切鋼料溫度場，分析歸納切削溫度分布規(guī)律：剪切區(qū)等溫線與滑移線相近OM線溫度比OA線上溫度高

剪切滑移相等地方溫度相等，剪切變形是切削熱第一起源2.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)溫度高切屑底層溫度比上層溫度高

摩擦是切削熱又一起源47切削原理第47頁3.3.3影響切削溫度原因

切削用量影響式中θ——用自然熱電偶法測出前刀面接觸區(qū)平均溫度(C)；

Cθ——與工件、刀具材料和其它切削參數(shù)相關(guān)切削溫度系數(shù)；

Zθ、Yθ、Xθ——vc、f、ap

指數(shù)。

經(jīng)驗(yàn)公式（3-12）刀具材料加工方法ＣθＺθＹθＸθ高速鋼車削140～1700.35～0.450.2～0.30.08～0.10銑削80鉆削150硬質(zhì)合金車削320f(mm/r)0.10.410.150.050.20.310.30.26表3-2切削溫度系數(shù)及指數(shù)48切削原理第48頁3.3.3影響切削溫度原因

刀具幾何參數(shù)影響前角o↑→切削溫度↓主偏角r↓→切削溫度↓負(fù)倒棱及刀尖圓弧半徑對切削溫度影響很小

工件材料影響工件材料機(jī)械性能↑→切削溫度↑工件材料導(dǎo)熱性↑→切削溫度↓vc（m/min）圖3-21切削速度、工件材料對切削溫度影響1—GH1312—1Cr18Ni9Ti3—45鋼(正火)4—HT200刀具材料：YT15；YG8刀具幾何參數(shù)：o=15，o=6~8，r=75，1=-10，s=0，b=0.1mm，r=0.2mm切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/rθ（℃）103050709011013040060080010001243

刀具磨損影響

冷卻液影響49切削原理第49頁3.3.3切削溫度測量

自然熱電偶法工件和刀具材料不一樣，組成熱電偶兩極，切削時(shí)刀具與工件接觸處高溫產(chǎn)生溫差電勢，經(jīng)過電位差計(jì)測得切削區(qū)平均溫度。利用紅外輻射原理，借助熱敏感元件，測量切削區(qū)溫度。可測量切削區(qū)側(cè)面溫度場。★用不一樣材料、相互絕緣金屬絲作熱電偶兩極（圖3-22）。mV圖3-22人工熱電偶工件刀具金屬絲小孔★

可測量刀具或工件指定點(diǎn)溫度，可測最高溫度及溫度分布場。人工熱電偶法紅外測溫法50切削原理第50頁第3章切削原理3.4

刀具磨損與刀具壽命CutterWearandIt’sLife切削金屬時(shí)刀具將切屑切離工件，同時(shí)本身也要發(fā)生磨損或破損。磨損是連續(xù)、逐步發(fā)展過程；而破損普通是隨機(jī)突發(fā)破壞（包含脆性破損和塑性破損）。刀具磨損是本節(jié)重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，其中包含刀具磨損形式、原因及其檢測等；對刀具破損只作簡單了解。

51切削原理第51頁3.4.1刀具磨損形式

刀具磨損形態(tài)前刀面磨損后刀面磨損邊界磨損52切削原理第52頁3.4.1刀具磨損

53切削原理第53頁3.4.1刀具磨損

刀具磨損形態(tài)前刀面磨損形式：月牙洼形成條件：加工塑性材料，v大，hD大影響：減弱刀刃強(qiáng)度，降低加工質(zhì)量后刀面磨損形式：后角=0磨損面（參數(shù)——VB，VBmax）形成條件：加工塑性材料,v較小,hD

較?。患庸ご嘈圆牧嫌绊懀呵邢髁Α?切削溫度↑,產(chǎn)生振動，降低加工質(zhì)量VBVBmaxa)

KTKBb)圖3-25刀具磨損形態(tài)邊界磨損54切削原理第54頁◆磨粒磨損——各種切速下均存在——低速情況下刀具磨損主要原因◆

粘結(jié)磨損（冷焊）——刀具材料與工件材料親和力大——刀具材料與工件材料硬度比小——中等偏低切速粘結(jié)磨損加劇◆

擴(kuò)散磨損——高溫下發(fā)生◆

氧化磨損——高溫情況下，在切削刃工作邊界發(fā)生3.4.2刀具磨損原因

刀具磨損原因55切削原理第55頁3.4.3刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)圖3-26刀具磨損過程早期磨損后刀面磨損量VB正常磨損急劇磨損切削時(shí)間刀具磨損過程3個(gè)階段（圖3-26）常取后刀面最大允許磨損量VB磨鈍標(biāo)準(zhǔn)56切削原理第56頁

國際標(biāo)準(zhǔn)ISO推薦硬質(zhì)合金車刀刀具壽命試驗(yàn)?zāi)モg標(biāo)準(zhǔn)，有以下三種可供選擇：

（1）VB＝0．3mm；（2）假如主后刀面為無規(guī)則磨損，取VBmax=0．6mm；

（3）前刀面磨損量KT＝（0．06＋0．3f）mm。57切削原理第57頁經(jīng)濟(jì)磨損程度粗加工磨鈍標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)依據(jù)加工要求制訂：粗加工磨鈍標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)能使刀具切削時(shí)間與可磨或可用次數(shù)乘積最大為標(biāo)準(zhǔn)定，從面能充分發(fā)揮刀具切削性能。精加工磨鈍標(biāo)準(zhǔn)是在確保零件加工精度和表面粗糙度條件下制訂，所以VB值較小。生產(chǎn)中，以加工亮度，切屑著顏色形狀、聲音、振動、火花等為依據(jù)判斷是否重磨。58切削原理第58頁3.4.4刀具使用壽命及其與切削用量關(guān)系刀具壽命（耐用度）概念◆刀具從切削開始至磨鈍標(biāo)準(zhǔn)切削時(shí)間，用T表示。◆刀具總壽命——一把新刀從投入切削開始至報(bào)廢為止總切削時(shí)間，其間包含屢次重磨。（3-25）式中CT、m、n、p為與工件、刀具材料等相關(guān)常數(shù)。（3-26）可見v影響最顯著；f次之；ap

影響最小。用硬質(zhì)合金刀具切削碳鋼（σb=0.637GPa）時(shí)，有：刀具壽命（耐用度）經(jīng)驗(yàn)公式59切削原理第59頁3.4.4刀具壽命

圖3-27不一樣刀具材料耐用度比較硬質(zhì)合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速鋼刀具耐用度T（min）1235681020304060800600500400300200100806050切削速度v（m/min）不一樣刀具材料壽命（耐用度）比較60切削原理第60頁3.4.5刀具破損

在切削加工中，刀含有時(shí)沒有經(jīng)過正常磨損階段，而在很短時(shí)間內(nèi)突然損壞，這種情況稱為刀具破損。破損也是刀具損壞主要形式之一。破損是相對于磨損而言。刀具破損形式分為脆性破損和塑性破損。61切削原理第61頁1．脆性破損

硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具切削時(shí)，在機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力沖擊作用下，經(jīng)常發(fā)生以下幾個(gè)形態(tài)破損：

（1）崩刃

切削刃產(chǎn)生小缺口。在繼續(xù)切削中，缺口會不停擴(kuò)大，造成更大破損。用陶瓷刀具切削及用硬質(zhì)合金刀具作斷續(xù)切削時(shí)，常發(fā)生這種破損。3.4.5刀具破損62切削原理第62頁

（2）碎斷

切削刃發(fā)生小塊碎裂或大塊斷裂，不能繼續(xù)進(jìn)行切削。用硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具作斷續(xù)切削時(shí)，常發(fā)生這種破損。（3）剝落

在刀具前、后刀面上出現(xiàn)剝落碎片，經(jīng)常與切削刃一起剝落，有時(shí)也在離切削刃一小段距離處剝落陶瓷刀具端銑時(shí)常發(fā)生這種破損。

（4）裂紋破損

長時(shí)間進(jìn)行斷續(xù)切削后，因疲勞而引發(fā)裂紋一個(gè)破損。熱沖擊和機(jī)械沖擊均會引發(fā)裂紋，裂紋不停擴(kuò)展合并就會引發(fā)切削刃碎裂或斷裂。3.5.5刀具破損63切削原理第63頁2．塑性破損

在刀具前刀面與切屑、后刀面與工件接觸面上，因?yàn)檫^高溫度和壓力作用，刀具表層材料將因發(fā)生塑性流動而喪失切削能力，這就是刀具塑性破損?？顾苄云茡p能力取決于刀具材料硬度和耐熱性。硬質(zhì)合金和陶瓷耐熱性好，普通不易發(fā)生這種破損。相比之下，高速鋼耐熱性較差，較易發(fā)生塑性破損。3.5.5刀具破損64切削原理第64頁

可采取以下對應(yīng)辦法預(yù)防刀具破損：

（2）合理選擇刀具幾何參數(shù)經(jīng)過選擇適當(dāng)幾何參數(shù)，使切削刃和刀尖有很好強(qiáng)度。在切削刃上磨出負(fù)倒棱是預(yù)防崩刃有效辦法。（1）合理選擇刀具材料用作斷續(xù)切削刀具，刀具材料應(yīng)含有一定韌性。（3）確保刀具刃磨質(zhì)量切削刃應(yīng)平直光滑，不得有缺口，刃日與刀尖部位不允許燒傷。（4）合理選擇切削用量預(yù)防出現(xiàn)切削力過大和切削溫度過高情況。（5）工藝系統(tǒng)應(yīng)有很好剛性預(yù)防因?yàn)檎駝佣鴵p壞刀具。65切削原理第65頁要求刀具切削時(shí)間，離線檢測常規(guī)方法3.4.6刀具磨損、破損檢測與監(jiān)控

經(jīng)過切削力（切削功率）改變幅值，判斷刀具磨損程度；當(dāng)切削力突然增大或突然下降很大幅值時(shí)，則表明刀具發(fā)生了破損經(jīng)過試驗(yàn)確定刀具磨損與破損“閾值”切削力與切削功率檢測方法切削加工時(shí)，切屑剝離，工件塑性變形，刀具與工件之間摩擦以及刀具破損等，都會產(chǎn)生聲發(fā)射。正常切削時(shí)，聲發(fā)射信號小而連續(xù)，刀具嚴(yán)重磨損后聲發(fā)射信號會增大，而當(dāng)?shù)毒咂茡p時(shí)聲發(fā)射信號會突然增大許多，到達(dá)正常切削時(shí)幾倍聲發(fā)射檢測方法66切削原理第66頁3.5.4刀具磨損、破損檢測與監(jiān)控

鉆頭破損檢測器圖3-29聲發(fā)射鉆頭破損檢測裝置系統(tǒng)圖交換機(jī)床控制器工件折斷工作臺聲發(fā)射傳感器破損信號flash67切削原理第67頁第3章切削原理CuttingTheory機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)

3.6

金屬切削條件合理選擇68切削原理第68頁3.5.1工件材料切削加工性工件材料切削加工性是指在一定切削條件下，工件材料切削加工難易程度。工件材料切削加工性衡量指標(biāo)：（1）刀具使用壽命

在相同切削條件下，刀具使用壽命高，切削加工性好。（2）切削力和切削溫度

在相同切削條件下，切削力大或切削溫度高，則切削加工性差。機(jī)床動力不足時(shí)，慣用此指標(biāo)。（3）加工表面質(zhì)量

易取得好加工表面質(zhì)量，則切削加工性好。精加工時(shí)慣用此指標(biāo)。（4）斷屑性能

在相同切削條件下，以所形成切屑是否便于去除作為一項(xiàng)指標(biāo)。對于自動機(jī)床、數(shù)控機(jī)床和自動化程度較高生產(chǎn)線上慣用此指標(biāo)69切削原理第69頁2、影響工件材料切削加工性原因（1）材料物理力學(xué)性能影響

（2）材料化學(xué)成份影響（3）材料金相組織影響

3.5.1工件材料切削加工性70切削原理第70頁材料物理力學(xué)性能71切削原理第71頁伸長率(δs)材料在拉斷后，其塑性伸長長度與原試樣長度百分比叫伸長率或延伸率。斷面收縮率（或收縮率）試樣在拉斷后，測量拉斷后斷面頸縮與原來斷面積比，叫做斷面收縮率，其代表符號為φ，單位為%。

沖擊試驗(yàn)沖擊韌性。將試樣加工成要求形狀（在試樣上有不一樣開頭缺口），在試驗(yàn)機(jī)上有重錘擺動將試樣沖斷，叫做沖擊功，符號為Akv，單位為焦耳，或J。

拉力試驗(yàn)屈服強(qiáng)度：在拉伸機(jī)位力下，試樣被位長，在開始時(shí)試樣伸長和拉力成正比，當(dāng)拉力取消后試樣仍收縮到原來尺寸，試樣這種變形叫做彈性變形。在拉力不停加大后試樣繼續(xù)被伸長，但外力取消后試樣卻不再收縮到原來長度，這種變形收叫做塑性變形。由彈性變形點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃螘r(shí)候，叫做屈服點(diǎn)，其代表符號是σs，單位是MPa或N/平方毫米?？箯垙?qiáng)度72切削原理第72頁

二、工件材料物理力學(xué)性能對加工性影響例45鋼

1Cr18Ni9Ti73切削原理第73頁AmericanIronandSteelInstitute(AISI)美國鋼鐵協(xié)會

74切削原理第74頁75切削原理第75頁76切削原理第76頁二、影響工件材料切削加工性原因（1）材料物理力學(xué)性能影響

1）材料硬度和強(qiáng)度越高，切削力就越大，切削溫度也越高，所以切削加工性也越差。尤其是材料高溫硬度值越高，切削加工性越差，刀具磨損越嚴(yán)重。

2）材料塑性（以延長率d表示）越大，材料切削加工性也越差。不過，當(dāng)加工塑性太低材料時(shí)，切屑與前刀面接觸長度過短，切削力和切削熱都集中在切削刃附近，加劇了切削刃磨損，也會使切削加工性變壞。

3）材料韌性高，切削力和切削溫度也高，且不易斷屑，切削加工性差。

4）材料導(dǎo)熱率越大，由切屑、工件散出熱量就越多，越有利于降低切削區(qū)溫度，切削加工性越好。3.5.1工件材料切削加工性77切削原理第77頁影響工件材料切削加工性原因

（2）材料化學(xué)成份影響

材料化學(xué)成份是經(jīng)過材料物理力學(xué)性能影響而影響切削加工性。3.6.1工件材料切削加工性78切削原理第78頁影響工件材料切削加工性原因

（3）材料金相組織影響

成份相同材料，若其金相組織不一樣，其切削加工性也不一樣。以鋼中各種金相組織切削速度與刀具使用壽命關(guān)系曲線(vc-T)為例。

金相組織形狀和大小也影響加工性。如珠光體有球狀、片狀和針狀之分。球狀硬度較低，易加工，切削加工性好；而針狀硬度大，不易加工，即切削加工性差。3.6.1工件材料切削加工性79切削原理第79頁改進(jìn)工件材料切削加工性路徑

（1）調(diào)整材料化學(xué)成份

在不影響材料使用性能前提下，可在鋼中適當(dāng)添加一個(gè)或幾個(gè)能夠顯著改進(jìn)材料切削加工性化學(xué)元素，如S、Pb、Ca、P等，取得易切鋼，取得切削力小、易斷屑、刀具使用壽命長、加工表面質(zhì)量好等良好切削加工性。

（2）熱處理改變金相組織

生產(chǎn)中常對工件材料進(jìn)行預(yù)先熱處理，經(jīng)過改變工件材料硬度和塑性等來改進(jìn)切削加工性。比如：低碳鋼經(jīng)正火處理或冷拔處理，使塑性降低，硬度略有提升，從而改進(jìn)切削加工性。高碳鋼經(jīng)過球化退火使硬度降低，有利于切削加工3.6.1工件材料切削加工性80切削原理第80頁一、前角選擇（一）前角功用前角功用主要影響切削變形和切削力大小及刀具耐用度和表面質(zhì)量高低。增大前角使切削變形和摩擦降低，故切削力小、切削熱少，加工表面質(zhì)量高。但前角過大，刀具強(qiáng)度降低，散熱體積降低，刀耐用度下降。降低前角，刀具強(qiáng)度提升，刀屑變形增大，易斷屑。但前角過小，會使切削力和切削熱增加，刀具耐用度降低3.6.2刀具幾何參數(shù)合理選擇

81切削原理第81頁對于不一樣刀具材料和工件材料，T隨γ0改變趨勢為駝峰形。高速鋼合理前角比Y合金大。加工塑材合理前角比脆材大2.合理前角選擇標(biāo)準(zhǔn)①粗加工、斷續(xù)切削、刀材強(qiáng)度韌性低工材強(qiáng)度硬度高，選較小前角；②工材塑韌性大、系統(tǒng)剛性差，易振動或機(jī)床功率不足，選較大前角；③成形刀具、自動線刀具取小前角；82切削原理第82頁一、前角選擇（二）合理前角選擇標(biāo)準(zhǔn)①刀具材料：高速鋼γo>硬質(zhì)合金γo>陶瓷γo②工件材料：塑性材料→γo↑,脆性材料→γo↓,強(qiáng)度硬度↑→γo↓③加工要求：粗加工→γo↓,精加工→γo↑

④機(jī)床功率和系統(tǒng)剛度:功率大剛度高γο↓,數(shù)控機(jī)床、自動線：γο↓3.6.2刀具幾何參數(shù)合理選擇

83切削原理第83頁二、后角選擇（一）后角功用增大后角可減小主后刀面與過渡表面彈性恢復(fù)層之間摩擦，減輕刀具磨損。但增大后角后使切削刃強(qiáng)度降低。3.6.2刀具幾何參數(shù)合理選擇

二、后角選擇（5-12°)①粗加工：ａo↓,精加工：ａo↑②塑性材料:ａo↑,硬度高:ａo↓,

強(qiáng)度高ａo↓84切削原理第84頁（一）主偏角功用及合理主偏角選擇1、主偏角功用主偏角功用主要影響切削寬度和切削厚度百分比刀具耐用度。主偏角κr較小，則刀頭強(qiáng)度高，散熱條件好，已加工表面殘留面積高度小，作用主切削刃長度長，單位作用主切削上切削負(fù)荷小；其負(fù)面效應(yīng)為背向力大，切削厚度小，斷屑效果差。四、主偏角及負(fù)偏角選擇3.6.2刀具幾何參數(shù)合理選擇

85切削原理第85頁2、主偏角選擇(45607590)系統(tǒng)剛度：剛度好，Kr取小值，剛度差，Kr取大值。四、主偏角及負(fù)偏角選擇3.6.2刀具幾何參數(shù)合理選擇

86切削原理第86頁（二）副偏角功用及合理副偏角選擇1、副偏角功用負(fù)偏角功用主要是減小副切削刃和已加工表面摩擦。較小副偏角，可減小殘留面積高度，提升刀具強(qiáng)度和改進(jìn)散熱條件，但將增加副后刀面與已加工表面之間摩擦，且易引發(fā)振動。2、副偏角選擇普通刀具副偏角，在不引發(fā)振動情況下，可選取較小副偏角，如車刀、刨刀均可取κr`=5度~10度四、主偏角及負(fù)偏角選擇3.6.2刀具幾何參數(shù)合理選擇

87切削原理第87頁（一）刃傾角功用刃傾角主要影響切削流向和刀尖強(qiáng)度。刃傾角為正值，切削開始為正值，切削開始時(shí)刀尖與工件接觸，切屑流向待加工表面，可防止纏繞和劃傷已加工表面，對半精加工、精加工有利。刃傾角為負(fù)值。切削開始時(shí)刀尖后接觸工件，切屑流向已加工表面，輕易將已加工表面劃傷；在粗加工開始時(shí)，尤其是在斷續(xù)切削時(shí)，可防止刀尖受沖擊，起保護(hù)刀尖作用，并可改進(jìn)刀具散熱條件。五、刃傾角功用3.6.2刀具幾何參數(shù)合理選擇

88切削原理第88頁五、刃傾角功用3.6.2刀具幾何參數(shù)合理選擇

89切削原理第89頁（二）刃傾角選擇1）粗加工λS<0（保護(hù)刀尖）精加工λS>0（使FP小些）2）斷續(xù)切削：λS<0（保護(hù)刀尖）3）工件σb、HB大：λS<0（保護(hù)刀尖）4）系統(tǒng)剛性差：λS>0（使FP小些）

五、刃傾角功用3.6.2刀具幾何參數(shù)合理選擇

90切削原理第90頁3.5.4選擇切削用量傳統(tǒng)方法

1.確定切削深度ap盡可能一次切除全部余量，余量過大時(shí)可分2次走刀，第一次走刀切削深度取單邊余量2/3～3/4。2.確定進(jìn)給量

f◆

粗切時(shí)依據(jù)工藝系統(tǒng)強(qiáng)度和剛度條件確定（計(jì)算或查表）◆

精切時(shí)依據(jù)加工表面粗糙度要求確定（計(jì)算或查表）3.確定切削速度

v依據(jù)要求刀具耐用度確定切削速度v（計(jì)算或查表）4.校驗(yàn)機(jī)床功率(僅對粗加工)

（3-20）式中P——機(jī)床電機(jī)功率（KW）；

η——機(jī)床傳動效率；

Fc

——主切削力（N）。由：，可導(dǎo)出：91切削原理第91頁選擇切削用量實(shí)例工件材料:45鋼σb=0.893GP加工要求:Ra=3.2μm,IT9機(jī)床:C620-1刀具:YT5γo=15,αo=6,κr=75,κr’=15,λ=0,rε=0.5mm選擇方法:因Ra和IT有一定要求，故分為粗車－半精車1.粗車:(1)ap=3mm,(2)查表1.4：f=0.55mm/r,(3)查表1.10：v=109m/min(1.83m/s)可確保刀具耐用度60~90min(4)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速:n=(1000v)/(πd)=(1000×1.83)/(3.14×68)92