金屬切削原理

金屬切削原理第1頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院21.1基本定義金屬切削過程

工件與刀具相互作用的過程金屬切削加工

用刀具從工件表面上切除多余的材料，使工件的幾何形狀、尺寸精度、表面質(zhì)量等各個方面均符合技術(shù)要求，同時要求高質(zhì)量，高效率，低成本。

第2頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院31.1基本定義實現(xiàn)切削過程的三個條件

切削運動工件與刀具之間要有相對運動刀具的切削性能刀具材料必須具備一定的切削性能刀具的切削角度刀具必須具有合理的幾何參數(shù)第3頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院41.1.1切削運動與切削用量1.1.1.1工件加工表面在切削過程中，工件上通常存在著三個不斷變化的表面。待加工表面

[工件上即將切除的表面]已加工表面

[工件上已經(jīng)切除而形成的新表面]過渡表面(切削表面)

[工件上正在切削的表面，介于已加工表面和待加工表面之間]。第4頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院5外圓車削的切削運動與加工表面第5頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院6平面刨削的切削運動與加工表面第6頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院71.1.1.2切削運動切削運動刀具與工件間的相對運動（即表面成形運動） 切削運動可分為主運動和進(jìn)給運動。 主運動和進(jìn)給運動的向量和稱為合成切削運動第7頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院8(1)主運動【主運動】由機(jī)床提供的刀具與工件間主要的相對運動，它使刀具切削刃極其毗鄰的刀具表面切入工件材料,從而形成工件新表面的運動【主要特征】速度高、消耗功率大、通常只有一個【形式】直線或旋轉(zhuǎn)【狀態(tài)】連續(xù)或間歇【主運動方向】在不考慮進(jìn)給運動的條件下，切削刃上選定點相對于工件的瞬時運動方向【切削速度vc】切削刃上選定點相對于工件的主運動的瞬時速度第8頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院9(2)進(jìn)給運動【進(jìn)給運動】使主運動能夠連續(xù)進(jìn)行，切除工件上多余材料,形成滿足一定要求的已加工表面的運動【主要特征】速度低、消耗功率小、可以有多個【形式】直線或旋轉(zhuǎn)，或他們的組合【狀態(tài)】連續(xù)或間歇【進(jìn)給運動方向】不考慮主運動的條件下，切削刃上選定點相對于工件的瞬時運動方向。【進(jìn)給速度vf

】切削刃上選定點相對于工件的進(jìn)給運動的瞬時速度。第9頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院10(3)合成切削運動合成切削運動：由主運動和進(jìn)給運動合成的運動合成切削運動方向：

切削刃上選定點相對于工件瞬時合成切削運動的方向合成切削運動速度ve：

切削刃上選定點相對于工件沿合成切削運動的瞬時速度合成切削速度角η：

瞬時主運動方向與合成切削運動方向之間的夾角進(jìn)給運動角φ:

瞬時主運動方向與進(jìn)給運動方向之間的夾角第10頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院11(4)切削用量三要素

切削速度vc進(jìn)給量f

背吃刀量（切削深度）ap

第11頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院12切削速度vc刀具切削刃上選定點相對于工件主運動的速度，單位為m/s。由于切削刃上各點的切削速度可能是不同，計算時常用最大切削速度代表刀具的切削速度。車削外圓時的切削速度計算公式：V=πdwn/1000

其中:dw—工件待加工表面的直徑(mm)；

n—工件的轉(zhuǎn)速(r/s)。第12頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院13進(jìn)給量f在主運動每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或每一行程時，刀具在進(jìn)給運動方向上相對于工件的位移量，單位是mm/r(用于車削、鏜削等)或mm/d.str(毫米/雙行程，doublestroke)(用于刨削、磨削等)。進(jìn)給速度Vf:切削刃上選定點相對工件沿進(jìn)給運動方向的瞬時速度（mm/s或mm/min)。通常直線運動不確定進(jìn)給速度，只確定進(jìn)給量對多刃刀具，可以用每齒進(jìn)給量fz表示：Vf=nf=nzfz

其中：n—主運動的轉(zhuǎn)速(mm/s)；

z—刀齒齒數(shù)。第13頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院14背吃刀量ap對于外圓車削和平面刨削而言，背吃刀量等于工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離，單位為mm。其中外圓車削的背吃刀量為

ap=(dw-dm)/2其中：dw—工件待加工表面的直徑(mm)；

dm—工件已加工表面的直徑(mm)。第14頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院15討論確定下列加工方法的切削運動鉆孔外圓磨削滾齒確定下列加工方法的切削用量外圓車削時的背吃刀量ap平面刨削第15頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院16作業(yè)：

P511第16頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院17第二講金屬切削原理第17頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院181.1.2刀具幾何參數(shù)

1.1.2.1刀具切削部分的組成要素

外圓車刀是最基本、最典型的切削刀具，由刀桿和刀頭（切削部分）組成。刀具切削部分的組成刀具切削部分（又稱刀頭）組成可用一句話總結(jié)：

“三面兩刃一尖”前刀面主后面副后面主切削刃副切削刃刀尖（過渡刃）第18頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院191.1.2.1刀具切削部分的組成要素前刀面Aγ：切屑沿著流出的表面主后面Aα：刀具上與工件過渡表面相對并相互作用的表面。副后面Aα‘：刀具上與已加工表面相對并相互作用的表面。主切削刃S：前刀面與主后刀面的交線。它完成主要的切削工作。副切削刃S’：前刀面與副后刀面的交線。它配合主切削刃完成切削工作，并最終形成已加工表面。刀尖：主切削刃和副切削刃連接處的一段刀刃。它可以是小的直線段，折線段，或圓弧。

第19頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院20刀具組成示意圖第20頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院211.1.2.2確定刀具切削刃角度的參考平面

由于大多數(shù)加工表面都不是平面，而是空間曲面，不便于直接用來作為參考平面，因此將構(gòu)造刀具角度坐標(biāo)系的參考平面定義如下：

（1）基面Pre

通過主切削刃上選定點，垂直于該點合成切削運動向量的平面。

（2）切削平面Pse

通過主切削刃上選定點，與切削刃S相切并垂直于基面Pre的平面。

顯然，切削刃上同一點的基面與切削平面是互相垂直的。

上述定義是在刀具與工件的相對運動狀態(tài)中給出的，是廣義定義。對切削刃上的不同點會有不同的Pre和Pse，因而同一切削刃上各點切削角度的數(shù)值也就不一定相等。第21頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院221.1.2.3刀具標(biāo)注角度的參考系

標(biāo)注角度的切削平面與基面的定義不考慮進(jìn)給運動，因而這時的基面Pr則是通過該點而垂直于切削速度向量的平面，切削平面Ps只包含切削刃在其選定點的切線和切削速度向量。第22頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院231.1.2.3刀具標(biāo)注角度的參考系

實際上，除了由上述切削平面和基面組成了刀具標(biāo)注角度參考平面系以外，還需要選一個用來標(biāo)注和測量刀具前、后角度的平面，即“測量平面”。在切削刃上同一選定點測量其角度時，如果測量平面選得不同，刀具角度的大小也就不同。

測量平面、切削平面和基面組成了刀具標(biāo)注角度參考系，Pr⊥Ps。

目前各國由于選用的測量平面不同，故所采用的刀具標(biāo)角度參考系也不完全統(tǒng)一。一般用來標(biāo)注前、后刀面角度的測量平面有如下三種：第23頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院241.1.2.3刀具標(biāo)注角度的參考系

（1）正交平面Po：通過主切削刃上選定點，垂直于切削平面與基面的平面（與主切削刃在基面上的投影相垂直的平面），Pr⊥Ps⊥Po。Po、Ps、Pr構(gòu)成一個空間正交平面參考系。

（2）法平面Pn

通過主切削刃上選定點并垂直于主切削刃或其切線的平面。Pn、Ps、Pr構(gòu)成一個法平面參考系。（3）背平面（也稱切深剖面）

Pp和假定工作平面（也稱進(jìn)給剖面）Pf

背平面是通過主切削刃上選定點，平行于刀桿軸線并垂直于基面的平面，它與進(jìn)給方向垂直。假定工作平面是通過主切削刃上選定點，同時垂直于刀桿軸線及其基面的平面，它與進(jìn)給方向平行。Pf、Pp與Pr構(gòu)成空間正交的假定工作平面、背平面參考系。第24頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院251.1.2.3刀具標(biāo)注角度的參考系第25頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院261.1.2.4刀具的標(biāo)注角度

刀具的標(biāo)注角度用于設(shè)計、制造、刃磨和測量。它們將保證刀具在使用時得到必要的切削角度，其參考系的選用與生產(chǎn)中實際采用的刀具角度刃磨方式和檢測方法有關(guān)。刀具標(biāo)注角度的內(nèi)容包括兩個方面：

--確定刀具上切削刃位置的角度；

--確定前刀面與后刀面位置的角度。以外圓車刀為例，在正交平面內(nèi)標(biāo)的包含六個基本角度和三個派生角度。第26頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院27（1）正交平面參考系中的標(biāo)注角度第27頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院28（1）正交平面參考系中的標(biāo)注角度第28頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院29刀具的標(biāo)注角度（1）主偏角κr：在基面內(nèi)測量的主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運動方向的夾角。主偏角一般為正值。（2）副偏角κr’：在基面內(nèi)測量的副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運動反方向的夾角。副偏角一般為正值。（3）刃傾角λs：在切削平面內(nèi)測量的主切削刃與基面之間的夾角.

第29頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院30刀具的標(biāo)注角度

當(dāng)主切削刃呈水平時,λs=0,此時主切削刃與切削速度方向垂直，稱為直角切削。當(dāng)λs≠0時稱為斜角切削。刀尖為主切削刃最低點時，λs〈0;

刀尖為主切削刃上最高點是，λs〉0.第30頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院31刀具的標(biāo)注角度（4）前角γ0：在正交平面內(nèi)測量的前刀面與基面之間的夾角。前角表示前刀面的傾斜程度，有正、負(fù)和零值之分。（5）后角α0：在正交平面內(nèi)測量的主后刀面與切削平面之間的夾角。后角表示后刀面的傾斜程度，一般為正值。（6）副后角α0’：在正交平面內(nèi)測量的副后刀面與副切削平面之間的夾角。副切削平面是過該選定點并包含切削速度向量的平面。第31頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院32刀具的標(biāo)注角度三個派生角度：（1）楔角β0:在正交平面內(nèi)測量的前刀面與后刀面之間的夾角，β0=90-（α0+γ0）（2）刀尖角εr:主切削刃與副切削刃在基面上投影之間的夾角，εr=180-（κr+κr’）（3）余偏角ψr:主切削刃在基面上投影與進(jìn)給方向垂線之間的夾角，ψr=90-κr第32頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院33作業(yè)P512、3第33頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院34第三講金屬切削原理第34頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院35（2）刀具在法平面參考系中的標(biāo)注角度

刀具在法平面參考系中標(biāo)注的角度與正交平面參考系的類似。在基面和切削平面內(nèi)表示的角度是相同的，只需將正交平面內(nèi)的前角、主后角和楔角改為在法平面內(nèi)的法前角、法后角與法楔角即可。第35頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院36刀具在法平面參考系中的標(biāo)注角度第36頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院37（3）刀具在假定工作平面和背平面參考系中的標(biāo)注角度

第37頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院381.1.2.5刀具的工作角度

在實際的切削加工中，由于刀具安裝位置和進(jìn)給運動的影響，上述標(biāo)注角度會發(fā)生一定的變化。角度變化的根本原因是切削平面、基面和正交平面位置的改變。以切削過程中實際的切削平面、基面和測量平面為參考平面所確定的刀具角度稱為刀具的工作角度，又稱實際角度。

第38頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院39（1）進(jìn)給運動對刀具工作角度的影響橫向進(jìn)給運動的影響第39頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院40(2)刀具安裝位置對刀具工作角度的影響刀具安裝高低的影響第40頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院41(3)刀桿中心線與進(jìn)給方向不垂直時的影響第41頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院421.1.3切削層參數(shù)

在切削過程中，刀具的切削刃在一次走刀中從工件待加工表面切下的金屬層，稱為切削層。切削層公稱厚度ac切削層公稱寬度aw切削層公稱橫截面積Ac第42頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院43切削層公稱厚度ac

指在主切削刃選定點的基面內(nèi),垂直于切削表面的切削層尺寸，即相鄰兩過渡表面之間的距離。ac反映了切削刃單位長度上的切削負(fù)荷。

ac=f*sinkr

其中：ac—切削層公稱厚度(mm)；

f—進(jìn)給量(mm/r）；

kr—車刀主偏角(。)。第43頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院44切削層公稱寬度aw

指在主切削刃選定點的基面內(nèi),沿切削表面度量的切削層尺寸。aw反映了切削刃參加切削的工作長度。

aw=ap/sinkr

其中：aw—切削層公稱寬度(mm)。第44頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院45切削層公稱橫截面積Ac

切削層公稱厚度與切削層公稱寬度的乘積。

Ac=acaw=fsinkrap/sinkr=fap

其中:Ac—切削層公稱橫截面積(mm2)。第45頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院46切削層參數(shù)示圖第46頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院47作業(yè)

按照投影關(guān)系，畫出某一車刀正交平面參考系內(nèi)的5個主要標(biāo)注角度。已知其主偏角75°，副偏角15°，前角10°，后角5°，刃傾角10°，刀柄端面寬×高為20×20。第47頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院48第四講金屬切削原理第48頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院491.2刀具材料

刀具切削性能的好壞，取決于構(gòu)成刀具切削部分的材料、幾何形狀和刀具結(jié)構(gòu)。刀具材料對刀具使用壽命、加工效率、加工質(zhì)量和加工成本等都有很大影響，因此十分重要。第49頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院501.2.1刀具材料應(yīng)具備的性能

刀具切削部分的材料在切削時要承受高壓、高溫、摩擦、沖擊和振動，應(yīng)具備以下基本性能：高硬度、高耐磨性足夠的強(qiáng)度和韌性高的耐熱性（熱穩(wěn)定性）良好的工藝性能經(jīng)濟(jì)性切削性能可預(yù)測性第50頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院511.2.2常用刀具材料的種類與特性常用刀具材料有:碳素工具鋼，合金工具鋼，高速鋼，硬質(zhì)合金，陶瓷，金剛石，立方氮化硼高速鋼——具有較高的熱穩(wěn)定性、高的強(qiáng)度，刀具制造工藝簡單。硬質(zhì)合金——具有高耐磨性和高耐熱性，但抗彎強(qiáng)度低、沖擊韌性差，很少用于制造整體刀具。陶瓷材料——硬度高、耐用度高，還可用于沖擊負(fù)荷下的粗加工，切削效率顯著提高。第51頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院521.2.2.1高速鋼

在碳素工具鋼中加入了較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素所構(gòu)成的高合金工具鋼。熱處理狀態(tài)下，一部分鎢和鐵、鉻一起與碳形成高硬度炭化物；另一部分鎢熔于基體中，增加鋼的高溫硬度。鉬的作用與鎢基本相同，且能減少鋼的碳化物不均勻性，細(xì)化碳化物顆粒。特點：強(qiáng)度高、韌性好、工藝性好、刃磨性好

適用：特別適用于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的刀具及中、低速切削的各種刀具按用途分成兩大類通用型高速鋼高性能高速鋼第52頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院53

通用型高速鋼

這類高速鋼的含碳量為0．7％～0．9％。其切削速度一般不太高，切削普通鋼料時為40—60m／min。按鋼中含鎢量的不同，可分為鎢系高速鋼和鉬系高速鋼。

（1）鎢系:W18Cr4V

特點:有一定的硬度和強(qiáng)度，能承受較大的沖擊負(fù)荷，可磨性好，是制造復(fù)雜刀具的主要材料。其它牌號：W14Cr4MnRE，塑性較大，用于熱軋刀具（2）鉬系：W6Mo5Cr4V2

特點:具有良好的綜合性能。由于碳化物細(xì)小均勻，抗彎強(qiáng)度比W18Cr4V高15％～20％，具有較高的高溫塑性，也是熱軋刀具的主要材料。主要缺點是熱處理脫碳敏感性大，淬火溫度范圍窄。第53頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院54高性能高速鋼高碳:9W18Cr4V(C:0.9%)高釩:W6Mo5Cr4V3高鈷:W6Mo5Cr4V2Co8超硬:W2Mo9Cr4VCo8,W6Mo5Cr4V2Al

刀具的耐用度約為通用型高速鋼刀具的1．5—3倍，適合于加工難加工材料。超硬高速鋼是指硬度達(dá)到HRC67—70的高速鋼。就其成分而言，可分為含鈷和不含鈷的超硬高速鋼。它們在600C時的高溫硬度可達(dá)到HRC54左右，具有較高的強(qiáng)度、韌性和優(yōu)良的切削性能。第54頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院551.2.2.2硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點的金屬碳化物微米級粉末和金屬粘接劑經(jīng)過高溫、高壓燒結(jié)而成的粉末冶金材料。特點：硬度高、熱硬性高、耐磨性好，但較脆適用：剛性好、刃形簡單的刀具牌號與選擇：

YG類，硬鈷（K類）：YG3X,YG6X,YG8，數(shù)字越大韌性越好；切鑄鐵、有色金屬、非金屬、高溫合金

YT類，硬鈦（P類）：YT5,YT14,YT30,數(shù)字越小韌性越好；切碳素鋼、合金鋼

YW類，硬鎢（M類）：YW1,YW2，數(shù)字越大韌性越好；切耐熱鋼、不銹鋼、普通鋼和鑄鐵

TiC基硬質(zhì)合金:精加工和半精加工涂層硬質(zhì)合金選用：粗加工：選韌性好、耐沖擊的材料精加工：選硬度高、耐高溫、細(xì)晶粒的材料第55頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院56金屬陶瓷

是一種先進(jìn)的硬質(zhì)合金。金屬陶瓷比常規(guī)硬質(zhì)合金能承受更高的切削溫度，但是缺乏硬質(zhì)合金的耐沖擊性、在中型到重型加工時的韌性、以及在低速大進(jìn)給時的強(qiáng)度。金屬陶瓷在小的和不變的負(fù)荷時，也象常規(guī)硬質(zhì)合金那樣，有差不多的刀刃強(qiáng)度。但是它在高切削速度下的耐高溫和耐磨性能更好，持續(xù)時間更長，加工的工件表面更光潔。當(dāng)用于加工軟的和粘性的材料時，它也有較好的抗積屑瘤性能，表面質(zhì)量很好。金屬陶瓷是硬質(zhì)合金的一種型式，它含有堅硬的鈦基化合物(碳化鈦、碳氮化鈦和氮化鈦)，粘結(jié)劑是鎳或鎳鉬。由于金屬型粘結(jié)劑的溫度局限性，典型的金屬陶瓷牌號，在加工的材料硬度超過HRC40時，不具備足夠高的熱硬性。金屬陶瓷比起涂層和非涂層硬質(zhì)合金，對斷裂和進(jìn)給引起的壓力更加敏感。因此，它最好用于高精度工件和表面質(zhì)量要求較高時。理想的加工工序是切削那些連續(xù)的表面。車削碳鋼時，進(jìn)給量的上限通常是0.025英寸/轉(zhuǎn)。一般用途的銑削，可以在高的主軸速度、中等進(jìn)給量的條件下進(jìn)行。如果滿足這些條件，在大量生產(chǎn)時金屬陶瓷能長時間地保持鋒利的切削刃。如果金屬陶瓷是在傳統(tǒng)的切削速度和進(jìn)給量下使用，比起硬質(zhì)合金刀具能改善刀具壽命和表面質(zhì)量，也能提高生產(chǎn)率，對于切削合金鋼時其提高幅度為20%，對于切削碳鋼、不銹鋼時為50%。第56頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院57

金屬陶瓷工具應(yīng)用納米材料取得重大突破

長期以來，在我國被稱為“工業(yè)牙齒”的刀具，主要材料為硬質(zhì)合金鋼?，F(xiàn)在一種比硬質(zhì)合金鋼重量輕、切削速度快、使用壽命長2倍以上的新型納米工具材料在合肥工業(yè)大學(xué)問世。這是合肥工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院年輕的劉寧教授主持研究的“納米氮化鈦、氮化鋁改性的碳化鈦基金屬陶瓷刀具制造技術(shù)”的重要創(chuàng)新成果.

納米氮化鈦、氮化鋁改性的碳化鈦基金屬陶瓷刀具是一種高技術(shù)含量、高附加值的新型刀具，該刀具的問世，填補(bǔ)了國內(nèi)外空白。它具有耐磨、耐氧化、耐腐蝕、耐高溫等一系列優(yōu)點。在硬度與硬質(zhì)合金鋼相同時，這種納米材料制成的刀具耐磨性高于硬質(zhì)合金鋼；其密度只有硬質(zhì)合金鋼的一半，即相同重量的粉末，金屬陶瓷可獲得2倍于硬質(zhì)合金鋼數(shù)量的制品，而成本與現(xiàn)在使用的硬質(zhì)合金鋼刀具相當(dāng)或略低。第57頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院58陶瓷

陶瓷刀具類似于金屬陶瓷，它比硬質(zhì)合金有更高的化學(xué)穩(wěn)定性，可在高的切削速度下進(jìn)行加工并持續(xù)較長的時間。純氧化鋁可以耐非常高的溫度，但是它的強(qiáng)度和韌性很低，工作條件如果不好，容易破碎。為了減低陶瓷對破碎的敏感性，在企圖改善其韌性、提高耐沖擊性能時，加入了氧化鋯或加入碳化鈦與氮化鈦的混合物。盡管加入了這些添加劑，但是陶瓷的韌性比硬質(zhì)合金還是低得多。雖然使用陶瓷刀加工效率可以很高，但是應(yīng)用必須正確。例如，陶瓷刀具不能用于加工鋁，而對灰鑄鐵、球墨鑄鐵、淬硬鋼和某些未淬硬鋼、耐熱合金則特別適合?？墒菍@些材料而言，應(yīng)用得成功還有賴于開始切削之前刀具刃口外觀的準(zhǔn)備、機(jī)器和裝備的穩(wěn)定性和選用最佳的加工參數(shù)。第58頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院59

涂層刀具涂層刀具是近20年出現(xiàn)的一種新型刀具材料，是刀具發(fā)展中的一項重要突破，是解決刀具材料中硬度、耐磨與強(qiáng)度、韌性之間矛盾的一個有效措施。涂層刀具是在一些韌性較好的硬質(zhì)合金或高速鋼刀具基體上，涂覆一層耐磨性高的難熔化金屬化合物而獲得的。常用的涂層材料有TiC、TiN和Al2O3等。本世紀(jì)70年代初首次在硬質(zhì)合金基體上涂覆一層碳化鈦(TiC)后，把普通硬質(zhì)合金的切削速度從80m／min提高到180m／min。1976年又出現(xiàn)了碳化鈦—氧化鋁雙涂層硬質(zhì)合金，把切削速度提高到250m／min。1981年又出現(xiàn)了碳化鈦—氧化鋁—氮化鈷三涂層硬質(zhì)合金，使切削速度提高到300m／min。在高速鋼基體上刀具涂層多為TiN，常用物理氣相沉積法(PVD法)涂覆，一般用于鉆頭、絲錐、銑刀、滾刀等復(fù)雜刀具上，涂層厚度為幾微米，涂層硬度可達(dá)HRC80，相當(dāng)于一般硬質(zhì)合金的硬度，耐用度可提高2—5倍，切削速度可提高20％一40％．硬質(zhì)合金的涂層是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上，涂覆一層幾微米至十幾微米厚的高耐磨、難熔化的金屬化合物，一般采用化學(xué)氣相沉積法(CVD法)。我國株洲硬質(zhì)合金廠生產(chǎn)的涂層硬質(zhì)合金的涂層厚度可達(dá)9um，表面硬度可達(dá)2500—4200HV。目前各工業(yè)發(fā)達(dá)國家對涂層刀具的研究和推廣使用方面發(fā)展非常迅速。處于領(lǐng)先地位的瑞典，在車削上使用涂層硬質(zhì)合金刀片已占到70％一80％，在銑削方面已達(dá)到50％以上。但是涂層刀具不適宜加工高溫合金、鈦合金及非金屬材料，也不適宜粗加工有夾砂、硬皮的鍛鑄件。第59頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院60金剛石刀具

金剛石刀具分為天然金剛石和人造金剛石刀具。天然金剛石具有自然界物質(zhì)中最高的硬度和導(dǎo)熱系數(shù)c但由于價格昂貴，加工、焊接都非常困難，除少數(shù)特殊用途外(如手表精密零件、光飾件和首飾雕刻等加工)，很少作為切削工具應(yīng)用在工業(yè)中。隨著高技術(shù)和超精密加工日益發(fā)展。例如微型機(jī)械的微型零件，原子核反應(yīng)堆及其它高技術(shù)領(lǐng)域的各種反射鏡、導(dǎo)彈或火箭中的導(dǎo)航陀螺，計算機(jī)硬盤芯片、加速器電子槍等超精密零件的加工，單晶天然金剛石能滿足上述要求。近年來開發(fā)了多種化學(xué)機(jī)理研磨金剛石刀具的方法和保護(hù)氣氧釬焊金剛石技術(shù)．使天然金剛石刀具的制造過程變得比較簡易．因此，在超精密鏡面切削的高技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域．天然金剛石起到了重要作用。

20世紀(jì)50年代利用高溫高壓技術(shù)人工合成金剛石粉以后，70年代制造出金剛石基的切削刀具即聚晶金剛石(PCD)。PCD晶粒呈無序排列狀態(tài)．不具方向性，因而硬度均勻。它有很高的硬度和導(dǎo)熱性，低的熱脹系數(shù)。高的彈性模量和較低的摩擦系數(shù)，刀刃非常鋒利。它可加工各種有色金屬和極耐磨的高性能非金屬材料，如鋁、銅、鎂及其合金、硬質(zhì)合金、纖維增塑材料、金屬基復(fù)合材料、木材復(fù)合材料等。金剛石刀具是目前高速切削(2500~5000m/min)鋁合金較理想的刀具材料，但由于碳對鐵的親和作用，特別是在高溫下，金剛石能與鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此它不宜于切削鐵及其合金工件。第60頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院61PCD的應(yīng)用

國內(nèi)PCD刀具市場隨著刀具技術(shù)水平的發(fā)展也不斷擴(kuò)大。目前中國第一汽車集團(tuán)已有一百多個PCD車刀使用點，許多人造板企業(yè)也采用PCD刀具進(jìn)行木制品加工。PCD刀具的應(yīng)用也進(jìn)一步推動了對其設(shè)計與制造技術(shù)的研究。國內(nèi)的清華大學(xué)、大連理工大學(xué)、華中理工大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等均在積極開展這方面的研究。國內(nèi)從事PCD刀具研發(fā)、生產(chǎn)的有上海舒伯哈特、鄭州新亞、南京藍(lán)幟、深圳潤祥、成都工具研究所等幾十家單位。目前，PCD刀具的加工范圍已從傳統(tǒng)的金屬切削加工擴(kuò)展到石材加工、木材加工、金屬基復(fù)合材料、玻璃、工程陶瓷等材料的加工。第61頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院62PCD的應(yīng)用

通過對近年來PCD刀具應(yīng)用的分析可見，PCD刀具主要應(yīng)用于以下兩方面:①難加工有色金屬材料的加工:用普通刀具加工難加工有色金屬材料時,往往產(chǎn)生刀具易磨損、加工效率低等缺陷,而PCD刀具則可表現(xiàn)出良好的加工性能。如用PCD刀具可有效加工新型發(fā)動機(jī)活塞材料-過共晶硅鋁合金(對該材料加工機(jī)理的研究已取得突破)。②難加工非金屬材料的加工:PCD刀具非常適合對石材、硬質(zhì)碳、碳纖維增強(qiáng)塑料、人造板材等難加工非金屬材料的加工。如華中理工大學(xué)1990年實現(xiàn)了用PCD刀具加工玻璃;目前強(qiáng)化復(fù)合地板及其它木基板材的應(yīng)用日趨廣泛,用PCD刀具加工這些材料可有效避免刀具易磨損等缺陷。第62頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院63立方氮化硼

立方氮化硼(CBN)是純?nèi)斯ず铣傻牟牧?。它?0世紀(jì)50年代末用制造金剛石相似的方法合成的第二種超硬材料——CBN微粉。由于CBN的燒結(jié)性能很差，直至70年代才制成立方氮化硼結(jié)塊(聚晶立方氮化硼PCBN)，它是由CBN微粉與少量粘結(jié)相(Co、Ni或TiN、TiC或Al2O3)在高溫高壓下燒結(jié)而成。CBN是氮化硼的致密相，有很高的硬度(僅次于金剛石)和耐熱性(1300、1500度)，優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定件(遠(yuǎn)優(yōu)于金剛石)和導(dǎo)熱性，低的摩擦系數(shù)。PCBN與Fe族元素親和性很低，所以它是高速切削黑色金屬較理想的刀具材料。

第63頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院641.3金屬切削過程【金屬切削過程】刀具從工件表面切除多余金屬，從切屑形成開始到加工表面形成為止的完整過程。第64頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院651.3.1切削層的變形

在金屬壓縮實驗中，當(dāng)金屬試件受擠壓時，在其內(nèi)部產(chǎn)生主應(yīng)力的同時，還將在與作用力大致成45°方向的斜截面產(chǎn)生最大切應(yīng)力，在切應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時將在此方向剪切滑移。金屬刀具切削時相當(dāng)于局部壓縮金屬的壓塊，使金屬沿一個最大剪應(yīng)力方向產(chǎn)生滑移。第65頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院66切削層的變形

當(dāng)切屑層達(dá)到切削刃OA（OA代表始滑移面）處時，切應(yīng)力達(dá)到材料屈服強(qiáng)度，產(chǎn)生剪切滑移，切削層移到OM面上，剪切滑移終止，并離開切削刃后形成了切屑，然后沿前面流出。第66頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院671.3.1.1第一變形區(qū)（剪切滑移）OA—始滑移線OM—滑移線特點：沿著滑移線的剪切變形，以及隨之產(chǎn)生的加工硬化。第67頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院681.3.1.2第二變形區(qū)

當(dāng)切屑沿前面流出時，由于受到前面擠壓和摩擦作用，在前面摩擦阻力的作用下，靠近前面的切屑底層金屬產(chǎn)生纖維化，基本上和前刀面平行，這部分稱為第二變形區(qū)。在粘結(jié)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，從而在切屑底部形成一個滯流層。第68頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院69積屑瘤的形成及其對切削過程的影響1）什么是積屑瘤在中低速切削塑性金屬材料時,常在刀具前面刃口處粘結(jié)一些工件材料,形成一塊硬度很高的楔塊，稱之為積屑瘤。2）積屑瘤的形成原因

產(chǎn)生這種現(xiàn)象，是滯流層金屬不斷堆積的結(jié)果。3）影響積屑瘤的因素積屑瘤的產(chǎn)生以及它的積聚高度與金屬材料的硬化程度有關(guān)，也與刀刃前區(qū)的溫度和壓力狀況有關(guān)。第69頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院701.3.1.3第三變形區(qū)

工件已加工表面受到鈍圓弧切削刃的擠壓和后面的摩擦，使已加工表面內(nèi)產(chǎn)生纖維化和加工硬化，已加工表面與后面的接觸區(qū)稱為第三變形區(qū)。第70頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院71刀-工接觸區(qū)的變形與加工質(zhì)量已加工表面的形成第71頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院72切削層金屬的變形過程第72頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院731.3.3切屑的種類與變形規(guī)律由于工件材料、刀具角度和切削用量的不同，切削過程中的變形情況也不同，因而產(chǎn)生的切屑種類也就多種多樣。從變形觀點出發(fā)，可將切屑?xì)w納為以下四種形態(tài)。帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑第73頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院741.3.3.1帶狀切屑外形特征：內(nèi)表面光滑，外表面毛茸。如果用顯微鏡觀察，在外表面上也可看到剪切面的條紋，但每個單元很薄，肉眼看來大體上是平整的。產(chǎn)生原因：由于被切金屬沿剪切面滑移而形成的。形成條件：一般加工塑性金屬材料，當(dāng)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。優(yōu)點：切削過程平穩(wěn)，切削力波動較小，已加工表面粗糙度較小。缺點：紊亂狀切屑纏繞在刀具或工件上影響加工過程。

第74頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院751.3.3.2擠裂切屑特點：外表面呈鋸齒形，內(nèi)表面有時有裂紋。產(chǎn)生原因：它的第一變形區(qū)較寬，在剪切滑移過程中滑移量較大。由滑移變形所產(chǎn)生的加工硬化使剪切力增加，在局部區(qū)域達(dá)到材料的斷裂強(qiáng)度。產(chǎn)生場合：大都在切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較小時產(chǎn)生。

第75頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院761.3.3.3單元切屑單元(粒狀)切屑在擠裂(節(jié)狀)切屑產(chǎn)生的前提下,當(dāng)進(jìn)一步降低切削速度，增大進(jìn)給量，減小前角時則出現(xiàn)單元(粒狀)切屑。1.3.3.4崩碎切屑崩碎切屑切削脆性金屬(鑄鐵)時，常見的呈不規(guī)則細(xì)粒狀的切屑。產(chǎn)生這種切屑會使切削過程不平穩(wěn)，易損壞刀具，使已加工表面粗糙。工件材料越是脆硬、進(jìn)給量越大則越容易產(chǎn)生這種切屑。第76頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院77作業(yè)：P515、6、7、9、10第77頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院78第五講金屬切削原理第78頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院791.4切削力【切削力】切削時，刀具切入工件，使被加工材料變形成為切屑所需的力。【來源】加工材料的彈塑性變形抗力和切屑、工件表面對刀具表面的摩擦力?！疽饬x】研究切削力對刀具、夾具的設(shè)計和使用具有重要的意義。第79頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院801.4.1切削力的分析【定義】切削過程中，刀具施加于工件使工件材料產(chǎn)生變形，并使多余材料變?yōu)榍行妓璧牧ΨQ為切削力。

為了研究方便，將作用于刀具上的切削合力分解為相互垂直的Fc、Ff、Fp.Fc：切削力,切于過渡表面,與基面垂直。作用：計算刀具和機(jī)床強(qiáng)度,確定機(jī)床功率Ff：進(jìn)給力,在基面內(nèi),與進(jìn)給方向相反.作用：用于設(shè)計機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)和確定進(jìn)給功率Fp：背向力,在基面內(nèi),與進(jìn)給方向垂直。作用：計算工件撓度和刀具、機(jī)床零件的強(qiáng)度第80頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院811.4.2切削力與切削功率的計算1.4.2.1指數(shù)形式的切削力經(jīng)驗公式第81頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院821.4.2.2用切削層單位面積切削力計算切削力【經(jīng)驗公式】車削普通鋼材時三個力的比例大約為第82頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院831.4.2.3工作功率計算【定義】消耗在切削加工過程中的功率(Pe)，可以分解成切削功率(Pc)和進(jìn)給功率(Pf)。切削功率Pc是用于核算加工成本和計算能量消耗，并在設(shè)計機(jī)床時根據(jù)它來選擇機(jī)床主電動機(jī)功率。【計算公式】

主運動消耗的切削功率Pc＝Fcυc/60×10-3（kW）機(jī)床電機(jī)功率Pm=Pc／ηm（ηm＝0.75～0.85）。第83頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院841.4.3影響切削力的因素

1.4.3.1工件材料的影響工件材料的硬度和強(qiáng)度越高，產(chǎn)生的切削力會越大；工件材料強(qiáng)度相同時，塑性和韌性越高，切削變形越大，切屑與刀具間摩擦增加，切削力會越大。切削鑄鐵時變形小，摩擦小，故產(chǎn)生的切削力小。第84頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院851.4.3.2切削用量的影響進(jìn)給量、背吃刀量增大，都會使切削力增大，而實際上背吃刀量對切削力的影響要比進(jìn)給量大。其主要原因在于，αp增大一倍時，切削厚度不變，而切削寬度則增大一倍，切削刃上的切削負(fù)荷也隨之增大一倍，即變形力和摩擦成倍增加，最終導(dǎo)致了切削力以成倍增加；f增大一倍時，切削寬度不變，只是切削厚度增大一倍，平均變形減小，故切削力增加不到一倍。在切削力經(jīng)驗公式中，加工各種材料，αp的指數(shù)約等于1，而f的指數(shù)yFc只有0.75~0.9。因此，在切削加工中，如果從切削力和切削功率來考慮，加大進(jìn)給量比加大切削深度有利。第85頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院861.4.3.3刀具幾何參數(shù)的影響前角的影響:γo↑→切削變形↓→切削力↓(塑性材料)負(fù)倒棱的影響：負(fù)倒棱參數(shù)大大提高了正前角刀具的刃口強(qiáng)度，但同時也增加了負(fù)倒棱前角(負(fù)前角)參加切削的比例，負(fù)前角的絕對值↑→切削變形程度↑→切削力↑；主偏角的影響對Fc的影響較小（影響程度不超過10%），而對背向力和進(jìn)給力的影響較大

Fp=FDcosKrFf=FDSinKr

Kr↑→Fp↓,Ff↑刃傾角的影響：

λs↑→Fp↓,Ff↓,Fc基本不變刀尖圓弧半徑rε↑→切削刃圓弧部分的長度↑→切削變形↑→切削力↑。此外rε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。第86頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院871.4.3.3刀具幾何參數(shù)的影響第87頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院881.4.3.4刀具材料的影響主要是刀具材料與工件材料的摩擦系數(shù)的影響通常按照CBN，陶瓷，涂層硬質(zhì)合金，高速鋼的順序切削力依次增大。1.4.3.5切削液的影響切削液具有潤滑作用，使得切削力降低。切削液的潤滑作用愈好，切削力的降低愈顯著。在較低的切削速度下，切削液的潤滑作用更為突出。第88頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院891.4.3.6刀具后刀面磨損的影響刀具后刀面磨損帶寬愈大，切削力愈大。VB對背向力Fp影響最顯著。第89頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院901.5切削熱和切削溫度

切削熱是切削過程的重要物理現(xiàn)象之一。切削溫度影響工件材料的性能、前刀面上的摩擦系數(shù)和切削力的大小，影響刀具磨損和刀具耐用度，影響積屑瘤的產(chǎn)生和已加工表面質(zhì)量，也影響工藝系統(tǒng)的熱變形和加工精度。因此，研究切削熱和切削溫度具有重要的實際意義。第90頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院911.5.1切削熱的產(chǎn)生和傳出

金屬切削過程的三個變形區(qū)就是產(chǎn)生切削熱的三個熱源。在這三個變形區(qū)中，刀具克服金屬彈、塑性變形抗力所作的功和克服摩擦抗力所作的功，絕大部分轉(zhuǎn)化為切削熱。并通過切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)向外傳出切削過程中消耗的能量有98~99%轉(zhuǎn)換為熱能，因此近似認(rèn)為單位時間內(nèi)產(chǎn)生的切削熱q等于切削功率Pc。第91頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院921.5.1切削熱的產(chǎn)生和傳出

可見：背吃刀量ap增加一倍，q也增加一倍；切削速度vc對q的影響次之；進(jìn)給量f的影響最小；其他因素對q的影響與對Fc的影響相似。

第92頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院93切削溫度【定義】指前刀面與切屑接觸區(qū)內(nèi)的平均溫度。它由切削熱的產(chǎn)生和傳出的平衡條件所決定，產(chǎn)生的熱越多，傳出的熱越慢，切削溫度越高，反之，切削溫度越低?！窘Y(jié)論】凡是增大切削力和切削功率的因素都會使切削溫度上升；有利于切削熱傳出的因素都會使切削溫度降低。第93頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院941.5.2影響切削溫度的主要因素1.5.2.1切削用量的影響切削速度對切削溫度影響最大進(jìn)給量次之背吃刀量最小第94頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院951.5.2.2刀具幾何參數(shù)的影響1)前角γo↑→塑性變形和摩擦↓→切削溫度↓（圖）。但前角不能太大，否則刀具切削部分的楔角過小，容熱、散熱體積減小，切削溫度反而上升。

2)主偏角κr↑→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）。3）刀具負(fù)倒棱和刀尖圓弧半徑對切削溫度影響較小。第95頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院961.5.2.3工件材料的影響材料的強(qiáng)度、硬度越高，則切削抗力越大，消耗的功越多，產(chǎn)生的熱就越多；導(dǎo)熱系數(shù)越小，傳散的熱越少，切削區(qū)的切削溫度就越高。1.5.2.4刀具磨損的影響刀具磨損越大，切削溫度越高切削速度越大，磨損加劇，溫度越大1.5.2.5切削液的影響澆注切削液對降低切削溫度、減少刀具磨損和提高已加工表面質(zhì)量有明顯的效果。切削液的熱導(dǎo)率、比熱容和流量愈大，切削溫度愈低。切削液本身溫度越低，其冷卻效果愈顯著。第96頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院97

1.6刀具磨損和刀具耐用度

1.6.1刀具的磨損形式【定義】刀具在切削金屬，切下切屑的同時，其本身也將發(fā)生鈍化，而失去切削能力，稱刀具的磨損?！驹颉康毒咧饾u磨蝕（正常磨損）刀具隨機(jī)破損（非正常磨損）【影響】刀具的鈍化達(dá)到一定的程度時，如繼續(xù)使用，就會使Fr急劇上升，甚至引起振動刀具的磨損使工件加工精度下降，表面質(zhì)量顯著惡化，刀具材料消耗增加，使加工不能正常進(jìn)行。第97頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院98磨損形式1.6.1.1前刀面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(jīng)常會磨出一個月牙洼，用KT表示第98頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院991.6.1.2后刀面磨損加工脆性材料或在切削速度較低、切削厚度較小（hD＜0．1mm），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。1.6.1.3邊界磨損切削鋼料時，常常在主切削刃和副切削刃與工件待加工或已加工表面接觸處磨出較深的溝紋，其磨損寬度大于B區(qū)，這種磨損稱為邊界磨損。邊界磨損主要是由于工件在邊界處的加工硬化層、硬質(zhì)點和刀具在邊界處的較大應(yīng)力梯度和溫度梯度所造成的。加工鑄、鍛等外皮粗糙的工件，也容易發(fā)生邊界磨損。第99頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院1001.6.2刀具磨損的原因刀具正常磨損的原因是機(jī)械磨損，熱、化學(xué)磨損。前者是由工件材料中硬質(zhì)點的刻劃作用引起的，后者則是由黏結(jié)、擴(kuò)散、腐蝕等引起的磨損。1.6.2.1磨料磨損（硬質(zhì)點磨損）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(zhì)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。1.6.2.2粘結(jié)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(qiáng)烈的摩擦，形成新鮮表面接觸而發(fā)生冷焊粘結(jié)。由于切屑在滑移過程中產(chǎn)生剪切破壞，帶走刀具材料，從而造成粘結(jié)磨損。

第100頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院1011.6.2.3擴(kuò)散磨損熱作用的磨損，切削高溫下刀具與工件的接觸面間到分子能量很大，各個原子會在固態(tài)下發(fā)生相互擴(kuò)散，從而改變刀具材料的成分結(jié)構(gòu)，使刀具表層變脆而發(fā)生擴(kuò)散磨損擴(kuò)散磨損隨切削溫度的上升而按照指數(shù)規(guī)律迅速增大切削速度增大，擴(kuò)散磨損增大1.6.2.4化學(xué)磨損切削高溫高壓，以及新鮮表面極易氧化，使表面層硬度降低，從而加劇刀具磨損化學(xué)磨損是造成邊界磨損的原因之一其他磨損熱電磨損，相變磨損第101頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院1021.6.3刀具的磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)1.6.3.1刀具磨損的過程初期磨損階段正常磨損階段急劇磨損階段第102頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院1031.6.3.2刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)【定義】刀具磨損到一定限度后就不能繼續(xù)使用，此磨損限度稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以1/2背吃刀量處的后刀面上測定的磨損帶寬度VB作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)自動化生產(chǎn)和精加工刀具，常以工件徑向的刀具磨損尺寸NB作為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)第103頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院1041.6.4刀具耐用度刀具耐用度的定義：由刃磨后開始切削，一直到磨損量達(dá)到刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)過的總切削時間。以徑向磨損量NB作為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所確定的耐用度稱為尺寸耐用度。泰勒刀具耐用度方程式m越小，Vc對T的影響越大第104頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院105刀具耐用度方程式

綜合上兩式可得切削用量與T的一般關(guān)系式用YT15硬質(zhì)合金車刀切削碳鋼時，切削用量與T的關(guān)系為

第105頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月切削用量選擇原則在選擇切削用量以提高生產(chǎn)率時，首先盡量選用大的背吃刀量ap其次根據(jù)加工條件和加工要求允許的最大進(jìn)給量f最后在刀具耐用度和機(jī)床功率所允許的情況下選擇最大的切削速度vc西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院106第106頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院107作業(yè)

P51

第107頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院108

1.7工件材料的切削加工性

1.7.1材料切削加工性的概念【定義】工件材料的切削加工的難易程度。當(dāng)被切削工件難加工時，切削加工性差（低）；反之，切削加工性好（高）。第108頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月西安