机械制造技术基础课件第二章.ppt

1、第二章第二章2.1 2.1 刀具的结构刀具的结构2.2 2.2 刀具材料刀具材料2.3 2.3 金属切削过程及其物理现象金属切削过程及其物理现象2.4 2.4 切削力与切削功率切削力与切削功率2.5 2.5 切削热与切削温度切削热与切削温度2.6 2.6 刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命2.7 2.7 切削用量的选择及工件材料加工性切削用量的选择及工件材料加工性2.12.1刀具的结构刀具的结构2.1.1切削运动与切削要素 金属切削加工时，刀具与工件之间的相对运动，称为切削运动。切削运动可分为主运动和进给运动。以图1-1所示车削外圆为例来研究切削运动。图1-1 切削运动和工件表面2.1.1.

2、1 2.1.1.1 主运动主运动 主运动是切削时的主要运动。主运动可以由刀具完成,也可以由工件完成，其运动形式通常为旋转运动或直线运动,如车削时工件的旋转运动，铣削时铣刀的旋转运动，钻削时钻头的旋转运动。一般地讲，主运动的速度最高，消耗的功率也最大，主运动只有一个。2.1 刀具的结构刀具的结构2.1 刀具的结构刀具的结构2.1.1.2 2.1.1.2 进给运动进给运动 进给运动是将被切削金属层不断地投入切削，以切除工件表面上全部余量的运动。进给运动可以有一个或几个。进给运动由刀具或工件完成，如车削外圆时车刀平行于工件轴线的纵向运动。其运动形式一般有直线、旋转或两者的合成运动，它可以是连续的或断

3、续的，消耗的功率也比主运动要小得多。2.1 刀具的结构刀具的结构 2.1.2 2.1.2 切削要素切削要素 2.1.2.1切削用量 它包括切削速度、进给量和切削深度三个要素。（1）切削速度 切削速度是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动的速度。当主运动为2.1 刀具的结构刀具的结构 旋转运动时，刀具或工件最大直径处的切削速度 由下式确定式中 v 切削速度（m/min）或（m/s）；d 完 成 主 运 动 的 刀 具 或 工 件 的 最 大 直 径 （mm）；n 主运动的转速（r/min）或（r/s）。当主运动为往复直线运动（如刨削），则式中 L 往复直线运动的行程速度（mm）；主运动每秒或每分

4、钟的往复次数（st/min）或 （st/s）。1000dnv21 0 0 0rL nvrn2.1 刀具的结构刀具的结构 （2）进给量 进给量是工件或刀具的主运动每转或每一行程时，刀具切削刃相对工件在进给运动方向上的移动量。车削时的进给量 是工件每转一转，切削刃沿进给方向的移动量，单位为mm/r，其进给速度 为 式中 进给速(mm/min）或（mm/s）。对于铣刀、铰刀等多齿刀具，还规定每齿进给量，即多齿刀具每转或每行程中每齿相对于工件在进给运动方向上的相对位移，单位为mm/z 。fffvfvn ffv2.1 刀具的结构刀具的结构 3）背刀量 背刀量是指待加工表面与已加工表面之间的垂直距 离。车

5、削时 式中 切削深度（mm）；工件待加工表面直径（mm）；工件已加工表面直径（mm）。2.1.2.2 切削层参数 切削时，沿进给运动方向移动一个进给量所切除的金属层称为金属切削层。通过切削刃基点（通常指主切削刃工作长度的中点）并垂直于该点主运动方向的平面，称为切削层尺寸平面。在切削层尺寸平面内测定的切削层尺寸几何参数则称为切削层尺寸平面要素。现将各切削层参数的定义说明如下：pa2wmpddapawdmd2.1 刀具的结构刀具的结构（1）切削宽度 沿主切削方向度量的切削层尺寸。车外圆时（2）切削层公称厚度 它是指在同一瞬间的切削层横截面积与其公称切削层宽度之比。即rcfasinrpwaasin/

6、（3）切削面积切削层垂直与切削速度截面内的面积。pcwfaaaAc2.1 刀具的结构刀具的结构2.1.2 刀具角度 1.刀具切削部分的组成 车刀由切削部分和刀柄组成。其中起切削作用的部分称切削部分，夹持部分称刀柄。图1-4表示了普通外圆车刀的组成情况1-刀柄 2-主切削刃 3-主后刀面 4-切削部分 5-刀尖 6-副后刀面 7-副切削刃 8-前刀面图1-4 车刀的组成部分及各部分名称2.1 刀具的结构刀具的结构 切削部分由不同刀面和切削刃构成。现分述如下：（1）刀具表面 前刀面 刀具上切屑沿其流出的表面。主后刀面 刀具上同前刀面相交形成主切削刃的表面，也是切削过程中与过渡表面相对的刀具表面。副

7、后刀面 刀具上同前刀面相交形成副切削刃的表面，也是切削过程中与已加工表面相对的刀具表面。rAAA2.1 刀具的结构刀具的结构 （2）切削刃及刀尖 主切削刃 刀具前刀面与主后刀面的交线。它承担着主要的切削工作。副切削刃 刀具前刀面与副后刀面的交线。它的一小部分也参与切削，主要起修光作用。刀尖是主切削刃与副切削刃的交点。实际上刀尖是一段圆弧过渡刃。SA2.1 刀具的结构刀具的结构2.刀具的参考系 （1）基面,通过主切削刃选定点并垂直于该点切削速度的平面。（2）切削平面,通过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。对应于主切削刃和副切削刃的切削平面分别称为主切削平面 和副切削平面 。（3）正交平

8、面,通过主切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。2.1 刀具的结构刀具的结构3.刀具标注角度 车刀的主要角度有前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角等，如图1-6所示图1-6 车刀的主要角度 2.1 刀具的结构刀具的结构 （1）前角,在正交平面中测量的前刀面与基面之间的夹角。当前刀面与切削平面夹角小于90时，前角为正，大于90时，前角为负。主要影响主切削刃的锋利程度和刃口强度。（2）后角,在正交平面中测量的主后刀面与切削平面间的夹角。当后刀面与基面间的夹角小于90时，后角为正值，大于90时，后角为负值。主要影响刀具主后刀面与工件表面之间的摩擦，并配合前角改变切削刃的锋利程度与刃口强度。（3

9、）主偏角,在基面中测量的主切削平面与假定工作平面间的夹角。主要影响切削刃工作长度和背向力的大小。（4）副偏角,在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹角。主要影响已加工表面的粗糙度。2.1 刀具的结构刀具的结构（5）刃倾角,在切削平面中测量的主切削刃与基面之间的夹角。刃倾角主要影响切屑流向及刀尖强度。当刀尖相对车刀刀柄安装面处于最高点时，刃倾角为正值；刀尖处于最低点时，刃倾角为负值；当切削刃平行于刀柄安装面时，刃倾角为零度，此时切削刃在基面内。刃倾角对排屑的影响如图1-7所示。图1-7 刃倾角及其对排屑方向的影响2.1 刀具的结构刀具的结构 4.刀具工作角度 工作前角 在工作正交平面 内测

10、量的工作基面与前刀面间的夹角。工作后角 在工作正交平面 内测量的工作切削平面与后刀面间的夹角。工作侧前角 在工作平面 内测量的工作基面与刀具前刀面间的夹角。工作侧后角 在工作平面 内测量的工作切削平面与刀具后刀面间的夹角。oeoePoePoefefePfePfe2.1 刀具的结构刀具的结构 图1-8 外圆车刀背平面中刀尖位置对工作角度的影响 a）刀尖高于工件中心 b）刀尖低于工件中心2.1 刀具的结构刀具的结构 车外圆时，如图1-8（a）所示，当刀尖安装位置高于工件中心时，过刀尖M点的工作基面应和M点的切削速度方向垂直，而不再平行于刀柄安装平面。过刀尖M点的工作切削平面应和M点的切削速度方向一

11、致，即和过M点的圆周面相切，而不再垂直于刀柄安装平面。它们相对于刀具静止参考系中的基面 和切削平面 转过了 角，从而使工作背前角 比背前角 增大 角，工作背后角 比背后角 【减小 角。当刀尖安装位置低于工作中心时，则情况相反，【增大 角，减小 角，如图1-8（b）所示。2.1 刀具的结构刀具的结构2.1.3 刀具的种类刀具的种类 生产中所使用的刀具种类很多，按加工方式和具体用途分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型；按所用材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金刚石刀具等；按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具

12、和复合刀具等；按是否标准化分为标准刀具和非标准刀具等。常用刀具具体的结构、特点及使用等将后续章节中介绍。2.2 刀具材料刀具材料 2.2.1 刀具材料刀具材料 刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、已加工表面质量和加工成本等，所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。2.2.1.1 刀具材料应具备的性能 金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相接触，承受着很大的切削压力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦，产生很高的切削温度。即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此，刀具切削部分材料应具备以下基本性能2.2 刀具材料刀具材料（1）硬度高 刀具材料

13、的硬度必须高于被加工材料的硬度。一般要求刀具材料的常温硬度必须HRC62以上。（2）足够的强度和韧性 刀具切削部分的材料在切削时承受着很大的切削力和冲击力，因此刀具材料必须要有足够的强度和韧性。（3）耐磨性和耐热性好 刀具在切削时承受着剧烈的摩擦，因此刀具材料应具有较强的耐磨性。刀具材料的耐磨性和耐热性有着密切的关系，其耐热性通常用它在高温下保持较高硬度的能力来衡量（热硬性）。耐热性越好，允许的切削速度越高。2.2 刀具材料刀具材料 （4）导热性好 刀具材料的导热性用热导率单位为 表示。热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。（5）具有良好

14、的工艺性和经济性 既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理性能、焊接性能等要好，且又要资源丰富，价格低廉。2.2 刀具材料刀具材料 2.2.1.2 2.2.1.2 常用刀具材料常用刀具材料 刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料等五大类。常用刀具材料的主要性能及用途见表1-1种类常用牌号硬度HRC（HRA）抗弯强度（GP）热硬性（C）工艺性能用途碳 素工 具钢T8A、T10AT12A6064（8 1 83）2.452.752 0 0 250可冷热加工成形，刃磨性能好用于手动工具，如锉刀、锯条、錾子等合 金工 具钢9 s i c i、CiWMn6065（8 1 84）2.

15、452.752 5 0 300可冷热加工成形，刃磨性能好，热处理变形小用于低速成形刀具，如丝锥、板牙、铰刀等表1-1常用刀具材料的主要性能及用途2.2 刀具材料刀具材料 表1-1常用刀具材料的主要性能及用途高 速钢W9Mo3Cr4V、W6Mo5CrV26369（8287）3.434.415 5 0 600可 冷 热 加 工成 形，刃 磨性 能 好，热处理变形小用于机动复杂的中速刀具，如钻头、铣刀、齿轮刀具等硬质合金（YG类）K类（YT类）P类（YW类）M类6981（8993）1.082.168 0 0 1100粉 未 冶 金 成形，只 能 磨削 加 工 不 能热 处 理，多镶 片 使 用，较脆

16、 用于机动简单的高速切削刀具，如车刀、刨刀、铣刀刀片陶瓷S G 4、AT6（9394）15002100HV0.4 1.1151200压 制 烧 结 成形，只 能 磨削 加 工，不需 热 处 理，脆 性 略 大 于硬质合金多用于车刀，适宜精加工连续切削2.2 刀具材料刀具材料 表1-1常用刀具材料的主要性能及用途立 方碳 化硼（CBN）FD、LBN-Y73007400HV0.570.8112001500高温高压烧结成形，硬度高于陶瓷，极脆，可用金刚石砂轮磨削，不需热处理用于加工高硬度、高强度材料（特别是铁族材料）人 造金 刚石10000HV0.421.07 0 0 800硬度高于CBN，极脆用于

17、有色金属的高精度、低粗糙度切削，也用于非金属精密加工，不切削铁族金属2.2 刀具材料刀具材料（1）高速钢 高速钢是一种含钨（W）、钼（MO）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素较多的高合金工具钢。由于合金元素与碳原子的结合力很强，使钢在550600时仍能保持高硬度，从而使切削速度比碳素工具钢和合金工具钢成倍提高，故得名“高速钢”，又名“风钢”或“锋钢”。高速钢刀具制造工艺简单，容易磨出锋利的刃口，广泛用于制造切削速度较高、形状复杂的刀具，如钻头、丝锥、成形刀具、拉刀及齿轮刀具等。高速钢按化学成分可分为钨系、钼系（含MO2%以上）；按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢。2.2 刀具材料刀具材料

18、普通高速钢 普通高速钢指用来加工一般工程材料的高速钢，常用的牌号有：a）W18Cr4V（简称W18）属钨系高速钢，具有较好的切削性能，是我国最常用的一种高速钢。b）W6Mo5Cr4V2（简称M2）属钼系高速钢，碳化物分布均匀性、韧性和高温塑性均超过W18Cr4V，但其磨削性能较差，我国目前主要用于热轧刀具，如麻花钻等。c）W9Mo3Cr4V（简称W9）是一种含钨量较多，含钼量较少的钨钼系高速钢。其碳化物不均匀性介于W18和M2之间，但抗弯强度和冲击韧度高于M2。具有较好的硬度和韧性，其热塑性也很好，可用于制造各种刀具（如锯条、钻头、拉刀、铣刀、齿轮刀具等）。2.2 刀具材料刀具材料高性能高速钢

19、 高性能高速钢是在普通高速钢的基础上，用调整其基本化学成分和添加一些其它合金元素（如钒、钴、铅、硅、铌等）的办法，着重提高其耐热性和耐磨性而衍生出来的。它主要用来加工不锈钢、耐热钢、高温合金和超高强度钢等难加工材料。主要有以下几种：a）钴高速钢钴高速钢是在高速钢中加入钴，常用牌号是W2Mo9Cr4Co8（简称M42），具有良好的综合性能，允许的切削速度较高，有一定的韧性，可磨削性好，可用于切削高温合金、不锈钢等难加工材料。2.2 刀具材料刀具材料b）铝高速钢 是我国独创的钢种，加入了少量的铝不但提高了钢的耐热性和耐磨性，而且还能防止含碳量高引起的强度、韧性下降。但由于含钒量较多，其磨削加工性较

20、差，过热敏感性强，氧化脱碳倾向较大，使用时要严格掌握热处理工艺。常用牌号有W6Mo5Cr4V2Al（简称501）和W10Mo4Cr4V3Al（简称5F6）（2）硬质合金 硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC、NbC、TaC等）作硬质相，用钴、钼或镍等作粘结相，研制成粉末，按一定比例混合，压制成型，在高温高压下烧结而成。2.2 刀具材料刀具材料 钨钴类硬质合金 由WC和Co组成，代号为YG。常温硬度为8991HRA，耐热性达800900，适用于加工切屑呈崩碎状的脆性材料。常用牌号有YG3、YG6和YG8等，其中数字表示含Co的百分比，其余为含WC的百分比。钴在硬质合金中起粘结作用

21、，含Co愈多的硬质合金韧性愈好，所以YG8适于粗加工和断续切削，YG6适于半精加工，YG3适于精加工和连续切削。2.2 刀具材料刀具材料 钨钛钴类硬质合金 由WC、TiC和Co组成，代号为YT。此类硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性（9001000）均比YG类合金高，但抗弯强度和冲击韧度降低。主要适于加工切屑呈带状的钢料等韧性材料。常用牌号有YT30、YT15和YT5等，数字表示含TiC的百分比。故YT30适于对钢料的精加工和连续切削，YT15适于半精加工，YT5适于粗加工和断续切削。2.2 刀具材料刀具材料（3）其它刀具材料 陶瓷材料 陶瓷刀具材料的主要成分是硬度和熔点都很高的Al2O3、Si3

22、N4等氧化物、氮化物，再加入少量的金属碳化物、氧化物或纯金属等添加剂。也是采用粉末冶金工艺方法经制粉，压制烧结而成。陶瓷刀具有很高的硬度（9195HRA）和耐磨性，刀具耐用度高；有很好的高温性能，化学稳定性好，与金属亲和力小，抗粘结和抗扩散能力好；具有较低的摩擦系数，在高速精车和精密铣削时，被加工工件可获得镜面效果。陶瓷刀具的最大缺点是脆性大，抗弯强度和冲击韧度低，承受冲击负荷的能力差。主要用于对钢料、铸铁、高硬材料（如淬火钢等）连续切削的半精加工或精加工。2.2 刀具材料刀具材料 人造金刚石 人造金刚石是在高温高压和金属触媒作用的条件下，由石墨转化而成。金刚石刀具的性能特点是：有极高的硬度和

23、耐磨性，切削刃非常锋利，有很高的导热性。但耐热性较差，且强度很低。主要用于高速条件下精细车削及镗削有色金属及其合金和非金属材料。但由于金刚石中的碳原子和铁有很强的化学亲合力，故金刚石刀具不适合加工铁族材料。2.2 刀具材料刀具材料 立方氮化硼（简称CBN）是用六方氮化硼（俗称白石墨）为原料，利用超高温高压技术，继人造金刚石之后人工合成的又一种新型无机超硬材料。其主要性能特点是：硬度高（高达80009000HV），耐磨性好，能在较高切削速度下保持加工精。热稳定性好，化学稳定性好，且有较高的热导率和较小的摩擦系数，但其强度和韧性较差。主要用于对高温合金、淬硬钢、冷硬铸铁等材料进行半精加工和精加工。

24、2.3 金属切削过程及其物理现象金属切削过程及其物理现象 2.3.1 金属切削过程的变形区 实验表明，金属的切削过程实质上是被切削金属层在刀具前刀面挤压作用下产生剪切滑移的塑性变形过程。通常把切削过程的塑性变形划分为三个变形区，如图2-13 所示。2.3 金属切削过程及其物理现象金属切削过程及其物理现象 2.3.1.1 第变形区 切削刃前方的变形区。被切削金属层在刀具前面的挤压作用下，即沿图1-13中的OA曲线发生剪切滑移，直至OM曲线滑移终止，被切削金属层与材料母体脱离而成为切屑沿刀具前面流出。曲线OAMO所包围的区域就称为第一变形区（又称剪切滑移区）。它是金属切削过程中主要的变形区，消耗大

25、部分功率并产生大量的切削热，常用它来说明切削过程的变化情况。2.3 金属切削过程及其物理现象金属切削过程及其物理现象 2.3.1.2 第变形区 与刀具前刀面接触的切屑底层变形区。切屑沿前刀面滑移排出时紧贴前刀面的底层金属进一步受到前刀面的挤压阻滞和摩擦，再次产生剪切滑移变形而纤维化。由于受前刀面的挤压和摩擦，该区域金属流动速度较上层略缓，甚至会滞留在前刀面上，形成积屑瘤。2.3.1.3 第变形区 第变形区是指工件过渡表面和已加工表面金属层受切削刃钝圆部分和刀具后刀面的挤压和摩擦产生塑性变形的区域，造成表层金属的纤维化和加工硬化。该区的挤压和摩擦状况与工件已加工表面质量密切相关。2.3 金属切削

26、过程及其物理现象金属切削过程及其物理现象 以上分别讨论了三个变形区各自的特征，但是，三个变形区之间是互相联系又互相影响的。金属切削过程中的许多物理现象都各三个变形区的变形密切相关。1.3.2 切屑种类切屑种类 常见的切屑有四种，如图1-14所示 图1-14 切屑形态（a）带状切屑 （b）节状切屑 （c）单元切屑 （d）崩碎切屑2.3 金属切削过程及其物理现象金属切削过程及其物理现象 2.3.2.1 带状切屑 这是一种最常见的连续状切屑。其底面光滑，上表面呈毛茸状。一般切削塑性较好的金属材料，采用较大的前角、较高的切削速度、较小的进给量和吃刀深度时，容易形成带状切屑，如图1-14（a）所示。形成

27、带状切屑时，切削力比较稳定，加工表面比较光洁，但切屑连续不断，会缠绕在刀具或工件上，不够安全或可能划伤已加工表面，因此要注意采取断屑措施。2.3 金属切削过程及其物理现象金属切削过程及其物理现象 2.3.2.2 节状切屑 这类切屑的上表面呈锯齿状，底面有时出现裂纹，如图1-14（b）所示。一般在采用较低的切削速度和较大的进给量粗加工中等硬度的钢材时，容易得到节状切屑。由于形成这类切屑时变形较大，切削力波动较大，因此，工件表面比较粗糙。2.3.2.3 单元切屑（又称粒状切屑）切削塑性很大的材料时（如铅、退火铝、紫铜等），切屑易粘在刀具的前刀面上，不易流出，裂纹扩展到整个剪切面上，使整个单元被切断

28、，而形成此类切屑，如图1-14（C）所示。当出现这类切屑时，切削力波动很大，切削过程不平稳，已加工表面的粗糙度值增加。2.3 金属切削过程及其物理现象金属切削过程及其物理现象 2.3.2.4 崩碎切屑 在切削脆性金属材料（如铸铁、黄铜等）时，由于材料的塑性很小，切削层金属崩碎而成为不规则的切屑，即为崩碎切屑，如图1-14（d）所示。工件材料越硬，切削层公称厚度越大就越容易形成崩碎切屑，这时的切削力变化较大。同时，由于刀具与切屑之间接触长度短，切削力和切削热都主要集中在主切削刃和刀尖附近，刀尖容易磨损，并易产生振动，影响表面质量。2.3 金属切削过程及其物理现象金属切削过程及其物理现象 前三种类

29、型的切屑，一般是在切削塑性金属材料时产生的，在形成节状切屑条件下，减小刀具前角或增大切削层公称厚度，并采用很低的切削速度就可形成单元切屑；反之，增大刀具前角、提高切削速度、减小切削层公称厚度则可形成带状切屑，使加工表面较为光洁。也就是说，切屑的形态是可以随切削条件的不同而转化的。在生产中，常根据具体情况采取不同的措施来得到需要的切屑，以保证切削加工的顺利进行。2.4 切削力与切削功率切削力与切削功率 2.4.1 2.4.1 切削力切削力 在金属切削加工时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力称为切削力。2.4.1.1 切削力的来源 切削时作用在刀具上的力主要来自两个方面：（1）克服被加工材料对前、

30、后刀面弹性、塑性变形抗力；（2）克服切屑、工件与前、后刀面间的摩擦力。图1-15 外圆车削时总切削力的分解2.4 切削力与切削功率切削力与切削功率 （1）主切削力（切向力）总切削力 在主运动方向上的分力，它与切削速度方向一致，大小约占总切削力的8090。是计算机床动力、主传动系统零件和刀具强度及刚度的主要依据。（2）进给力（轴向力）总切削力 在进给运动方向上的分力，是设计和验算机床进给机构的原始数据。进给力也做功，但只占总功率的15。2.4 切削力与切削功率切削力与切削功率（3）背向力（径向力）总切削力 在吃刀深度方向上的分力，它一般作用在工件刚性系统较弱的方向上，容易使工件弯曲变形，对工件精

31、度影响较大，且 大时易产生振动。由于 、三者互相垂直，所以总切削力与它们之间的关系为cFfFpFpFFpF222cpfFFFF2.4 切削力与切削功率切削力与切削功率 2.4.1.2 切削力经验公式 目前在生产实际中切削力的计算公式可分为两类：一类是指数公式；一类是按单位切削力进行计算的公式。现分述如下：（1）计算切削力的指数公式 主切削力 的实验公式 式中 吃刀深度 对切削力 的影响指数；进给量 对切削力 的影响指数；实际切削条件与实验条件不同时的总修正系数，它是各项条件修正系数的乘积；在一定切削条件下与工件材料有关的系数。FFCCCCXYcFPFFC afKcFCFXCFYCFKCFCPa

32、cFf2.4 切削力与切削功率切削力与切削功率 同样，分力 、等也可写成上式的形式。但一般多根据 进行估算。当 、时，有以下近似关系 =（0.40.5）=（0.30.4）（2）用单位切削力估算切削力的方法 所谓单位切削力,就是指切削单位面积所需要的切削力,用 表示,单位来Mpa（即N/mm2）。pFpFfFfFcFcF45r0S 015CKCCPFK a f2.5 切削热与切削温度切削热与切削温度 2.5.1 切削热与切削温度切削热与切削温度 2.5.1.1 切削热 金属切削中所消耗的功绝大部分（9899）转换为热能，称之为切削热。切削热来自三个变形区域，如图1-17所示。图1-17 切削热的

33、来源与传散2.5 切削热与切削温度切削热与切削温度 zxy 随着刀具材料、工件材料、切削条件的不同，三个热源的发热量亦不相同。第一变形区（剪切区）产生的热量最多，约占7080。第二变形区产生的热量约占2030。刀具后刀面与过渡表面和已加工表面的摩擦产生的热量较小，但是当刀具磨钝后产生的摩擦热将急剧增加。切削热产生以后，由切屑、工件、刀具及周围的介质（如空气等）传散出去。各部分传热的比例取决于工件材料、切削速度、刀具材料及刀具几何形状等。实验显示，车削时的切削热主要是由切屑传出的。传入切屑及周围介质的热量对加工没有影响，越多越好。传入刀具的热量虽不是很多，但由于刀头体积小，特别是在高速切削时，切

34、屑与前刀面发生连续且强烈的摩擦，因此刀2.5 切削热与切削温度切削热与切削温度头上局部的温度最高可达1000以上，使刀头材料软化，加速磨损，缩短刀具使用寿命，影响加工质量。传入工件的热量，可能使工件变形，产生形状和尺寸误差，对于细长轴及薄壁零件的影响尤为显著。2.5.1.2 切削温度 切削热是通过切削温度对工件和刀具产生作用的。通常所说的切削温度，是指刀具前刀面与切屑接触区的平均温度，该区域温度的高低既取决于单位时间内切削热量产生的多少，又与单位时间传散出去热量的多少有关。研究切削温度的目的在于设法控制刀具上的最高温度，以延长刀具的使用寿命。2.5 切削热与切削温度切削热与切削温度 图2-18

35、（a）所示为某切削条件时用人工热电偶法测得的温度分布场。由图可见，切削温度分布极不均匀，在切屑中，底层温度最高；在刀具中，靠近切削刃处（约1mm）温度最高；在工件中，切削刃附近温度最高。如图1-18（b）所示为刀具前刀面上的切削温度分布图。（a）（b）图1-18 切削温度的分布（图中数字为温度，单位为）（a）刀具、切屑和工件的温度分布 （b）刀具前刀面上的温度分布2.5 切削热与切削温度切削热与切削温度 切削钢料时，切屑表层产生一层氧化膜，它的颜色随切削温度的高低而变化，可从切屑的颜色大致判断切削温度的高低。300以下切屑呈银白色；400左右呈黄色；500左右呈深兰色；600左右呈紫黑色。2.

36、5.2 影响切削温度的因素 （1）工件材料的影响 工件材料的强度和硬度愈高，切削力愈大，产生的热量多，切削温度自然会升高。此外，工件材料的热导率越低，散给切屑和工件本体的热量越少，而传给刀具的热量就越多，切削温度也就越高。2.5 切削热与切削温度切削热与切削温度（2）切削用量的影响 切削用量对切削温度的影响规律是：切削用量增加，切削温度增高。切削速度 对切削温度影响最大；进给量次之；吃刀深度 影响最小。这是因为 增大后，切屑与刀具接触面积以相同比例增大，散热条件改善明显；增大后，使切屑与刀具前刀面接触长度增加，散热条件也有所改善；增大后，刀具前、后刀面与切屑、工件之间的摩擦工件之间的摩擦剧增，

37、切屑与前刀面接触长度减小且时间减少，故散热状况较差。2.5 切削热与切削温度切削热与切削温度 （3）刀具几何参数的影响 刀具前角增大时刀-屑界面的摩擦减轻，滞流层的应变和应变速度都减小，故产生的热量减小，切削温度降低。切削中碳钢，当前角从10增至18时，切削温度约下降15。但若继续增大前角时效果不明显，甚至会因刀具楔角过小导致散热条件变差而出现切削温度反弹现象。刀具主偏角的改变是通过切削层公称厚度 和切削层公称宽度 的改变而影响切削温度的。主偏角增大时，减小，增大，单位长度作用主切削刃上的负荷增加，同时刀尖角 相应减小，导致刀尖的散热条件变差，使切削温度升高，甚至会产生局部高温，加剧刀具的磨损

38、。刀尖圆弧半径增大，切削刃上的平均主偏角减小，切削温度降低。2.5 切削热与切削温度切削热与切削温度 （4）其它因素的影响 后刀面的磨损对切削温度有重要影响。没有磨损的新刀具，主后刀面与过渡表面的接触长度通常为刀-屑接触长度的以下，其摩擦功在整个切削功中所占比例较小。但当磨损量达到一定值后，摩擦功增大较快，切削温度升高迅速，且它的摩擦速度就是切削速度，是刀-屑界面摩擦速度的25倍。使用切削液可使切削温度降低。2.5 切削热与切削温度切削热与切削温度 2.5.3 切削液的影响切削液对降低切削温度有明显的效果。在金属切削过程中，正确使用切削液，可以减少切屑、工件与刀具的摩擦，降低切削温度和切削力，

39、减缓刀具磨损。切削液还可以减少刀具与切屑粘结，抑制积屑瘤和鳞刺的生长；减小已加工表面粗糙度值，减少工件热变形，保证加工精度和提高生产效率。1.切削液的作用（1）冷却作用 使用切削液能降低切削温度，从而提高刀具使用寿命和加工质量。在切削速度高，刀具、工件材料导热性差，热膨胀系数较大的情况下，切削液的冷却作用尤显重要。2.5 切削热与切削温度切削热与切削温度（2）润滑作用 金属切削加工时，切屑、工件和刀具表面的摩擦可以分为干摩擦、流体润滑摩擦和边界润滑摩擦三类。不加切削液时，就是金属与金属接触的干摩擦，摩擦系数最大。（3）清洗作用 切削液能冲刷掉切削中产生的碎屑或磨粉，避免划伤已加工表面和机床导轨

40、。清洗性能的好坏，与切削液的渗透性、流动性和使用的压力有关。切削液的清洗作用对于磨削精密加工和自动线加工十分重要，而深孔加工时，常常利用高压切削液来进行排屑。（4）防锈作用 为减少工件、机床、刀具的腐蚀，要求切削液具有一定的防锈作用。其防锈作用的好坏，取决于切削液本身的性能和加入的防锈添加剂的性质。2.5 切削热与切削温度切削热与切削温度 2.切削液的种类及选用（1）水溶液 主要成分为水并加入防锈剂和添加剂，使其既有良好的冷却、防锈性能，又有一定的润滑作用。适合于磨削加工。（2）乳化液 主要成分为水（9598），加入适量的矿物油、乳化剂和其它添加剂配制而成的乳白色切削液。低浓度乳化液主要起冷却

41、作用；高浓度乳化液主要起润滑作用。乳化液主要用于车削、钻削、攻螺纹。（3）切削油 主要成分是矿物油(机油、轻柴油、煤油)，少数采用动植物油(豆油、菜油、蓖麻油、棉子油、猪油、鲸油)等。切削油一般用于滚齿、插齿、铣削、车螺纹及一般材料的精加工。机油用于普通车削、攻螺纹；煤油或与矿物油的混合油用于精加工有色金属和铸铁；煤油或与机油的混合油用于普通孔或深孔精加工；蓖麻油或豆油也用于螺纹加工；轻柴油用于自动机床上，做自身润滑液和切削液用。2.5 切削热与切削温度切削热与切削温度2.6 刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命 2.6 刀具的磨损与刀具耐用度2.6.1.1 刀具的磨损形态 刀具磨损是指刀具摩

42、擦面上的刀具材料逐渐损失的现象。刀具磨损分为正常磨损与非正常磨损两类。正常磨损是在刀具设计与使用合理，制造与刃磨质量符合要求的情况下，刀具在切削过程中逐渐产生的磨损。刀具正常磨损的形态一般有以下三种，如图6-11所示。图1-11 刀具磨损形态2.6 刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命 （1）前刀面磨损 切屑沿前刀面流出时，由于摩擦、高压、高温的作用，使刀具前刀面上靠近主切削刃处磨损出洼凹（称为月牙洼），月牙洼产生的地方是在切削温度最高的地方。磨损量的大小用月牙洼的宽度KB和深度KT表示，如图1-11b、c所示，它是在高速、大进给量切削塑性材料时产生的。（2）后刀面磨损 由于切削刃的刃口钝圆半

43、径对加工表面的挤压和摩擦，在连接切削刃的的后刀面上磨出一后角等于零的小棱面，这就是后刀面磨损，磨损量只用VB表示，如图1-11（a）所示。它是在切削速度较低、切削厚度较小的情况下，切削脆性材料时产生的。2.6 刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命 （3）前、后刀面同时磨损 在切削过程中，由于振动、冲击、热效应等异常原因，导致刀具突然损坏的现象（如崩刃、碎裂等）称为非正常磨损。2.6.1.2 刀具磨损的原因及减轻措施 （1）磨料磨损 在车削过程中，工件材料中的碳化物、氧化物、氮化物和积屑瘤碎片等硬质点，在刀具表面上划出沟纹造成的刀具磨损。减轻磨损的措施可以采取热处理使工件材料所含硬质点减小、变软

44、，或选用硬度高、晶粒细的刀具材料。（2）粘结磨损 刀具表面与切屑、加工表面形成的摩擦副，在切削压力和摩擦力作用下，使接触面间微观不平度的凸出点处发生2.6 刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命 剧烈塑性变形，温度升高而造成粘结。接触面滑动时粘结点产生剪切破裂而造成的磨损称为粘结磨损，当颗粒大时称为剥落。粘结磨损主要发生在中等切削速度范围内，磨损程度主要取决于工件材料与刀具材料间的亲和力、两者的硬度比等。增加系统的刚度，减轻振动有助于避免大微粒的脱落。（3）扩散磨损 高温切削时，刀具与切屑、加工表面接触区摩擦副间的某些化学元素互相扩散置换，使刀具材料变得脆弱而造成的磨损称为扩散磨损。减轻刀具扩散

45、磨损的措施主要是合理选择刀具材料，使它与工件材料组合的化学稳定性好；合理选择切削用量以降低切削温度。2.6 刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命（4）化学磨损 在一定的切削温度下，刀具材料与周围介质或切削液中某些元素反应，生成化合物加速刀具磨损，称为化学磨损。刀具磨损的原因除上述四种外，还有疲劳破损和热电磨损等。2.6.2 刀具的磨损过程和磨钝标准（1）磨损过程 在正常磨损情况下，刀具磨损量随着切削时间的增长而逐渐扩大。若用刀具后刀面磨损带B区平均宽度VB值表示刀具的磨损程度，则VB值与切削时间t的关系如图1-12所示。磨损过程大致可以分为三个阶段。2.6 刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命

46、图1-12 刀具磨损典型曲线2.6 刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命 初期磨损阶段：如图1-12中的AB段。由于新刃磨的刀具切削刃和后刀面不平整，或有微裂纹等缺陷，切削初期刀具磨损较快。正常磨损阶段：如图1-12中的BC段。刀具表面磨平后，接触面积增大，压强减小，磨损量大致与切削时间呈线性关系。这一阶段是刀具的有效工作阶段。剧烈磨损阶段：如图1-12中的CD段。磨损量达到一定数值后，刀具变钝，切削力增大，切削温度剧增，刀具急剧磨损而丧失使用性能，使用时应避免达到这一阶段。2.6 刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命 2.6.3 刀具的耐用度与刀具寿命刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝

47、标准为止的切削时间称为刀具耐用度，以T表示。耐用度指净切削时间，不包括用于对刀、测量、快进、回程等非切削时间。刀具耐用度还可以用达到磨钝标准时所走过的切削路程Lm来定义。Lm等于切削速度vc和耐用度T的乘积，即LmvcT刀具耐用度是一个重要参数。在相同切削条件下切削某种工件材料时，可以用耐用度来比较不同刀具材料的切削性能；同一刀具材料切削各种工件材料，可以用耐用度来比较材料的切削加工性；还可以用耐用度来判断刀具几何参数是否合理。刀具寿命是指一把新刀具从使用到报废为止的切削时间。它是刀具耐用度与刀具刃磨次数的乘积。2.7 切削用量的选择及工件材料加工性切削用量的选择及工件材料加工性 2.7.1

48、切削用量的合理选择 合理选择切削用量对于保证加工质量、提高生产效率和降低加工成本有着重要的影响。切削用量选择的一般原则 从金属切除率公式 看，增大切削用量三要素中任何一个似乎都可以提高生产率，但从刀具寿命与关系式 看，三者的影响程度是不同的，影响最大，次之，最小。在刀具寿命已确定的条件下，欲使 三者乘积即金属切除率最大，无疑应首先选择尽量大的 背吃刀量，其次再选择尽量大的进给1000zC PQVa f111()mnPTCPTCvfaCvPaCPV a fPaf 2.7 切削用量的选择及工件材料加工性切削用量的选择及工件材料加工性 量 ，最后依据三要素与刀具寿命关系式计算确定切削速度 ，这是选择切削用量的基本原则。但真正合理的切削用量是在综合考虑零件工艺及工艺系统状态后并细心体察，经逐步探索改善才能达到最佳状态。2.7.2 工件材料的切削加工性 工件材料的切削加工性是指在一定切削条件下，工件材料被切削的难易程度。具体的加工条件和要求不同，加工的难易程度也有很大差异,因此在不同情况下，要用不同的指标来衡量材料的切削加工性。Cvf