1、第二节第二节 金属切削过程基本规律金属切削过程基本规律一、金属切削过程一、金属切削过程1.切屑的形成切屑的形成图图3-10 金属切削过程中的滑移线和流线金属切削过程中的滑移线和流线1.切屑的形成切屑的形成图图3-12 切屑类型切屑类型1.切屑的形成切屑的形成图图3-10 金属切削过程中的滑移线和流线金属切削过程中的滑移线和流线1.切屑的形成切屑的形成衡量切屑变形程度的方法衡量切屑变形程度的方法：切屑厚度压缩比切屑厚度压缩比hh 图图3-13 切屑厚度压缩比切屑厚度压缩比hh的计算的计算chDDchhllhh2.积屑瘤积屑瘤 图图3-15 积屑瘤与切削刃积屑瘤与切削刃的金相显微照片的金相显微照片
2、2.积屑瘤积屑瘤 图图3-16 积屑瘤高度及其实际工作前角积屑瘤高度及其实际工作前角2.积屑瘤积屑瘤（1）积屑瘤对切削过程的影响：积屑瘤对切削过程的影响：1)1)积屑瘤包围着切削刃，可以代替前面、后面和切积屑瘤包围着切削刃，可以代替前面、后面和切削刃进行切削，从而保护了刀刃，减少了刀具的磨削刃进行切削，从而保护了刀刃，减少了刀具的磨损。损。2)2)积屑瘤使刀具的实际工作前角增大，而且，积屑积屑瘤使刀具的实际工作前角增大，而且，积屑瘤越高，实际工作前角越大，刀具越锋利。瘤越高，实际工作前角越大，刀具越锋利。3)3)积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸
3、精度。度。4)4)积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。粗糙度。2.积屑瘤积屑瘤（2 2）积屑瘤的成因：）积屑瘤的成因：1 1）工件材料的塑性；）工件材料的塑性；2.积屑瘤积屑瘤（2 2）积屑瘤的成因：）积屑瘤的成因：1 1）工件材料的塑性；）工件材料的塑性；2 2）切削速度；）切削速度；图图3-17 切削速度对积屑瘤的影响切削速度对积屑瘤的影响2.积屑瘤积屑瘤（2 2）积屑瘤的成因：）积屑瘤的成因：1 1）工件材料的塑性；）工件材料的塑性；2 2）切削速度；）切削速度；3 3）刀具前角；）刀具前角；2.积屑瘤积屑瘤（2 2）积屑瘤的成因：
4、）积屑瘤的成因：1 1）工件材料的塑性；）工件材料的塑性；2 2）切削速度；）切削速度；3 3）刀具前角；）刀具前角；4 4）冷却润滑条件。）冷却润滑条件。二、切削力二、切削力1.1.总切削力的分解和切削功率总切削力的分解和切削功率（1 1）总切削力的分解总切削力的分解 1 1）切削力）切削力FcFc 2 2）背向力）背向力FpFp 3 3）进给力）进给力FfFf 1.1.总切削力的分解和切削功率总切削力的分解和切削功率（1 1）总切削力的分解总切削力的分解 rPDFFcosrDfFFsincfcpFFF.F0.6)(0.10)70150(22222fPCDCFFFFFF1.1.总切削力的分解
5、和切削功率总切削力的分解和切削功率（2 2）切削功率切削功率 4106cccvFP单位：kw Fc切削力，单位：N；vc切削速度，单位：m/min。1.1.总切削力的分解和切削功率总切削力的分解和切削功率（2 2）切削功率切削功率 4106cccvFP单位：kw ccEPPc 机床传动效率，一般，取c=0.750.85。二、切削力二、切削力 2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式切削力切削力FCFCFCFCFCKnnCXCSPvfaFC2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式切削力切削力背向力背向力进给力进给力切削时消耗的功率切削时消耗的功率FCFCFCFCFCKnnCXCSPvfaFCFp
6、FPFPFPKnXCFPCSPnfaFpvFfFfFfFfFfKnnXCCSPvfaFf 4106 cccvFP2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式 计算举例计算举例：用用YT5YT5硬质合金车刀外圆纵车硬质合金车刀外圆纵车b b=630630 MPaMPa的热轧的热轧4545钢，车钢，车刀几何参数为刀几何参数为g go o=10=10、r r =7575、l ls s=5 5，切削用量切削用量为为aspasp=2mm2mm、f f=0.3mm/r0.3mm/r、vcvc=100100 m m/minmin。试计算切削力试计算切削力FcFc、FpFp、F Ff f 及切削功率及切削功率Pc
7、Pc 。2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式 解解：查表查表3-2得：得：CFC=2795 xFC=1.0 yFC=0.75 zFC=-0.15 FcFcFcFcFcknyxCcspcvfaF 2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式 解解：FcFc15.075.00.1FcFcFcFcFckkknyxC7.11351003.022795cspcvfaF2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式 解解：98.0)650630()650(k0.75nmFcFcb当当 b=630MPa时时csFFckrFcmFcFckkkkklg2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式续续：按按 r=75查表查
8、表3-4，得，得 92.0krFck 0.1Fckg按按g go=10=10查表查表3-4，得，得 按按l ls =-5=-5查表查表3-4，得，得 0.1csFkl90.00.10.192.098.0fsFFckrFcmFcFckkkkklg2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式续续：90.00.10.192.098.0csFFckrFcmFcFckkkkklg)N(kF102290.07.11357.1135Fcc(kw)7.1410610010224106cccvFP二、切削力二、切削力 3.3.影响切削力的因素影响切削力的因素 总切削力的来源有两个方面：总切削力的来源有两个方面：一是
9、克服被加工材料对弹性变形和塑一是克服被加工材料对弹性变形和塑性变形的抗力；性变形的抗力；二是克服切屑对刀具前面的摩擦阻力二是克服切屑对刀具前面的摩擦阻力和工件表面对刀具后面的摩擦阻力。和工件表面对刀具后面的摩擦阻力。3.影响切削力的因素1 1）工件材料的性能对切削力有显著的影响工件材料的性能对切削力有显著的影响。工件材料的硬度或强度愈高，材料的工件材料的硬度或强度愈高，材料的剪切屈服强度也愈高，发生剪切变形的剪切屈服强度也愈高，发生剪切变形的抗力也愈大，故切削力也愈大。抗力也愈大，故切削力也愈大。3.影响切削力的因素2 2）切削用量）切削用量对切削力的影响对切削力的影响。a a）背吃刀量背吃刀
10、量aspasp 和进给量和进给量f f对切削力的影响对切削力的影响;背吃刀量背吃刀量aspasp进给量进给量f fA AD D变形抗力变形抗力摩擦力摩擦力切削力切削力二、切削力二、切削力 标准切削试验：刀具材料P10，工件材料45钢b=650 Mpa，车刀几何参数为go=10、r =45、ls=0。FCFCK0.15-0.751.0CCSPCvfaF即，即，asp增大一倍，增大一倍，FC也增大一倍；而也增大一倍；而f 增大一倍，增大一倍，FC只能增大只能增大68%80。二、切削力二、切削力 由此可见，由此可见，从减小切削力和节省动力消从减小切削力和节省动力消耗的观点出发，在切除相同余量的条件耗
11、的观点出发，在切除相同余量的条件下，增大下，增大 f比增大比增大asp 更为有利。更为有利。3.影响切削力的因素2 2）切削用量）切削用量对切削力的影响对切削力的影响。b b）切削速度切削速度VcVc对切削力的影响对切削力的影响;切削塑性材料时切削塑性材料时3.影响切削力的因素2 2）切削用量）切削用量对切削力的影响对切削力的影响。b b）切削速度切削速度VcVc对切削力的影响对切削力的影响;3.影响切削力的因素3 3）刀具几何参数）刀具几何参数对切削力的影响对切削力的影响。a a）前角前角g go o对切削力的影响对切削力的影响;刀刃锋利刀刃锋利前角前角g go o变形抗力变形抗力切削力切削
12、力 3.影响切削力的因素3 3）刀具几何参数）刀具几何参数对切削力的影响对切削力的影响。a a）前角前角g go o对对切削力的影响切削力的影响;图图3-25 前角对切削力的影响前角对切削力的影响asp=4 mm f=0.25 mm/r 3.影响切削力的因素3 3）刀具几何参数）刀具几何参数对切削力的影响对切削力的影响。b b）主偏角主偏角 r r 对切削力的影响对切削力的影响;rFFDPcosrFFDfsin 3.影响切削力的因素3 3）刀具几何参数）刀具几何参数对切削力的影响对切削力的影响。c c）刃倾角刃倾角l ls s 对切削力的影响对切削力的影响;l ls s背前角背前角g gp p
13、侧前角侧前角g gf fFpFpFfFf 3.影响切削力的因素3 3）刀具几何参数）刀具几何参数对切削力的影响对切削力的影响。d d）刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r re e 对切削力的影响对切削力的影响;3.影响切削力的因素3 3）刀具几何参数）刀具几何参数对切削力的影响对切削力的影响。e e）使用切削液使用切削液 对切削力的影响对切削力的影响;三、切削热和切削温度1.1.切削热的来源与传出切削热的来源与传出图图3-29 切削热的来源与传出切削热的来源与传出 三、切削热和切削温度1.1.切削热的来源与传出切削热的来源与传出cvFcQ 式中式中 Q单位时间产生的热量，单位：单位时间产生的热量，单位
14、：J/s；Fc切削力，单位：切削力，单位：N；vc切削速度单位：切削速度单位：m/s。三、切削热和切削温度1.1.切削热的来源与传出切削热的来源与传出图图3-30 不同切削速度下的热量传出比例不同切削速度下的热量传出比例 三、切削热和切削温度1.1.切削热的来源与传出切削热的来源与传出加工方法加工方法切屑切屑工件工件刀具刀具车削车削5080%1040%5%铣削铣削70%50%15%磨削磨削4%80%12%三、切削热和切削温度2.2.切削温度的分布切削温度的分布 a）法平面内的切削温度分布法平面内的切削温度分布 b）刀具前面上的切削温度分布刀具前面上的切削温度分布图图3-33 切削温度的分布切削
15、温度的分布 三、切削热和切削温度3.3.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素(1)(1)工件材料工件材料 工件材料的强度、硬度越高，总切削力越大，工件材料的强度、硬度越高，总切削力越大，单位时间内产生的热量越多，切削温度也就越高。单位时间内产生的热量越多，切削温度也就越高。工件材料的导热性好，从切屑和工件传出的切工件材料的导热性好，从切屑和工件传出的切削热相应增多，切削区的平均温度降低。削热相应增多，切削区的平均温度降低。例如，合金结构钢的强度普遍高于例如，合金结构钢的强度普遍高于4545钢，而导钢，而导热系数又一般均低于热系数又一般均低于4545钢，所以切削合金结构钢钢，所以切削合金
16、结构钢的切削温度高于切削的切削温度高于切削4545钢的切削温度。钢的切削温度。3.3.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素(2)(2)切削用量切削用量 在切削用量中，在切削用量中，切削速度对切削温度的影响最切削速度对切削温度的影响最大。大。随着切削速度的提高，材料切除率随之成正比随着切削速度的提高，材料切除率随之成正比例的增加。但随着切削速度的提高，切屑变形相应例的增加。但随着切削速度的提高，切屑变形相应减小，所以，切削功和切削热虽然有所增高，但不减小，所以，切削功和切削热虽然有所增高，但不可能成正比例的增高，因此，切削温度也不会成正可能成正比例的增高，因此，切削温度也不会成正比例的增
17、比例的增高。高。3.3.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素(2)(2)切削用量切削用量 切削速度切削速度 cvFcQ 3.3.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素(2)(2)切削用量切削用量 进给量进给量材料切除率材料切除率Q=1000 vc asp ffhchhDhchh3.3.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素(2)(2)切削用量切削用量 背吃刀量背吃刀量材料切除率材料切除率Q=1000 vc asp f3.3.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素 综上所述，切削用量对切削温度的影响综上所述，切削用量对切削温度的影响程度以切削速度为最大，进给量次之，背吃
18、程度以切削速度为最大，进给量次之，背吃刀量最小。刀量最小。因此，若要切除给定的余量，又要求切因此，若要切除给定的余量，又要求切削温度较低，则在选择切削用量时，应优先削温度较低，则在选择切削用量时，应优先考虑采用大的背吃刀量，然后选择一个适当考虑采用大的背吃刀量，然后选择一个适当的进给量，最后再选择合理的切削速度。的进给量，最后再选择合理的切削速度。上述切削用量选择原则是从最低切削温上述切削用量选择原则是从最低切削温度出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规度出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规程时，确定切削用量的原则。程时，确定切削用量的原则。3.3.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素(
19、3)(3)刀具几何参数刀具几何参数1 1）前角前角2 2）主偏角主偏角 3.3.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素(4)(4)切削液切削液4.4.切削温度的试验公式切削温度的试验公式 切削温度的实验公式是由标准切削实验得来的。切削温度的实验公式是由标准切削实验得来的。实验条件如下：实验条件如下：C620-1改装无级调速车床，工件与刀片材料切改装无级调速车床，工件与刀片材料切削对为削对为YT15 45钢，切削速度钢，切削速度 vc=60 m/min 200 m/min，进给量进给量f=0.4 mm/r 0.6 mm/r，背吃刀量背吃刀量asp=0.5 mm 3.0 mm。0100702
20、60273.cspafv四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命 刀具失效刀具失效 刀具磨损刀具磨损 刀具破损刀具破损四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命1.1.刀具磨损的形式刀具磨损的形式图图3-36 车刀典型磨损形式示意图车刀典型磨损形式示意图四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命2.2.刀具磨损的原因刀具磨损的原因(1)(1)擦伤磨损擦伤磨损 （任何切削温度）（任何切削温度）(2)(2)粘结磨损粘结磨损 (3)(3)扩散磨损扩散磨损 （高速切削）（高速切削）(4)(4)氧化磨损氧化磨损 （高速切削）（高速切削）四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命2.2.刀具磨损
21、的原因刀具磨损的原因(1)(1)擦伤磨损擦伤磨损 (2)(2)粘结磨损粘结磨损 (3)(3)扩散磨损扩散磨损(4)(4)氧化磨损氧化磨损 图图3-37 切削温度对磨损影响的示意图切削温度对磨损影响的示意图擦伤磨损擦伤磨损 粘结磨损粘结磨损扩散磨损扩散磨损 氧化磨损氧化磨损四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命3.3.刀具磨损过程及磨钝标准刀具磨损过程及磨钝标准(1)(1)刀具的磨损过程刀具的磨损过程 图图3-38 硬质合金车刀的典型磨损曲线硬质合金车刀的典型磨损曲线YD05-30CrMnSiA；gogo44，a ao88，r 45，l ls-4；vc=150m/min，f=0.2mm.r
22、，asp=0.5mm四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命3.3.刀具磨损过程及磨钝标准刀具磨损过程及磨钝标准(2)(2)刀具的磨钝标准刀具的磨钝标准 刀具允许达到的最大的磨损量，称为刀具允许达到的最大的磨损量，称为“磨钝标准磨钝标准”。对于一般刀具，常以对于一般刀具，常以后面磨损带高度后面磨损带高度VBVB的允许极限值的允许极限值作为磨钝标准，作为磨钝标准，定尺寸刀具定尺寸刀具和自动化生产中的精加工刀具，常以和自动化生产中的精加工刀具，常以径向径向磨损量磨损量NBNB的允许值的允许值作为磨钝标准。作为磨钝标准。四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命3.3.刀具磨损过程及磨钝标准刀
23、具磨损过程及磨钝标准(2)(2)刀具的磨钝标准刀具的磨钝标准 图图3-39 车刀的径向磨损车刀的径向磨损（2 2）刀具的磨钝标准）刀具的磨钝标准1 1）精加工精加工 VBVB0.1 mm0.1 mm 0.3mm0.3mm；粗加工粗加工 VBVB 0.6 mm0.6 mm 0.8mm0.8mm。2 2）工艺系统刚性较差时，应规定较小的磨钝工艺系统刚性较差时，应规定较小的磨钝标准；标准；3 3）粗车钢件，特别是粗车合金钢和高温合金粗车钢件，特别是粗车合金钢和高温合金时，磨钝标准要比粗车铸铁时取得小些。时，磨钝标准要比粗车铸铁时取得小些。4 4）加工同一种工件材料时，硬质合金刀具的加工同一种工件材料
24、时，硬质合金刀具的磨钝标准要比高速钢刀具取得小些。磨钝标准要比高速钢刀具取得小些。四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命4.4.刀具寿命刀具寿命(1)(1)定义定义 刃磨或换刃后的刀具，自开始切削直到磨刃磨或换刃后的刀具，自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间，称为刀损量达到磨钝标准为止的切削时间，称为刀具寿命，符号用具寿命，符号用T T，单位用单位用minmin或或s s。四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命4.4.刀具寿命刀具寿命(2)(2)刀具寿命与切削用量的关系刀具寿命与切削用量的关系 pnmspcaTfv111TCvvvcxyspavfTCm式中，Cv、CT是与
25、切削条件有关的常数；m、n、p为指数其值为：nmyvpmXv四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命4.4.刀具寿命刀具寿命(2)(2)刀具寿命与切削用量的关系刀具寿命与切削用量的关系 例如，当用硬质合金车刀车削例如，当用硬质合金车刀车削 b=0.65GPa的中碳钢时，切的中碳钢时，切削用量与刀具寿命的关系为：削用量与刀具寿命的关系为：7502525TC.spcaTfv15045020C.sp.afTvcv四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命4.4.刀具寿命刀具寿命(2)(2)刀具寿命与切削用量的关系刀具寿命与切削用量的关系 切削用量对刀具寿命切削用量对刀具寿命T T的影响程度与切
26、削用的影响程度与切削用量对切削温度量对切削温度的影响程度是一致的，切削速的影响程度是一致的，切削速度对刀具寿命的影响最大，其次是进给量，背度对刀具寿命的影响最大，其次是进给量，背吃刀量的影响很小。吃刀量的影响很小。四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命4.4.刀具寿命刀具寿命(2)(2)刀具寿命与切削用量的关系刀具寿命与切削用量的关系 制订工艺规程时，如果既要保证较长的刀具制订工艺规程时，如果既要保证较长的刀具寿命，又要追求较高的切削效益，那么，确定寿命，又要追求较高的切削效益，那么，确定切削用量就应该遵循下列原则：切削用量就应该遵循下列原则：采用尽可能大采用尽可能大的背吃刀量，采用能满足已加工表面粗糙度要的背吃刀量，采用能满足已加工表面粗糙度要求的尽可能大的进给量，再根据所确定的刀具求的尽可能大的进给量，再根据所确定的刀具寿命值，按切削用量与刀具寿命的关系公式计寿命值，按切削用量与刀具寿命的关系公式计算切削速度。算切削速度。
