1、 在金属切削过程中，始终存在着刀具切在金属切削过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，从而产削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，从而产生一系列物理现象，如切削变形、切削力、生一系列物理现象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度以及有关刀具的磨损与刀切削热与切削温度以及有关刀具的磨损与刀具寿命、卷屑与断屑等。具寿命、卷屑与断屑等。研究、掌握并能灵活应用金属切削基本理研究、掌握并能灵活应用金属切削基本理论论,对有效控制切削过程、保证加工精度和表对有效控制切削过程、保证加工精度和表面质量，提高切削效率、降低生产成本，合理面质量，提高切削效率、降低生产成本，合理改进、设计刀具几何参数，减轻
2、工人的劳动强改进、设计刀具几何参数，减轻工人的劳动强度等有重要的指导意义。度等有重要的指导意义。第二章金属切削基本理论第二章金属切削基本理论 FABOM45a）正挤压）正挤压FABOM45b）偏挤压）偏挤压OMFc）切削）切削金属挤压与切削比较1 1、切削变形、切削变形第一节第一节 金属切削过程金属切削过程M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：=s剪切角 第变形区：即剪切变形区，金属剪切滑移，成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。切削部位三个变形区第变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。第变形区：靠近前刀面处，切屑排出时受前刀
3、面挤压与摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。2 2、切屑的形成过程、切屑的形成过程1 1）切削变形的力学本质）切削变形的力学本质 切削金属形成切切削金属形成切屑的过程是一个屑的过程是一个类似类似于金属材料受挤压作于金属材料受挤压作用，产生塑性变形进用，产生塑性变形进而产生剪切滑移的变而产生剪切滑移的变形过程形过程 。实验表明，实验表明，切屑的形成过程是被切切屑的形成过程是被切削层金属受到刀具前面的挤压作用，迫削层金属受到刀具前面的挤压作用，迫使其产生弹性变形，当剪切应力达到金使其产生弹性变形，当剪切应力达到金属材料屈服强度时，产生塑性变形。随属材料屈服强度时，产生塑性变
4、形。随着刀具前刀面相对工件的继续推挤，与着刀具前刀面相对工件的继续推挤，与切削刃接触的材料发生断裂而使切削层切削刃接触的材料发生断裂而使切削层材料变为切屑。材料变为切屑。切屑的变形和形成过程实际上经历切屑的变形和形成过程实际上经历了弹性变形、塑性变形、挤裂、切离四了弹性变形、塑性变形、挤裂、切离四个阶段。个阶段。切屑厚度切屑厚度h hchch与切削层的厚度与切削层的厚度h hD D之比称为厚度变之比称为厚度变形系数，用形系数，用h h 表示，表示，h h=a=achch/a/ac c ；而切削层长度而切削层长度l lc c与切屑长度与切屑长度l lchch之比称为长度变之比称为长度变形系数，用
5、形系数，用l l表示，表示，l l=l=lc c/l/lch ch。变形系数越大变形系数越大,切屑越厚越短切屑越厚越短,切削变形越大。切削变形越大。2 2）.变形系数变形系数带状切屑挤裂切屑节状切屑崩碎切屑切屑形态照片3 3、切屑的类型、切屑的类型带状切屑带状切屑外形特征：外形特征：它的内表面是光滑的，外表面是毛茸茸的。它的内表面是光滑的，外表面是毛茸茸的。形成条件：形成条件：用大前角的刀具、较高的切削速度和较小的进给量用大前角的刀具、较高的切削速度和较小的进给量 切削塑性材料切削塑性材料优优 点：点：切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较
6、小。度较小。缺缺 点：点：切屑连续不断，不太安全或可能擦伤已加工表面，切屑连续不断，不太安全或可能擦伤已加工表面，因此要采取断屑措施。因此要采取断屑措施。挤裂挤裂(节状节状)切屑切屑 外形特征：外形特征：刀屑接触面有裂纹，外表面是锯齿形。刀屑接触面有裂纹，外表面是锯齿形。形成条件：形成条件：采用较低的切削速度和较大的进给量，刀具前角较采用较低的切削速度和较大的进给量，刀具前角较小，粗加工中等硬度的钢材料小，粗加工中等硬度的钢材料 特点：特点：切削力波动较大，工件表面较粗糙切削力波动较大，工件表面较粗糙崩碎切屑崩碎切屑：在切削铸铁和黄铜等脆性材料时，在切削铸铁和黄铜等脆性材料时，切削层金属发生弹
7、性变形以后，一般不经切削层金属发生弹性变形以后，一般不经 过过塑性变形就突然崩落，形成不规则的碎块状屑塑性变形就突然崩落，形成不规则的碎块状屑片，即为崩碎切屑。片，即为崩碎切屑。当刀具前角小、进给量大时易产生这种切屑，当刀具前角小、进给量大时易产生这种切屑，产生崩碎切屑时，切削热和切削力都集中在主产生崩碎切屑时，切削热和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近，刀具易崩刃、刀尖易磨损，切削刃和刀尖附近，刀具易崩刃、刀尖易磨损，并容易产生振动，影响表面质量。并容易产生振动，影响表面质量。形成条件影响名称简图形态变形带状，底面光滑，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状粒状不规则块状颗粒剪切滑移尚
8、未达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小，刀具前角较大加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大，刀具前角较小工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆材料，刀具前角较小切削过程平稳，表面粗糙度小，妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切削过程不平稳，表面粗糙度不佳切削力波动大，有冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑切塑性材料切塑性材料 带状切屑带状切屑 挤裂切屑挤裂切屑 单元切屑单元切屑切削平稳，力波动小切削平稳，力波动小 滑移量较大，局部滑移量较大，局部
9、 切削不平稳，力波动大切削不平稳，力波动大加工面光洁，断屑难加工面光洁，断屑难 剪应力达断裂强度剪应力达断裂强度 加工表面粗糙，较加工表面粗糙，较 少见少见0vac0 v ac0 v ac0vac切屑形态的转换：刀具前角刀具前角切削速度切削速度切削层公称厚度切削层公称厚度材料塑性材料塑性4 4、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响积屑瘤的形成及其对切削过程的影响 在一定速度范围下，切削塑性金属材料形成带状切屑时在一定速度范围下，切削塑性金属材料形成带状切屑时,常在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘结一些工件材料常在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘结一些工件材料,形成形成一块硬度很高的楔块，称之为一块硬度很高
10、的楔块，称之为积屑瘤，或称刀瘤积屑瘤，或称刀瘤。1 1）什么是积屑瘤）什么是积屑瘤 当切屑沿刀具的前刀面流出时，在一定的温度与压力作当切屑沿刀具的前刀面流出时，在一定的温度与压力作用下，与前刀面接触的切屑底层受到很大的摩擦阻力，致使用下，与前刀面接触的切屑底层受到很大的摩擦阻力，致使这一层金属的流出速度减慢，形成一层很薄的这一层金属的流出速度减慢，形成一层很薄的“滞流层滞流层”。当前刀面对滞流层的摩擦阻力超过切屑材料的内部结合力时，当前刀面对滞流层的摩擦阻力超过切屑材料的内部结合力时，就会有一部分金属粘结或冷焊在切削刃附近，形成积屑瘤。就会有一部分金属粘结或冷焊在切削刃附近，形成积屑瘤。2 2
11、）积屑瘤的形成原因）积屑瘤的形成原因3 3）积屑瘤对起削过程的影响）积屑瘤对起削过程的影响 v积屑瘤的硬度比工件材料的硬度高，能代替切削刃进行积屑瘤的硬度比工件材料的硬度高，能代替切削刃进行切削，起到保护切削刃的作用。切削，起到保护切削刃的作用。v使实际前角增大，切削轻快。使实际前角增大，切削轻快。因此，粗加工时可利用积屑瘤。因此，粗加工时可利用积屑瘤。v积屑瘤的顶端伸出切削刃之外，而且在不断地产生积屑瘤的顶端伸出切削刃之外，而且在不断地产生和脱落，使切削层公称厚度不断变化，影响尺寸精度。和脱落，使切削层公称厚度不断变化，影响尺寸精度。v此外，还会导致切削力的变化，引起振动，此外，还会导致切削
12、力的变化，引起振动，v并会有一些积屑瘤碎片粘附在工件已加工表面上，并会有一些积屑瘤碎片粘附在工件已加工表面上，增大表面粗糙度和导致刀具磨损。增大表面粗糙度和导致刀具磨损。在精加工时应尽可能避免积屑瘤的产生。在精加工时应尽可能避免积屑瘤的产生。采用低速或高速切削，采用低速或高速切削，由于切削速度是通过切削温度由于切削速度是通过切削温度影响积屑瘤的，以切削影响积屑瘤的，以切削4545钢为例，在低速钢为例，在低速v vc c3m/min3m/min和较高速度和较高速度v vc c60m/min60m/min范围内，摩擦系数都较小，故范围内，摩擦系数都较小，故不易形成积屑瘤；不易形成积屑瘤；采用高润滑
13、性的切削液，采用高润滑性的切削液，使摩擦和粘结减少；使摩擦和粘结减少；适当减少进给量、增大刀具前角、减小切削变形；适当减少进给量、增大刀具前角、减小切削变形；适当的热处理来提高工件材料的硬度、降低塑性、减适当的热处理来提高工件材料的硬度、降低塑性、减小加工硬化倾向。小加工硬化倾向。4 4）抑制或消除积屑瘤的措施）抑制或消除积屑瘤的措施n切削刃存在刃口圆弧，导致挤压和摩擦，产生第变形区。A点以上部分沿前刀面流出，形成切屑；A点以下部分受挤压和摩擦留在加工表面上，并有弹性恢复。hDhDhACFE已加工表面变形A点前方正应力最大，剪应力为 0。A点两侧正应力逐渐减小，剪应力逐渐增大，继而减小。5 5
14、、已加工表面的变形、已加工表面的变形 切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本不变。可用其表示切削层变的变形程度。LchhDhchLD切屑与切削层尺寸厚度变形系数 Dchhhh长度变形系数chDLLL 6 6、切屑变形、切屑变形 ysOM0 相对滑移系数)cos(sincos00yS 切削速度通过积屑瘤的生长消失而影响切削变形的大小；进给量增加，切削层厚度增加，切削变形减小；材料强度越高塑性越小变形系数越小切削变形越小 前角0 增大，切削变形减小 刀尖圆弧变径（P29）7 7、影响切削变形的主因素影响切削变形的主因素 一、一、切削力切削力 切削过程中，刀具切削过程中，刀具施加于工件使工
15、件材料施加于工件使工件材料产生变形，并使多余材产生变形，并使多余材料变为切屑所需的力，料变为切屑所需的力，称为切削力。称为切削力。第二节第二节 金属切削过程的主切物理及规律金属切削过程的主切物理及规律1.1.切削力的来源切削力的来源 切削力来自于金属切削过程中切削力来自于金属切削过程中克服被加工材料的弹、塑性变形抗克服被加工材料的弹、塑性变形抗力和刀具与工件及刀具与切屑之间力和刀具与工件及刀具与切屑之间摩擦阻力。摩擦阻力。2.2.切削力的分解切削力的分解 通常将合力通常将合力F F分分解为相互垂直的三个解为相互垂直的三个分力：分力：切削力切削力 F Fc c 、进给力进给力 F Ff f 、背
16、向力背向力 F Fp p 。切削力切削力F Fz z(F Fc c)总切削力在主运动方向的分力，总切削力在主运动方向的分力，大小约占总切削力的大小约占总切削力的80%80%90%90%。FcFc消耗的功率最多，约消耗的功率最多，约占总功率的占总功率的90%90%左右，是计算左右，是计算机床切削功率、选配机床电机、机床切削功率、选配机床电机、校核机床主轴、设计机床部件校核机床主轴、设计机床部件及计算刀具强度等必不可少的及计算刀具强度等必不可少的参数。参数。背向力背向力 F Fy y（F Fp p）进给力进给力F Fx x(F(Ff f)总切削力在垂直于工总切削力在垂直于工作平面方向的分力，作平面
17、方向的分力，FpFp不消耗功率。但容不消耗功率。但容易使工件变形，甚至易使工件变形，甚至可能产生振动，影响可能产生振动，影响工件的加工精度。是工件的加工精度。是进行加工精度分析、进行加工精度分析、计算工艺系统刚度以计算工艺系统刚度以及分析工艺系统振动及分析工艺系统振动时，所必须的参数时，所必须的参数。总切削力在进给方向的分力总切削力在进给方向的分力，进给力也作功，但只占总，进给力也作功，但只占总功的功的1%1%5%5%。是设计、校核。是设计、校核机床进给机构，计算机床进机床进给机构，计算机床进给功率不可缺少的参数给功率不可缺少的参数rFcFFpFf pFfFf pFf pfv 切削力的分解F
18、切削合力Fc主切削力Fp吃刀抗力Ff进给抗力计算切削功率计算切削功率P Pc c是用于核算加工成本和计算能量消是用于核算加工成本和计算能量消耗，并在设计机床时根据它来选择机床主电动机功率。耗，并在设计机床时根据它来选择机床主电动机功率。主运动消耗的切削功率主运动消耗的切削功率 P Pc cF Fc cc c/60/601010-3-3 （kWkW）机床电机功率机床电机功率 P PE E=P=Pc cm m（m m0.750.750.850.85）。）。3 3切削功率切削功率FFccccFFppppFFffffxycFpFxypFpFxyfFpFFCafKFCafKFCafK式中 CFc,CFp
19、,CFf 与工件、刀具材料有关系数；xFc,xFp,xFf 切削深度ap 对切削力影响指数；yFc,yFp,yFf 进给量 f 对切削力影响指数；KFc,KFp,KFf 考虑切削速度、刀具几何参数、刀具磨损等因素影响的修正系数。4 4切削力经验公式切削力经验公式计算举例计算举例：用用YT5硬质合金车刀外圆纵车硬质合金车刀外圆纵车 的热的热轧轧45钢，车刀几何参数钢，车刀几何参数 为切削用量为为切削用量为 。试计算切削力试计算切削力Fc、Fp、Ff 及切削功率及切削功率Pc。abMP630000057510sr、kmin/100mvcr、mmmm、masp/3.02 解解：查表查表2-1得：得：
20、CFC=2795 xFC=1.0 yFC=0.75 zFC=-0.15 FcFcFcFcFcknyxCcspcvfaF FcFc15.075.00.1FcFcFcFcFckkknyxC7.11351003.022795cspcvfaF98.0)650630()650(k0.75nmFcFcb当当 b=630MPa时时csFFckrFcmFcFckkkkk按按k kr=75查表查表3-4，得，得 92.0krFck0.1Fck按按 o=10=10查表查表3-4，得，得 按按 s =-5=-5查表查表3-4，得，得 0.1csFk90.00.10.192.098.0fsFFckrFcmFcFckk
21、kkk90.00.10.192.098.0csFFckrFcmFcFckkkkk)N(kF102290.07.11357.1135Fcc(kw)7.1410610010224106cccvFP二、影响切削力的因素二、影响切削力的因素1.1.工件材料工件材料影响较大的因素主要是工件材料影响较大的因素主要是工件材料的强度、硬度和塑性。的强度、硬度和塑性。材料的强度、硬度越高，则屈服材料的强度、硬度越高，则屈服强度越高，切削力越大。强度越高，切削力越大。在强度、硬度相近的情况下，材在强度、硬度相近的情况下，材料的塑性、韧性越大，则刀具前面料的塑性、韧性越大，则刀具前面上的平均摩擦系数越大，切削力也上
22、的平均摩擦系数越大，切削力也就越大。就越大。2.2.切削用量切削用量进给量进给量f f和背吃刀量和背吃刀量a ap p 进给量进给量f f和背吃刀量和背吃刀量a ap p增加，使切增加，使切削力削力F Fc c增加。增加。切削速度在切削速度在5 520m/min20m/min区域内增加时，积屑瘤高度逐渐区域内增加时，积屑瘤高度逐渐增加，切削力减小；增加，切削力减小；切削速度继续在切削速度继续在202035m/min35m/min范围内增加，积屑瘤逐渐范围内增加，积屑瘤逐渐消失，切削力增加；消失，切削力增加；在切削速度大于在切削速度大于35m/min35m/min时，由于切削温度上升，摩擦时，由
23、于切削温度上升，摩擦系数减小，切削力下降。一般切削速度超过系数减小，切削力下降。一般切削速度超过90m/min90m/min时，时，切削力无明显变化。切削力无明显变化。在切削脆性金属工件材料时，因塑性变形很小，刀屑界在切削脆性金属工件材料时，因塑性变形很小，刀屑界面上的摩擦也很小，所以切削速度面上的摩擦也很小，所以切削速度c c 对切削力对切削力F Fc c无明显无明显的影响。的影响。在实际生产中，如果刀具材料和机床性能许可，采用高在实际生产中，如果刀具材料和机床性能许可，采用高速切削，既能提高生产效率，又能减小切削力。速切削，既能提高生产效率，又能减小切削力。切削速度切削速度c c 前角的影
24、响前角的影响:o o 切削变形切削变形切削力切削力。（塑性材料）。（塑性材料）主偏角的影响：主偏角的影响：K Kr r F Fp p ,F,Ff f 3.3.刀具几何参数刀具几何参数kr1Krkr2FpFf4.4.刀具磨损刀具磨损5.5.切削液切削液6.6.刀具材料刀具材料 刀具材料与被加工材料刀具材料与被加工材料间的摩擦系数，影响到摩擦间的摩擦系数，影响到摩擦力的变化，直接影响着切削力的变化，直接影响着切削力的变化。力的变化。三、三、切削热和切削温度切削热和切削温度（一）、切削热的产生与传导（一）、切削热的产生与传导金属切削过程的三个变形区就是产生切削热金属切削过程的三个变形区就是产生切削热
25、(cutting heat)(cutting heat)的三个热源：的三个热源：1)1)切屑变形所产生的热量，是切削热的主要来切屑变形所产生的热量，是切削热的主要来源；源；2)2)切屑与刀具前刀面之间的摩擦所产生的热量；切屑与刀具前刀面之间的摩擦所产生的热量；3)3)工件与刀具后刀面之间的摩擦所产生的热量。工件与刀具后刀面之间的摩擦所产生的热量。工件切屑刀具切削热的来源与传出切削热向切削热向切屑、工件、刀具切屑、工件、刀具以及以及周围的周围的介质介质传导，使它们的温度上升，从而导传导，使它们的温度上升，从而导致切削区内的切削温度致切削区内的切削温度(cutting(cutting temper
26、atures)temperatures)上升。上升。用高速钢车刀及与之相适应的切削速度用高速钢车刀及与之相适应的切削速度切削钢料时，切削热传出的比例是：切切削钢料时，切削热传出的比例是：切屑传出的热约为屑传出的热约为50%50%86%86%；工件传出的；工件传出的热约为热约为40%40%10%10%；刀具传出的热约为；刀具传出的热约为9%9%3%3%；周围介质传出的热约为；周围介质传出的热约为1%1%。（二）、切削温度对切削加工过程的影响（二）、切削温度对切削加工过程的影响1.1.对刀具材料的影响对刀具材料的影响 高速钢刀具材料的耐热高速钢刀具材料的耐热性为性为600600左右，超过该温左右，
27、超过该温度刀具失效。硬质合金刀具度刀具失效。硬质合金刀具材料耐热性好，在高温材料耐热性好，在高温80080010001000时，强度反而时，强度反而更高，韧性更好。因此适当更高，韧性更好。因此适当提高切削温度，可防止硬质提高切削温度，可防止硬质合金刀具崩刃，延长刀具寿合金刀具崩刃，延长刀具寿命。命。2.2.对工件尺寸精度的影响对工件尺寸精度的影响 车削工件外圆时，工件受热车削工件外圆时，工件受热膨胀，切削后冷却至室温，尺寸膨胀，切削后冷却至室温，尺寸变小，特别是在精加工和超精密变小，特别是在精加工和超精密加工时，切削温度的变化对工件加工时，切削温度的变化对工件尺寸精度的影响特别大，因此控尺寸精
28、度的影响特别大，因此控制好切削温度，是保证加工精度制好切削温度，是保证加工精度的有效措施。的有效措施。（三）、影响切削温度的因素（三）、影响切削温度的因素 1.1.工件材料工件材料 材料的材料的强度强度、硬度硬度越高，越高，则切削抗力越大，消耗的功则切削抗力越大，消耗的功越多，产生的热就越多；越多，产生的热就越多；导热系数导热系数越小，传散的越小，传散的热越少，切削区的切削温度热越少，切削区的切削温度就越高。就越高。切削切削脆性材料脆性材料时，由于时，由于塑性变形很小，崩碎切屑与塑性变形很小，崩碎切屑与前刀面的摩擦也小，产生的前刀面的摩擦也小，产生的切削热较少。切削热较少。热处理状态热处理状态
29、不同，切削不同，切削温度也不相同。温度也不相同。2.2.切削用量切削用量 切削速度对切削速度对切削温度的影响切削温度的影响最大，背吃刀量最大，背吃刀量对切削温度的影对切削温度的影响最小响最小。q 切削用量的影响 式中 用自然热电偶法测出的前刀面接触区的平均温度(C)；C 与工件、刀具材料和其它切削参数有关的切削温度系数；Z、Y、X vc、f、ap 的指数。经验公式ZyxcpC vfa 刀具材料加工方法高速钢车削1401700.350.450.20.30.080.10铣削80钻削150硬质合金车削320f(mm/r)0.10.410.150.050.20.310.30.26切削温度的系数及指数3
30、.3.刀具几何参数刀具几何参数4.4.刀具磨损刀具磨损 5.5.切削液切削液 1)1)前角前角o o塑性变形和摩塑性变形和摩擦擦切削温度切削温度。但前角不。但前角不能太大，否则刀具切削部分的能太大，否则刀具切削部分的锲角过小，容热、散热体积减锲角过小，容热、散热体积减小，切削温度反而上升。小，切削温度反而上升。2)2)主偏角主偏角r r切削刃工作切削刃工作接触长度接触长度，切削宽度，切削宽度b bD D，散热条件变差，故切削温度散热条件变差，故切削温度。刀具主后面磨损刀具主后面磨损时，后角减小，后面时，后角减小，后面与工件间摩擦加剧。与工件间摩擦加剧。刃口磨损时，切屑形刃口磨损时，切屑形成过程
31、的塑性变形加成过程的塑性变形加剧，使切削温度增大。剧，使切削温度增大。利用切削液的润滑功能利用切削液的润滑功能降低摩擦系数，减少切削热降低摩擦系数，减少切削热的产生，也可利用它的冷却的产生，也可利用它的冷却功用吸收大量的切削热，所功用吸收大量的切削热，所以采用切削液是降低切削温以采用切削液是降低切削温度的重要措施。度的重要措施。工件和刀具材料不同，组成热电偶两极，切削时刀具与工件接触处的高温产生温差电势，通过电位差计测得切削区的平均温度。利用红外辐射原理，借助热敏感元件，测量切削区温度。可测量切削区侧面温度场。用不同材料、相互绝缘金属丝作热电偶两极（图3-22）。mV人工热电偶工件刀具金属丝小
32、孔 可测量刀具或工件指定点温度，可测最高温度及温度分布场。（四）、切削温度测定（四）、切削温度测定 四、四、刀具磨损和耐用度刀具磨损和耐用度（一）、刀具磨损的形态（一）、刀具磨损的形态1 1）后面磨损）后面磨损 当切削脆性材料或以较小当切削脆性材料或以较小的背吃刀量切削塑性材料时，的背吃刀量切削塑性材料时，由于刀具主后刀面由于刀具主后刀面 与工件过渡与工件过渡表面间存在着强烈的摩擦，在表面间存在着强烈的摩擦，在后刀面毗邻切削刃的部位磨损后刀面毗邻切削刃的部位磨损成小棱面。后刀面磨损量以后成小棱面。后刀面磨损量以后刀面上磨损宽度值刀面上磨损宽度值VBVB表示，表示，3 3）前面和后面同时磨损）前
33、面和后面同时磨损 一般在以中等切削一般在以中等切削用量加工塑性金属材料用量加工塑性金属材料时会出现这种形式磨损。时会出现这种形式磨损。在切削速度较高、背吃刀量在切削速度较高、背吃刀量较大且不用切削液的情况下加工较大且不用切削液的情况下加工塑性材料时，塑性材料时，切屑将在前刀面切屑将在前刀面磨出月牙洼。前刀面的磨损量以磨出月牙洼。前刀面的磨损量以月牙洼的最大深度月牙洼的最大深度KTKT表示，表示，2 2）前面磨损）前面磨损VBVBmaxa)KTKBb)刀具磨损形态（二）、刀具磨损原因（二）、刀具磨损原因1.1.磨料磨损磨料磨损 切屑或工件表面上的硬质点切屑或工件表面上的硬质点（碳化物、氧化物等）
34、对刀具表面（碳化物、氧化物等）对刀具表面刻划作用造成的机械磨损。刻划作用造成的机械磨损。低速切削时，磨料磨损是刀具低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要原因磨损的主要原因(HSS刀刀)。2.2.粘结磨损粘结磨损 刀具与切屑、工件间存在高温高压和强刀具与切屑、工件间存在高温高压和强烈摩擦，达到原烈摩擦，达到原 子间结合而产生粘结现象，子间结合而产生粘结现象，又称为又称为冷焊冷焊。相对运动使粘接点破裂而被工。相对运动使粘接点破裂而被工件材料带走，造成粘结磨损。件材料带走，造成粘结磨损。中速切削形成不稳定积屑瘤时，磨损严中速切削形成不稳定积屑瘤时，磨损严重；刀工材料硬度比小亲合力大时磨损严重；重；刀工
35、材料硬度比小亲合力大时磨损严重；刀具刃磨质量差磨损严重。刀具刃磨质量差磨损严重。3.3.扩散磨损扩散磨损 刀具与切屑、工件接触处由于高刀具与切屑、工件接触处由于高温作用，双方化学元素温作用，双方化学元素 在固态下互相在固态下互相扩散，使刀材成分、结构改变造成磨扩散，使刀材成分、结构改变造成磨损。损。切削温度越高扩散越快；刀工材料切削温度越高扩散越快；刀工材料亲合力越大扩散越快；高速切削时扩亲合力越大扩散越快；高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。散磨损是刀具磨损的主要原因。4.4.化学磨损化学磨损 一定温度下，刀材与空气中的氧、一定温度下，刀材与空气中的氧、切削液中的硫、氯起化学作用，生成较
36、切削液中的硫、氯起化学作用，生成较软的化合物，造成刀具磨损。软的化合物，造成刀具磨损。化学磨损是边界磨损原因之一；主要化学磨损是边界磨损原因之一；主要发生在较高速切削条件下。发生在较高速切削条件下。5.5.热电磨损热电磨损切削区高温，在刀工间产生热电势加快扩切削区高温，在刀工间产生热电势加快扩散加剧刀具磨损。散加剧刀具磨损。（三）、刀具磨损过程（三）、刀具磨损过程1.1.刀具磨损过程刀具磨损过程初期磨损阶段（初期磨损阶段（）与刀具刃磨质量有与刀具刃磨质量有关关正常磨损阶段（正常磨损阶段（）VB与切削时间近似与切削时间近似正比斜率表示磨损强度正比斜率表示磨损强度急剧磨损阶段（急剧磨损阶段（）切削
37、力、温度急升，切削力、温度急升，刀具磨损加剧，之前换刀刀具磨损加剧，之前换刀刀具磨损过程初期磨损后刀面磨损量VB正常磨损急剧磨损切削时间 刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损限度刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。称为磨钝标准。1.小厂、有经验工人根据一些现象来判断刀具是否磨钝；小厂、有经验工人根据一些现象来判断刀具是否磨钝；2.ISO标准规定以标准规定以1/2 ap处的处的VB值作为刀具的磨钝标准；值作为刀具的磨钝标准；在不同的加工条件下，磨钝标准的具体数值是不同的。在不同的加工条件下，磨钝标准的具体数值是不同的。粗车碳素钢粗车碳素钢0.60.8 粗车铸铁粗
38、车铸铁0.81.2 粗车合金钢粗车合金钢0.40.5 精车碳钢精车碳钢0.10.3 系统刚性大、系统刚性大、HSS，VB值较大；值较大；系统刚性小、系统刚性小、Y合金，合金，VB值较小值较小 3.自动化精加工刀具，以径向磨损量自动化精加工刀具，以径向磨损量NB作为磨钝标准作为磨钝标准2.2.刀具磨损标准刀具磨损标准（四）、影响刀具磨损的因素（四）、影响刀具磨损的因素 切削用量、刀具材料、刀具几何形状、工件材料切削用量、刀具材料、刀具几何形状、工件材料以及是否使用切削液等，也都会影响刀具的磨损。以及是否使用切削液等，也都会影响刀具的磨损。在切削用量中，增大切削速度切削温度随之增高，在切削用量中，
39、增大切削速度切削温度随之增高，对刀具磨损的影响最大，进给量对刀具磨损的影响最大，进给量f f次之，背吃刀量次之，背吃刀量apap最小。最小。耐热性好的刀具材料，就不易磨损。耐热性好的刀具材料，就不易磨损。适当加大刀具前角，由于减小了切削力，可减少适当加大刀具前角，由于减小了切削力，可减少刀具的磨损。刀具的磨损。（五）、刀具耐用度（五）、刀具耐用度1.1.刀具耐用度的定义刀具耐用度的定义刀具耐用度刀具耐用度 是指一把刃磨好的刀具从投入使是指一把刃磨好的刀具从投入使用直至达到磨钝为止所经历的实际切削时间。用直至达到磨钝为止所经历的实际切削时间。刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件刀具耐用度是衡量
40、刀具材料切削性能、工件材料的切削加工性及刀具几何参数是否合理的材料的切削加工性及刀具几何参数是否合理的重要参数。重要参数。2.2.刀具耐用度的经验公式刀具耐用度的经验公式经过实验得类似关系式：经过实验得类似关系式：f T n=C1 ap T p=C2 综合可得到综合可得到切削用量与刀具使用寿命的关系式：切削用量与刀具使用寿命的关系式：T=CT v1/m f 1/n ap1/p令令x=1/m，y=1/n，z=1/p，则，则 T=CT v x f y apz用用YT5车削车削b=0.637GPa碳钢时，碳钢时，T=CT v 5 f 2.25 ap0.75由上式看出，由上式看出，切削用量切削用量，T
41、，其中速度，其中速度v 对对T 影响最大，影响最大，进给量进给量f 次之，背吃刀量次之，背吃刀量ap影响最小，与对温度影响最小，与对温度影响一致。影响一致。不同刀具材料的耐用度比较硬质合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速钢刀具耐用度T（min）1 2 3 5 6 8 10 20 30 40 60800600500400300200100806050切削速度v（m/min）3.3.刀具耐用度的选择原则刀具耐用度的选择原则复杂的、高精度的、多刃的刀具耐用度应选得比简单的、复杂的、高精度的、多刃的刀具耐用度应选得比简单的、低精度的、单刃的刀具高。低精度的、单刃的刀具高。对于机夹可
42、转位刀具，由于换刀时间短，为使切削刃始终对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为使切削刃始终处于锋利状态，刀具耐用度可选得低些处于锋利状态，刀具耐用度可选得低些。对于换刀、调刀比较复杂的数控刀具、自动线刀具以及多对于换刀、调刀比较复杂的数控刀具、自动线刀具以及多刀加工时，刀具耐用度应选得高些，以减少换刀次数，保证刀加工时，刀具耐用度应选得高些，以减少换刀次数，保证整机和整线的可靠工作。整机和整线的可靠工作。精加工刀具切削负荷小，刀具耐用度应比粗加工刀具选得精加工刀具切削负荷小，刀具耐用度应比粗加工刀具选得高些。高些。大件加工时，为避免一次进给中中途换刀，刀具耐用度应大件加工时，为避免一次进给中中
43、途换刀，刀具耐用度应选得高些。选得高些。刀具寿命：刀具从开始投入使用到完全报废的总切削时刀具寿命：刀具从开始投入使用到完全报废的总切削时间间影响刀具寿命的因素：影响刀具寿命的因素：刀刀 具具 几几 何何 参参 数数 刀刀 具具 材材 料料 工工 件件 材材 料料切切 削削 速速 度度切切 削削 用用 量量（五）、影响刀具寿命的因素（五）、影响刀具寿命的因素刀具使用寿命与切削速度的关系刀具使用寿命与切削速度的关系 工件、刀具材料和刀具几何形状确定后，工件、刀具材料和刀具几何形状确定后，v 对对T 影响最大。影响最大。通过实验得经验公式：通过实验得经验公式：v T m=C0 指数指数m 表示表示v
44、 对对 T 的影响程度，的影响程度，Y合金合金,m=0.20.4;HSS,m=0.10.125。m 越小，则越小，则v 对对 T 的影响越大。的影响越大。系数系数C0，与刀具、工件材料和切削条件有关。，与刀具、工件材料和切削条件有关。第三节第三节 影响金属切削加工的主要因素影响金属切削加工的主要因素 工件材料的工件材料的可切削加工性是可切削加工性是指对某种材料进指对某种材料进行切削加工的难行切削加工的难易程度。易程度。一、工件材料切削加工性的评定指标一、工件材料切削加工性的评定指标1 1）以一定耐用度下的切削速度）以一定耐用度下的切削速度v vT T衡量加工性；衡量加工性；2 2）以切削力或切
45、削温度衡量加工性；）以切削力或切削温度衡量加工性；3 3）以加工表面质量衡量加工性；）以加工表面质量衡量加工性；4 4）以切屑控制或断屑的难易）以切屑控制或断屑的难易具体来说，包括以下五点：具体来说，包括以下五点：60vTvTv1.1.一定一定刀具耐用度下的切削速度刀具耐用度下的切削速度当刀具的耐用度为T时，切削某种材料所允许的切削速度。材料的切削加工性越好。Tv若T=60min，则2 2相对加工性相对加工性 K Kv v=6060/(/(6060)j j刀具寿命为刀具寿命为60min60min时所允许的切削速度，用时所允许的切削速度，用6060表示表示以以b b=0.735GPa=0.735
46、GPa的的4545钢的钢的6060为基准（为基准（6060)j j。其它工件材料的其它工件材料的6060与与(60)j(60)j的比值即为相对加工性的比值即为相对加工性KvKv。当当 K Kv v 1 1时，该材料比时，该材料比4545钢容易切削，例如有色金属钢容易切削，例如有色金属K Kv v 3 3；当当 K Kv v 1 1时，该材料比时，该材料比4545钢难切削，例如高锰钢、钛合钢难切削，例如高锰钢、钛合金金 K Kv v 0.65 0.65，均属难加工材料。，均属难加工材料。3.3.已加工表面质量已加工表面质量5.5.切削力切削力4.4.切屑的控制或断屑的难易切屑的控制或断屑的难易凡
47、较容易获得好的表面质量的材料，其切削加工性较好；反之则较差。精加工时，常以此为衡量指标。凡切屑较容易控制或易于断屑的材料，其切削加工性较好；反之则较差。在自动机床或自动线上加工时，常以此为衡量指标。在相同切削条件下，凡切削力较小的材料，其切削加工性较好；反之则较差。在粗加工中，当机床刚性或动力不足时，常以此为衡量指标。1.1.碳素钢碳素钢低碳钢低碳钢(0.25%)(0.8%0.8%）：性）：性硬而脆硬而脆，切削时刀具易磨损，故，切削时刀具易磨损，故其其切削加工性不好切削加工性不好。可通过可通过球化退火球化退火来改善其切削加工性。来改善其切削加工性。二、常用材料的切削加工性二、常用材料的切削加工
48、性3.普通铸铁：普通铸铁：与具有相同基体组织的碳素钢相比，切削加工性好。其金相组织是金属切削加工性好。其金相组织是金属基体加游离态石墨。基体加游离态石墨。墨：降低了铸铁的塑性，切屑易断，墨：降低了铸铁的塑性，切屑易断，有润滑作用，使切削力小，刀具磨损小。有润滑作用，使切削力小，刀具磨损小。但石墨易脱落，使已加工表面粗糙。但石墨易脱落，使已加工表面粗糙。切削铸铁时形成崩碎切屑，造成切屑与前切削铸铁时形成崩碎切屑，造成切屑与前刀面的接触长度非常短，使切削力、切削刀面的接触长度非常短，使切削力、切削热集中在刃区，最高温度在靠近切削刃的热集中在刃区，最高温度在靠近切削刃的后刀面上。后刀面上。2.2.合
49、金结构钢合金结构钢合金结构钢的切削加工性一般低于含碳量合金结构钢的切削加工性一般低于含碳量相近的碳素结构钢。相近的碳素结构钢。4.4.铝、镁等非铁合金铝、镁等非铁合金 硬度较低，且导热性好，故具有良好的切削硬度较低，且导热性好，故具有良好的切削加工性。加工性。加工铝合金时，不宜采用陶瓷刀具。加工铝合金时，不宜采用陶瓷刀具。一般不使用切削液。一般不使用切削液。铝合金：乳化液和煤油铝合金：乳化液和煤油 镁合金：严禁使用水剂和油剂，宜于自然空镁合金：严禁使用水剂和油剂，宜于自然空冷和采用压缩空气冷却。冷和采用压缩空气冷却。三、改善工件材料切削加工性的途径三、改善工件材料切削加工性的途径 可通过可通过
50、热处理方法，热处理方法，改变材料的金相组织和物改变材料的金相组织和物理力学性能，也可通过调理力学性能，也可通过调整材料的化学成分等途径整材料的化学成分等途径。生产实际中，热处理生产实际中，热处理是常用的处理方法。是常用的处理方法。难加工材料包括难切金属材料和难切非金难加工材料包括难切金属材料和难切非金属材料两大类。属材料两大类。难切金属材料：高锰钢、高强度钢、不锈难切金属材料：高锰钢、高强度钢、不锈钢、高温合金、钛合金、高熔点金属及钢、高温合金、钛合金、高熔点金属及其合金、喷涂其合金、喷涂(焊焊)材料等。材料等。难切非金属材料：陶瓷难切非金属材料：陶瓷 四、难加工材料四、难加工材料(1)(1)
