金屬切削過程基本規(guī)律

1、LOGO 機(jī)制教研室機(jī)制教研室 第第五節(jié)五節(jié) 金屬切削過程金屬切削過程 基本規(guī)律基本規(guī)律 切削切削變形變形 一一 切削切削力力 二二 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度 二二 一一 三三 本本 節(jié)節(jié) 教教 學(xué)學(xué) 內(nèi)內(nèi) 容容 第第五五節(jié)節(jié) 金屬切削過程金屬切削過程基本規(guī)律基本規(guī)律 刀具磨損與刀具壽命刀具磨損與刀具壽命 四四 （1 1）衡量切削變形程度的兩個(gè)指標(biāo)；）衡量切削變形程度的兩個(gè)指標(biāo)； （2 2）積屑瘤對切削過程的影響及抑制其產(chǎn)生的方法。）積屑瘤對切削過程的影響及抑制其產(chǎn)生的方法。 （3 3）影響切削變形的因素。）影響切削變形的因素。 本本 節(jié)節(jié) 教教 學(xué)學(xué) 重重 點(diǎn)點(diǎn) 難難 點(diǎn)點(diǎn) （4 4

2、）切削力、切削功率的計(jì)算；）切削力、切削功率的計(jì)算； （5 5）影響切削力的因素；）影響切削力的因素； （6 6）影響切削溫度的因素；）影響切削溫度的因素； （7 7）刀具壽命的概念及影響壽命的因素。）刀具壽命的概念及影響壽命的因素。 第第五五節(jié)節(jié) 金屬切削過程金屬切削過程基本規(guī)律基本規(guī)律 本本 節(jié)節(jié) 教教 學(xué)學(xué) 重重 點(diǎn)點(diǎn) 難難 點(diǎn)點(diǎn) （1 1）影響切削變形的因素。影響切削變形的因素。 第第五五節(jié)節(jié) 金屬切削過程金屬切削過程基本規(guī)律基本規(guī)律 （2 2）影響切削力的因素；）影響切削力的因素； （3 3）影響切削溫度的因素；）影響切削溫度的因素； （4 4）影響刀具壽命的因素。）影響刀具壽命的因

3、素。 金屬切削過程與金屬受壓縮過程比較：金屬切削過程與金屬受壓縮過程比較： 一一、切削切削變形變形 a a）壓縮）壓縮 b b）切削）切削 金金 屬屬 切切 削削 過過 程程 切削過程切削過程 金金 屬屬 切切 削削 過過 程程 第第變形區(qū)變形區(qū) 第第變形區(qū)變形區(qū) 第第變形區(qū)變形區(qū) 金屬切削過程中的滑移線和流線示意圖金屬切削過程中的滑移線和流線示意圖 一一、切削切削變形變形 金金 屬屬 切切 削削 過過 程程 OA始滑移線始滑移線； OM終滑移線終滑移線 1. 1. 第第變形區(qū)的變形變形區(qū)的變形過程過程 金屬的剪切滑移變形金屬的剪切滑移變形 一般速度范圍內(nèi)，第一般速度范圍內(nèi)，第變形區(qū)的寬度為變

4、形區(qū)的寬度為0.020.2mm。速。速 度越高，寬度越小，可看作一個(gè)平面度越高，寬度越小，可看作一個(gè)平面剪切面剪切面。 剪切面與切削速度剪切面與切削速度vc方向之間的夾角稱為方向之間的夾角稱為剪切角剪切角 。 （一）（一） 第第變形區(qū)變形區(qū) 金金 屬屬 切切 削削 過過 程程 切屑根部金相照片切屑根部金相照片 M 刀具刀具 切屑切屑 O A 終滑移線終滑移線 始滑移線：始滑移線：=s 剪切角剪切角 剪切面剪切面 金金 屬屬 切切 削削 過過 程程 變形系數(shù)變形系數(shù) 2.2.變形程度的表示方法變形程度的表示方法 金金 屬屬 切切 削削 過過 程程 變形系數(shù)是通過切屑外形尺寸變化來衡量變形大小的。

5、變形系數(shù)是通過切屑外形尺寸變化來衡量變形大小的。 變形系數(shù)變形系數(shù)表示切屑收縮的程度表示切屑收縮的程度, ,即即: : 1 c ch ch c a a l l 變形系數(shù)的計(jì)算變形系數(shù)的計(jì)算 sin )cos( sin )cos( 0o c ch OM OM a a 2.2.變形程度的表示方法變形程度的表示方法 金金 屬屬 切切 削削 過過 程程 90 0 90 由上式可知：由上式可知：越大，越大，o越大，則越大，則越小。越小。 該方法簡便，但很粗略，有時(shí)不能反映剪切變形該方法簡便，但很粗略，有時(shí)不能反映剪切變形 的真實(shí)情況，因而有必要研究標(biāo)志變形程度的其的真實(shí)情況，因而有必要研究標(biāo)志變形程度的

6、其 他方法。他方法。 2.2.變形程度的表示方法變形程度的表示方法 金金 屬屬 切切 削削 過過 程程 相對滑移相對滑移 y s 2.2.變形程度的表示方法變形程度的表示方法 金金 屬屬 切切 削削 過過 程程 切削過程中金屬變形的主要形式是剪切滑移，采用切削過程中金屬變形的主要形式是剪切滑移，采用“相對相對 滑移滑移單位厚度上的剪切滑移量單位厚度上的剪切滑移量” 來衡量變形程度應(yīng)該是來衡量變形程度應(yīng)該是 比較合理的比較合理的。 當(dāng)平行四邊形當(dāng)平行四邊形OHNM發(fā)生剪切滑移變形后，變?yōu)榘l(fā)生剪切滑移變形后，變?yōu)镺GPM ，其相對滑移為，其相對滑移為 MK KPNK MK NP y s )tan(

7、cot o 2.2.變形程度的表示方法變形程度的表示方法 相對滑移相對滑移的計(jì)算的計(jì)算 金金 屬屬 切切 削削 過過 程程 由上式知：由上式知：越大，越大，o o 越大，則越大，則越小，變形也越小。越小，變形也越小。 2.2.變形程度的表示方法變形程度的表示方法 金金 屬屬 切切 削削 過過 程程 綜上所述，綜上所述，主要從塑性壓縮方面分析，而主要從塑性壓縮方面分析，而主要是從剪主要是從剪 切變形考慮的，所以，切變形考慮的，所以，與與都只能近似表示變形程度的大小都只能近似表示變形程度的大小 。相對來講，。相對來講，能比較真實(shí)地反映變形的程度。能比較真實(shí)地反映變形的程度。 （二）（二）第第變形區(qū)

8、變形區(qū)的變形的變形 1. 第第變形區(qū)的變形變形區(qū)的變形過程過程 此此變形區(qū)的變形是造成前變形區(qū)的變形是造成前刀面磨損和產(chǎn)生積屑瘤刀面磨損和產(chǎn)生積屑瘤的主要原因。的主要原因。 金金 屬屬 切切 削削 過過 程程 （二）（二）第第變形區(qū)變形區(qū)的變形的變形 金金 屬屬 切切 削削 過過 程程 2.2.切屑與前刀面間的摩擦特點(diǎn)切屑與前刀面間的摩擦特點(diǎn) 粘接區(qū)粘接區(qū)lf1: :高溫高壓高溫高壓材料軟化材料軟化微熔微熔底層金屬在錢刀面底層金屬在錢刀面 上滯留、粘結(jié)上滯留、粘結(jié)（內(nèi)摩擦）。內(nèi)摩擦）。 滑動(dòng)區(qū)滑動(dòng)區(qū)lf2: : 切屑即將脫離前刀面，切屑底層與前刀面間只是切屑即將脫離前刀面，切屑底層與前刀面間只

9、是 突出的點(diǎn)接觸（外摩擦）。突出的點(diǎn)接觸（外摩擦）。 一般內(nèi)摩擦力約占總摩擦力的一般內(nèi)摩擦力約占總摩擦力的85%85% 3. 積屑瘤積屑瘤 積屑瘤積屑瘤 金金 屬屬 切切 削削 過過 程程 3. 積屑瘤積屑瘤 積屑瘤對切削過程的影響積屑瘤對切削過程的影響 （1 1）代替刀具切削，保護(hù)刀具）代替刀具切削，保護(hù)刀具 （2 2）增大前角，減小切削變形和力）增大前角，減小切削變形和力 （3 3）增大切削厚度，影響工件的尺寸精度）增大切削厚度，影響工件的尺寸精度 （4 4）增大已加工表面粗糙度）增大已加工表面粗糙度 金金 屬屬 切切 削削 過過 程程 影響積屑瘤產(chǎn)生的因素影響積屑瘤產(chǎn)生的因素 3. 積屑

10、瘤積屑瘤 積屑瘤的形成主要決定于積屑瘤的形成主要決定于切削溫度以及接觸面的壓力、切削溫度以及接觸面的壓力、 粗糙程度、粘結(jié)程度粗糙程度、粘結(jié)程度等。這些因素與以下切削條件有關(guān)。等。這些因素與以下切削條件有關(guān)。 工件材料的塑性越好，刀屑之間的接觸長度工件材料的塑性越好，刀屑之間的接觸長度lf越大，摩擦越大，摩擦 系數(shù)系數(shù)越大，切削溫度越高，就越容易產(chǎn)生粘結(jié)，易產(chǎn)生積越大，切削溫度越高，就越容易產(chǎn)生粘結(jié)，易產(chǎn)生積 屑瘤。屑瘤。 1 1）工件材料）工件材料 前角前角o越大，刀具和切屑之間的接觸長度越大，刀具和切屑之間的接觸長度lf就越小，摩擦就越小，摩擦 越小，所以不易產(chǎn)生積屑瘤。越小，所以不易產(chǎn)生

11、積屑瘤。 2 2）前角）前角 3 3）進(jìn)給量）進(jìn)給量 進(jìn)給量減小，進(jìn)給量減小，ac減小，減小， 切屑與前刀面接觸長度切屑與前刀面接觸長度lf減小，減小， 摩擦系數(shù)減小，切削溫度降低，不易產(chǎn)生積屑瘤。摩擦系數(shù)減小，切削溫度降低，不易產(chǎn)生積屑瘤。 金金 屬屬 切切 削削 過過 程程 3. 積屑瘤積屑瘤 4 4）切削速度）切削速度 在低速切削（在低速切削（vc3mmin）中碳鋼時(shí)，切削溫度較低；而）中碳鋼時(shí)，切削溫度較低；而 在高速切削時(shí)（在高速切削時(shí)（vc60mmin），切削溫度又較高，在這兩），切削溫度又較高，在這兩 種情況下刀屑之間摩擦系數(shù)均較小，不易粘結(jié)，也就不易形種情況下刀屑之間摩擦系數(shù)均

12、較小，不易粘結(jié)，也就不易形 成積屑瘤。切削速度在兩者之間時(shí)，有積屑瘤產(chǎn)生，而在中成積屑瘤。切削速度在兩者之間時(shí)，有積屑瘤產(chǎn)生，而在中 速時(shí)（速時(shí)（vc=20mmin）積屑瘤高度最大。）積屑瘤高度最大。 切削速度對積屑瘤的影響切削速度對積屑瘤的影響 金金 屬屬 切切 削削 過過 程程 抑制積屑瘤產(chǎn)生的措施抑制積屑瘤產(chǎn)生的措施 1）采用熱處理降低工件材料的塑性；）采用熱處理降低工件材料的塑性； 2）避開積屑瘤產(chǎn)生切削速度范圍；）避開積屑瘤產(chǎn)生切削速度范圍； 3）增大前角；）增大前角； 4）減小進(jìn)給量；）減小進(jìn)給量； 5）采用潤滑液等。）采用潤滑液等。 積屑瘤對精加工是不利的，應(yīng)避免它產(chǎn)生。積屑瘤對

13、精加工是不利的，應(yīng)避免它產(chǎn)生。 3. 積屑瘤積屑瘤 金金 屬屬 切切 削削 過過 程程 刀刃鈍圓半徑刀刃鈍圓半徑 r r 后刀面磨損帶后刀面磨損帶VBVB 彈性恢復(fù)區(qū)彈性恢復(fù)區(qū)CDCD 已加工表面受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓和摩擦，已加工表面受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓和摩擦， 產(chǎn)生變形與回彈，造成纖維化、加工硬化產(chǎn)生變形與回彈，造成纖維化、加工硬化和殘余應(yīng)力和殘余應(yīng)力。 （三）（三）第第變形區(qū)變形區(qū)的變形的變形 金金 屬屬 切切 削削 過過 程程 彈性恢復(fù)彈性恢復(fù)影響零件的尺寸影響零件的尺寸 硬化層表面出現(xiàn)細(xì)微裂紋硬化層表面出現(xiàn)細(xì)微裂紋降低表面加工質(zhì)量降低表面加工質(zhì)量 表面硬度提高表

14、面硬度提高產(chǎn)生殘余應(yīng)力產(chǎn)生殘余應(yīng)力影響零件使用性能影響零件使用性能 后刀面磨損帶后刀面磨損帶VBVB加速刀具磨損，減少刀具壽命加速刀具磨損，減少刀具壽命 1.1.工件材料工件材料 工件材料強(qiáng)度硬度越高，摩擦系數(shù)工件材料強(qiáng)度硬度越高，摩擦系數(shù)越小，剪切角越小，剪切角越越 大，切削變形越小。大，切削變形越小。 工件材料的塑性越高，切削變形大。工件材料的塑性越高，切削變形大。 （四）（四）影響切削變形的因素影響切削變形的因素 影影 響響 切切 削削 變變 形形 的的 因因 素素 2.2.刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù) （1 1）刀具前角）刀具前角o 前角前角o切削刃鋒利切削刃鋒利越易切入金屬越易切入金屬阻

15、力阻力 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)剪切角剪切角變形系數(shù)變形系數(shù) 切削變形切削變形 切削輕快。切削輕快。 （2 2）刀尖圓弧半徑）刀尖圓弧半徑 刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑切削刃上參加切削的曲線刃的長切削刃上參加切削的曲線刃的長 使平均切削厚度使平均切削厚度切削變形切削變形。 影影 響響 切切 削削 變變 形形 的的 因因 素素 （四）（四）影響切削變形的因素影響切削變形的因素 前角對剪切角的影響前角對剪切角的影響 a) a) 負(fù)前角；負(fù)前角； b)b)正前角正前角 影影 響響 切切 削削 變變 形形 的的 因因 素素 （四）（四）影響切削變形的因素影響切削變形的因素 3.3.切削速度切削速度vc 影影 響響

16、 切切 削削 變變 形形 的的 因因 素素 切削速度切削速度vc是通過積屑瘤使剪切角是通過積屑瘤使剪切角改變和通過切削溫改變和通過切削溫 度使摩擦系數(shù)度使摩擦系數(shù)變化而影響切削變形的。變化而影響切削變形的。 （四）（四）影響切削變形的因素影響切削變形的因素 切削速度切削速度vc對對切削變形的影響切削變形的影響 vc=（320）mmin，vch積 積oe vc=20mmin左右時(shí)，左右時(shí)， h積 積max oe max max min vc=（2040）mmin， vch積 積 oe vc40mmin后，切削溫度后，切削溫度 影影 響響 切切 削削 變變 形形 的的 因因 素素 （四）（四）影響

17、切削變形的因素影響切削變形的因素 3.3.進(jìn)給量進(jìn)給量 進(jìn)給量進(jìn)給量f 切削厚度切削厚度ac正壓力正壓力Fn，平均正應(yīng)力，平均正應(yīng)力 fav因此摩擦系數(shù)因此摩擦系數(shù)剪切角剪切角變形系數(shù)變形系數(shù)影影 響響 切切 削削 變變 形形 的的 因因 素素 （四）（四）影響切削變形的因素影響切削變形的因素 切削過程中，使工件上的切削層材料發(fā)生變形形成切屑切削過程中，使工件上的切削層材料發(fā)生變形形成切屑 所需的力，稱為所需的力，稱為切削力切削力。 切切 削削 力力 二、二、切削切削力力 （一）（一）切削力切削力的來源、合力及其分力的來源、合力及其分力 切削熱切削熱 的產(chǎn)生的產(chǎn)生 工藝系統(tǒng)的強(qiáng)度和剛度工藝系統(tǒng)

18、的強(qiáng)度和剛度 加工質(zhì)量加工質(zhì)量 切削切削 溫度溫度 刀具磨損刀具磨損 刀具刀具 壽命壽命 切削力切削力 的影響的影響 工件熱變形工件熱變形 切切 削削 力力 u直角自由切削的分力與合力直角自由切削的分力與合力 切切 削削 力力 r Fc Fr FpFfp Ff Ffp Ff p vf vc u直角非自由切削時(shí)切削力的分力與合力直角非自由切削時(shí)切削力的分力與合力 Fc Fr 切削合力 主切削力 Fp吃刀抗力 Ff進(jìn)給抗力 切切 削削 力力 直角非自由切削時(shí)，由于受到副切削刃上刀尖處變形抗力直角非自由切削時(shí)，由于受到副切削刃上刀尖處變形抗力 和摩擦力的影響和摩擦力的影響, ,改變了合力改變了合力

19、F Fr r 的作用方向。的作用方向。 為了便于分析切削力的作用和測量、計(jì)算切削力的大小，為了便于分析切削力的作用和測量、計(jì)算切削力的大小， 通常將合力通常將合力 F Fr r 在按主運(yùn)動(dòng)速度方向、背吃刀量方向和進(jìn)給方在按主運(yùn)動(dòng)速度方向、背吃刀量方向和進(jìn)給方 向向分解為三個(gè)互相垂直的分力：分解為三個(gè)互相垂直的分力： F Fc c 主切削力主切削力，與切削速度方向一致。，與切削速度方向一致。 F Ff f 進(jìn)給力進(jìn)給力，與進(jìn)給方向平行，車外圓時(shí)稱為軸向力。，與進(jìn)給方向平行，車外圓時(shí)稱為軸向力。 F Fp p 背向力背向力( (吃刀抗力吃刀抗力) )，與進(jìn)給方向垂直，車外圓時(shí)又稱徑，與進(jìn)給方向垂直

20、，車外圓時(shí)又稱徑 向力。向力。 切切 削削 力力 22222 fpcpfcr FFFFFF rpfp FFcos rpff FFsin c FF）（7 . 015. 0 p c FF）（6 . 01 . 0 f 式中式中 F Fpf pf 合力合力F Fr r在基面上的分力。在基面上的分力。 一般情況下，主切削力一般情況下，主切削力F Fc c最大，最大，F(xiàn) Fp p、F Ff f小一些。小一些。 ； 切切 削削 力力 進(jìn)給抗力進(jìn)給抗力F Ff f 消耗總功率消耗總功率5%5%左右，它是驗(yàn)算機(jī)床進(jìn)給左右，它是驗(yàn)算機(jī)床進(jìn)給 系統(tǒng)主要零、部件強(qiáng)度和剛性的依據(jù)。系統(tǒng)主要零、部件強(qiáng)度和剛性的依據(jù)。 主

21、切削力主切削力F Fc c最大，消耗切削總功率的最大，消耗切削總功率的95%95%左右。左右。 背向力背向力F Fp p 不消耗功率，但在機(jī)床不消耗功率，但在機(jī)床工件工件夾具夾具刀刀 具所組成的工藝系統(tǒng)剛性不足時(shí)，是造成振動(dòng)的主要因素。具所組成的工藝系統(tǒng)剛性不足時(shí)，是造成振動(dòng)的主要因素。 切切 削削 力力 切切 削削 力力 f f F f F f F f p p F p F p F p c c F c F c F c F z c yx pF F z c yx pF F z c yx pF KvfaCF KvfaCF KvfaCF f p c 式中系數(shù)指數(shù)式中系數(shù)指數(shù) 式中：CFc、 CFf、C

22、 CFp影響系數(shù)；KFc、 KFf、 KFp為切削條 件修正系數(shù)xFc、 yFc、 zFc等為指數(shù)，均可在切削用量 手冊中查到。 切除單位切削層面積所產(chǎn)生的的主切削力，用切除單位切削層面積所產(chǎn)生的的主切削力，用p p（單（單 位為位為N Nmmmm2 2）表示。）表示。 wc cc c c aa F fa F A F p p 單位切削力單位切削力p p可從手冊相關(guān)表中查出，則可由上式求可從手冊相關(guān)表中查出，則可由上式求 出出F Fc c，切削條件不同時(shí)，再乘以相關(guān)修正系數(shù)即可。求出，切削條件不同時(shí)，再乘以相關(guān)修正系數(shù)即可。求出 F Fp p、F Ff f時(shí)，時(shí)， 用用F Fc c再乘以相應(yīng)的比

23、例系數(shù)和修正系數(shù)。再乘以相應(yīng)的比例系數(shù)和修正系數(shù)。 在同一切削條件下，用單位切削力算出的切削力與用在同一切削條件下，用單位切削力算出的切削力與用 指數(shù)公式算出的切削力基本相同。指數(shù)公式算出的切削力基本相同。 切切 削削 力力 Fc= pAcKFc KFc為切削條件修正系數(shù) 式中式中 F Fc c 主切削力（主切削力（N N）；）； v vc c 主運(yùn)動(dòng)速度（主運(yùn)動(dòng)速度（m/minm/min）。）。 60 10 3 cc F P c 用用P Pc c 表示，單位為表示，單位為kWkW在切削過程中消耗的功率。在切削過程中消耗的功率。 式中式中 機(jī)床傳動(dòng)效率，通常機(jī)床傳動(dòng)效率，通常= 0.75= 0

24、.750.850.85。 c P E P 切切 削削 力力 單位時(shí)間內(nèi)切除單位體積的金屬所消耗的功率。單位時(shí)間內(nèi)切除單位體積的金屬所消耗的功率。 W c E P p c kWkW（mmmm3 3ss-1 -1） ） 60 1000 cp fa Ew 6 cp 3 cp 10 1000 10 p fa fap pc 式中式中 E Ew w 金屬切除率。金屬切除率。 則有則有 從有關(guān)手冊表中可查出單位切削功率從有關(guān)手冊表中可查出單位切削功率p pc c，即可求出切，即可求出切 削功率削功率P Pc c。 切切 削削 力力 對于塑性材料，硬度、強(qiáng)度越高，材料的剪切屈服強(qiáng)度對于塑性材料，硬度、強(qiáng)度越高

25、，材料的剪切屈服強(qiáng)度 s s越高，切削力越大。越高，切削力越大。 材料的塑性或韌性越高，切屑不易折斷，使切屑與前刀材料的塑性或韌性越高，切屑不易折斷，使切屑與前刀 面間摩擦增加，故切削力越大。面間摩擦增加，故切削力越大。 對于脆性材料，如鑄鐵、黃銅等，由于塑性變形小，對于脆性材料，如鑄鐵、黃銅等，由于塑性變形小， 切屑與前刀面的摩擦小，故切削力小。切屑與前刀面的摩擦小，故切削力小。 1.1.工件材料的影響工件材料的影響 切切 削削 力力 2.切削用量的影響 ap， f都會使切削面積Ac（Ac=ap f）變形力 摩擦力 切削力。 但影響不同 ap切削厚度ac不變，切削寬度aw（ aw= ap/s

26、inkr），而 變形系數(shù)、摩擦系數(shù)與aw幾乎無關(guān)，故：F成正比。 f切削功增大切削功增大 切削力， 另外f切削厚度ac成正 比（ ac = ap/sinkr）變形系數(shù)摩擦系數(shù) 切削力 正反兩方面的作用，使切削力增加與f 不成正比 切削速度對切削力影響切削速度對切削力影響 切削速度切削速度v vc c對切削力對切削力F Fc c 、F Fp p、F Ff f的影響的影響 切切 削削 力力 l在積屑瘤增長階段在積屑瘤增長階段 v vc c h h積 積 變形程度變形程度 F F l在積屑瘤減小階段在積屑瘤減小階段 v vc c h h積 積 變形程度變形程度 F F l在無積屑瘤階段在無積屑瘤階段

27、 v vc c溫度溫度摩擦系數(shù)摩擦系數(shù) 變形程度變形程度 F F o o 3030或高速切削時(shí)，或高速切削時(shí)， o o對對 F F 影響不顯著。影響不顯著。 3. 刀具幾何參數(shù)的影響刀具幾何參數(shù)的影響 前角前角o o 的影響的影響 前角對切削力的影響前角對切削力的影響 加工塑性材料時(shí)加工塑性材料時(shí) o o變形變形F F 加工脆性材料時(shí)加工脆性材料時(shí) 切削變形很小、摩擦很小，切削變形很小、摩擦很小， o o對對 F F 影響不顯著影響不顯著 切切 削削 力力 主偏角主偏角r的影響的影響 主偏角主偏角r r對切削力的影響對切削力的影響 lr r對對F Fc c影響較小影響較小 r r在在30306

28、060內(nèi)增內(nèi)增 大，由于大，由于a ac c的影響起主的影響起主 要作用，故要作用，故F Fc c減??；減??； r r約在約在60609090內(nèi)內(nèi) 增大，刀尖圓弧的影響增大，刀尖圓弧的影響 更為突出，故更為突出，故F Fc c增大。增大。 一般情況下，主偏角一般情況下，主偏角 r r=60=607575時(shí)，時(shí)，F(xiàn) Fc c最小。最小。 3. 刀具幾何參數(shù)的影響刀具幾何參數(shù)的影響 切切 削削 力力 Fp Ffp cosr Ff Ffp sinr r Fp Ff 主偏角主偏角r r對切削力的影響對切削力的影響 lr r對對F Fp p、 、 F Ff f影響較大 影響較大 3. 刀具幾何參數(shù)的影響

29、刀具幾何參數(shù)的影響 切切 削削 力力 ls對對F Fc c影響很小影響很小 ls對對Fp、 、 Ff影響較大 影響較大 s Fp 、Ff 刃傾角刃傾角s s對切削力的影響對切削力的影響 刃傾角刃傾角s的影響的影響 ，主切削刃的，主切削刃的 工作長度工作長度 ，摩擦，摩擦 ， 但切削刃鋒利性但切削刃鋒利性 ，切，切 削變形削變形，上述作用的結(jié)上述作用的結(jié) 果，使果，使F Fc c變化很小。變化很小。 s 3. 刀具幾何參數(shù)的影響刀具幾何參數(shù)的影響 切切 削削 力力 負(fù)倒棱負(fù)倒棱b b1 1的影響 的影響 b b1 1 與 與f f 之比增大之比增大, , 切削力隨之增大切削力隨之增大。 當(dāng)切鋼當(dāng)

30、切鋼b b1 1/ /f f 55或或 切鑄鐵切鑄鐵b b1 1/ /f f 33時(shí)，時(shí)， 切削力趨于穩(wěn)定，接近切削力趨于穩(wěn)定，接近 于負(fù)前角的狀態(tài)。于負(fù)前角的狀態(tài)。 正前角負(fù)倒棱車刀的切屑流出情況正前角負(fù)倒棱車刀的切屑流出情況 3. 刀具幾何參數(shù)的影響刀具幾何參數(shù)的影響 切切 削削 力力 刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑r r 的影響 的影響 r r 對 對F Fc c影響很小影響很小 r r F Fp p F Ff f 刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑r r 增大時(shí)切削刃曲線部分長度增大 增大時(shí)切削刃曲線部分長度增大 3. 刀具幾何參數(shù)的影響刀具幾何參數(shù)的影響 切切 削削 力力 后刀面平均后刀面平均 磨損

31、帶寬度磨損帶寬度VBVB 越越 大，摩擦越強(qiáng)烈，大，摩擦越強(qiáng)烈， 切削力也越大。切削力也越大。 VBVB對背向力對背向力 F Fp p影響最顯著影響最顯著 4. 刀具磨損的影響刀具磨損的影響 切切 削削 力力 6. 刀具材料的影響刀具材料的影響 刀具材料不同，刀具與工件之間的摩擦系數(shù)不同，對力刀具材料不同，刀具與工件之間的摩擦系數(shù)不同，對力 的影響也不同。按立方氮化硼、陶瓷、涂層、硬質(zhì)合金、高的影響也不同。按立方氮化硼、陶瓷、涂層、硬質(zhì)合金、高 速鋼順序，切削力依次增大。速鋼順序，切削力依次增大。 5. 切削液的影響切削液的影響 切削液潤滑作用越好，力減小越顯著，低速時(shí)更突出。切削液潤滑作用越

32、好，力減小越顯著，低速時(shí)更突出。 切切 削削 力力 三三、切削熱與切削溫度、切削熱與切削溫度 由切削過程中產(chǎn)生的切削功和摩擦功轉(zhuǎn)變而來的。由切削過程中產(chǎn)生的切削功和摩擦功轉(zhuǎn)變而來的。 1.切削熱切削熱 切切 削削 熱熱 與與 切切 削削 溫溫 度度 切削熱的來源與傳出 切屑切屑Q Qch ch 、刀具 、刀具Q Qc c、 、 工件工件Q Qw w、 、周圍介質(zhì)（切 周圍介質(zhì)（切 削液、空氣削液、空氣) )Q Qf f 切削熱產(chǎn)生與傳出的關(guān)系為切削熱產(chǎn)生與傳出的關(guān)系為 fwcchaffrp QQQQQQQ 1.切削熱切削熱 切切 削削 熱熱 與與 切切 削削 溫溫 度度 分析歸納切削溫度分布規(guī)

33、律： 1.剪切區(qū)等溫線與滑移線相近 OM線溫度比OA線上溫度高 剪切滑移相等的地方溫度相等， 剪切變形是切削熱的第一來源 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 摩擦是切削熱的又一來源 2.切削溫度切削溫度 750 刀具 2.切削溫度切削溫度 切切 削削 熱熱 與與 切切 削削 溫溫 度度 切削脆性材料時(shí)切削脆性材料時(shí) 最高溫度區(qū)域最高溫度區(qū)域 后刀面靠近刀后刀面靠近刀 尖處尖處 切削塑性材料時(shí)最高切削塑性材料時(shí)最高 溫度區(qū)域溫度區(qū)域前刀面前刀面 靠近刀尖處靠近刀尖處 切削溫度一般指切削區(qū)（切屑與切削溫度一般指切削區(qū)（切屑與 前刀面接觸區(qū)）的平

34、均溫度前刀面接觸區(qū)）的平均溫度 3.影響切削溫度的因素影響切削溫度的因素 影響切削溫度的因素主要有兩個(gè)方面：影響切削溫度的因素主要有兩個(gè)方面： 切削熱的產(chǎn)生與傳出切削熱的產(chǎn)生與傳出 （1 1）切削用量的影響）切削用量的影響 式中式中 前刀面接觸區(qū)的平均溫度前刀面接觸區(qū)的平均溫度( ( C)C)； C C 與工件、刀具材料和其它切削參數(shù)有關(guān)的修正系數(shù)；與工件、刀具材料和其它切削參數(shù)有關(guān)的修正系數(shù)； z z 、 、y y 、 、x x v vc c、f f、a ap p 的影響指數(shù)。的影響指數(shù)。 經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式 KafC xy p z c 切切 削削 熱熱 與與 切切 削削 溫溫 度度 刀具材料

35、加工方法 高速鋼 車削140170 0.350.450.20.30.080.10銑削80 鉆削150 硬質(zhì)合金車削320 f (mm/r) 0.10.41 0.150.050.20.31 0.30.26 切削溫度的系數(shù)及指數(shù) 3.影響切削溫度的因素影響切削溫度的因素 切削用量切削用量切削溫度切削溫度 vc對對影響最大，進(jìn)給量影響最大，進(jìn)給量 f 的影響比的影響比vc小，背吃刀量小，背吃刀量ap的的 影響很小。影響很小。 切切 削削 熱熱 與與 切切 削削 溫溫 度度 （2 2）刀具幾何參數(shù)的影響）刀具幾何參數(shù)的影響 前角前角o o對切削溫度對切削溫度的影響的影響 切切 削削 熱熱 與與 切切

36、削削 溫溫 度度 3.影響切削溫度的因素影響切削溫度的因素 0 0 變形程度變形程度 F F q q 但但0 0 2020時(shí)，時(shí)， 0 0 繼續(xù)繼續(xù)楔角楔角o o 因散熱面積因散熱面積， 對對的影響減小的影響減小 主偏角主偏角r r對切削溫度對切削溫度的影響的影響 主偏角主偏角r r增大，增大， 切削厚度切削厚度a ac c增大，增大， 產(chǎn)生的熱量減少。產(chǎn)生的熱量減少。 但主偏角增大，刀但主偏角增大，刀 尖角尖角r r減小，切減小，切 削寬度削寬度a aw w減小，刀減小，刀 具的散熱能力降低具的散熱能力降低 ，切削溫度升高。，切削溫度升高。 切切 削削 熱熱 與與 切切 削削 溫溫 度度 3

37、.影響切削溫度的因素影響切削溫度的因素 刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑r r 增大， 增大，切屑變形程度切削熱 同時(shí)散熱條件改善，兩者趨于平衡 切切 削削 熱熱 與與 切切 削削 溫溫 度度 3.影響切削溫度的因素影響切削溫度的因素 對影響很小 強(qiáng)度硬度、塑性強(qiáng)度硬度、塑性 和韌性越大，切和韌性越大，切 削力越大，切削削力越大，切削 溫度升高。溫度升高。 導(dǎo)熱率大，散熱導(dǎo)熱率大，散熱 快，溫度下降快，溫度下降 （3 3）工件材料的影響）工件材料的影響 切切 削削 熱熱 與與 切切 削削 溫溫 度度 3.影響切削溫度的因素影響切削溫度的因素 后刀面磨損增大，切削溫度升高后刀面磨損增大，切削溫度升高;

38、; VBVB達(dá)一定值影響加劇達(dá)一定值影響加劇; ; v vc c越高刀磨損對越高刀磨損對影響越顯著。影響越顯著。 澆切削液對澆切削液對切削溫度切削溫度刀具磨損刀具磨損加工質(zhì)量有明顯效加工質(zhì)量有明顯效 果。果。 熱導(dǎo)率比熱容和流量越大，本身溫度越低冷卻效果越熱導(dǎo)率比熱容和流量越大，本身溫度越低冷卻效果越 顯著顯著 （4 4）刀具磨損的影響）刀具磨損的影響 （5 5）切削液的影響）切削液的影響 切切 削削 熱熱 與與 切切 削削 溫溫 度度 3.影響切削溫度的因素影響切削溫度的因素 四四、刀具磨損和刀具壽命、刀具磨損和刀具壽命 1.1.刀具磨損的形式刀具磨損的形式 正常磨損正常磨損 刀具在設(shè)計(jì)與使

39、用合理、制造與刃磨質(zhì)量符合要刀具在設(shè)計(jì)與使用合理、制造與刃磨質(zhì)量符合要 求的情況下，在切削過程中逐漸產(chǎn)生的磨損。求的情況下，在切削過程中逐漸產(chǎn)生的磨損。 非正常磨損非正常磨損 （破損（破損 ） 刀刀 具具 磨磨 損損 前刀面磨損前刀面磨損 后刀面磨損后刀面磨損 前后刀面同時(shí)磨損前后刀面同時(shí)磨損 刀具在切削過程中突然或過早產(chǎn)生的損壞現(xiàn)象。刀具在切削過程中突然或過早產(chǎn)生的損壞現(xiàn)象。 脆性破損脆性破損 塑性破損塑性破損 刀刀 具具 磨磨 損損 與與 刀刀 具具 壽壽 命命 燒刃、卷刃、崩刃、 斷裂、表層剝落等。 刀面磨損形態(tài)刀面磨損形態(tài) 刀刀 具具 磨磨 損損 與與 刀刀 具具 壽壽 命命 1.1.

40、刀具磨損的形式刀具磨損的形式 （1）前刀面磨損 （2）后刀面磨損 （3）邊界磨損 切削塑性材料，切削塑性材料，v vc c和和a ac c較大時(shí)，較大時(shí)， 在前刀面上形成月在前刀面上形成月 牙洼磨損，以最大深度牙洼磨損，以最大深度KT KT 表示，表示， （1 1）前刀面磨損）前刀面磨損 刀刀 具具 磨磨 損損 與與 刀刀 具具 壽壽 命命 1.1.刀具磨損的形式刀具磨損的形式 （2 2）后刀面磨損）后刀面磨損 后刀面磨損帶不均勻，刀后刀面磨損帶不均勻，刀 尖部分磨損嚴(yán)重，最大值尖部分磨損嚴(yán)重，最大值 為為VCVC； 中間部位磨損較均勻，平中間部位磨損較均勻，平 均磨損寬度以均磨損寬度以VBV

41、B表示；表示； 邊界處磨損嚴(yán)重，以邊界處磨損嚴(yán)重，以VNVN表表 示。常用示。常用VBVB表示刀面磨損表示刀面磨損 的大小。的大小。 刀刀 具具 磨磨 損損 與與 刀刀 具具 壽壽 命命 1.1.刀具磨損的形式刀具磨損的形式 切削之后，刀具上同時(shí)出現(xiàn)前刀面磨損和后刀面磨損。切削之后，刀具上同時(shí)出現(xiàn)前刀面磨損和后刀面磨損。 在中等切削速度和中等進(jìn)給量下切削塑性金屬時(shí)，常出現(xiàn)在中等切削速度和中等進(jìn)給量下切削塑性金屬時(shí)，常出現(xiàn) 這種磨損形式。這種磨損形式。 （3 3）前、后刀面同時(shí)磨損）前、后刀面同時(shí)磨損 刀刀 具具 磨磨 損損 與與 刀刀 具具 壽壽 命命 1.1.刀具磨損的形式刀具磨損的形式 切

42、鋼料時(shí)，主刃、副刃與工件待加工表面或已加工表切鋼料時(shí)，主刃、副刃與工件待加工表面或已加工表 面接觸處磨出溝紋，稱為邊界磨損。面接觸處磨出溝紋，稱為邊界磨損。 邊界處的加工硬化層、硬質(zhì)點(diǎn)、較大的應(yīng)力梯度和溫邊界處的加工硬化層、硬質(zhì)點(diǎn)、較大的應(yīng)力梯度和溫 度梯度所造成。度梯度所造成。 （4 4）邊界磨損）邊界磨損 刀刀 具具 磨磨 損損 與與 刀刀 具具 壽壽 命命 1.1.刀具磨損的形式刀具磨損的形式 （1 1）磨料磨損）磨料磨損 低速切削時(shí)，磨料磨損是刀具磨損的主要原因低速切削時(shí)，磨料磨損是刀具磨損的主要原因(HSS(HSS刀刀) )。 （2 2）粘結(jié)磨損）粘結(jié)磨損 中速切削形成不穩(wěn)定積屑瘤時(shí)

43、，磨損嚴(yán)重中速切削形成不穩(wěn)定積屑瘤時(shí)，磨損嚴(yán)重。 2.2.刀具磨損的原因刀具磨損的原因 刀刀 具具 磨磨 損損 與與 刀刀 具具 壽壽 命命 （3 3）擴(kuò)散磨損）擴(kuò)散磨損 切削溫度越高擴(kuò)散越快；刀具工件材料親合力越大，擴(kuò)散切削溫度越高擴(kuò)散越快；刀具工件材料親合力越大，擴(kuò)散 越快；高速切削時(shí)擴(kuò)散磨損是刀具磨損的主要原因。越快；高速切削時(shí)擴(kuò)散磨損是刀具磨損的主要原因。 a a）元素分布）元素分布 b b）WC+CoWC+Co擴(kuò)散擴(kuò)散 c c）Ti+TaTi+Ta+ WC +Co+ WC +Co擴(kuò)散擴(kuò)散 刀刀 具具 磨磨 損損 與與 刀刀 具具 壽壽 命命 2.2.刀具磨損的原因刀具磨損的原因 （4

44、 4）相變磨損）相變磨損 相變磨損嚴(yán)重時(shí)會造成刀面的塌陷和切削刃卷曲。相變磨損嚴(yán)重時(shí)會造成刀面的塌陷和切削刃卷曲。 （5 5）氧化磨損）氧化磨損 刀刀 具具 磨磨 損損 與與 刀刀 具具 壽壽 命命 2.2.刀具磨損的原因刀具磨損的原因 溫度對磨損的影響溫度對磨損的影響 1-1-粘結(jié)磨損粘結(jié)磨損 2-2-磨粒磨損磨粒磨損 3-3-擴(kuò)散磨損擴(kuò)散磨損 4-4-相變磨損相變磨損 5-5-氧化磨損氧化磨損 刀刀 具具 磨磨 損損 與與 刀刀 具具 壽壽 命命 2.2.刀具磨損的原因刀具磨損的原因 積屑瘤脫落時(shí)引起大面積剝落；積屑瘤脫落時(shí)引起大面積剝落； 刀具材料硬度低、韌性差；刀具材料硬度低、韌性差；

45、 刀具幾何參數(shù)和切削用量選擇不合理導(dǎo)致切削力過大、切削刀具幾何參數(shù)和切削用量選擇不合理導(dǎo)致切削力過大、切削 溫度過高；溫度過高； 在焊接或刃磨時(shí)因驟冷驟熱而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力或裂紋；在焊接或刃磨時(shí)因驟冷驟熱而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力或裂紋； 操作、保管不當(dāng)?shù)取２僮?、保管不?dāng)?shù)取?（6）刀具非正常磨損原因）刀具非正常磨損原因 主要是由于機(jī)械沖擊力或熱效應(yīng)作用造成的。主要是由于機(jī)械沖擊力或熱效應(yīng)作用造成的。 非正常磨損使刀具壽命大大降低，甚至報(bào)廢。因此，非正常磨損使刀具壽命大大降低，甚至報(bào)廢。因此， 應(yīng)及時(shí)找出原因，并采取措施加以解決。應(yīng)及時(shí)找出原因，并采取措施加以解決。 刀刀 具具 磨磨 損損 與與 刀刀 具具 壽壽

46、 命命 2.2.刀具磨損的原因刀具磨損的原因 3.3.刀具磨損過程和磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具磨損過程和磨鈍標(biāo)準(zhǔn) （1 1）刀具磨損過程）刀具磨損過程 初期磨損階段（初期磨損階段（I段段） 與刀具刃磨質(zhì)量有關(guān)與刀具刃磨質(zhì)量有關(guān) 正常磨損階段正常磨損階段（段）段） VBVB與切削時(shí)間近與切削時(shí)間近 似正比斜率表示磨損似正比斜率表示磨損 強(qiáng)度。強(qiáng)度。 急劇磨損階段急劇磨損階段（段）段） 切削力、溫度急升，刀具切削力、溫度急升，刀具 磨損加劇，之前換刀。磨損加劇，之前換刀。 刀具磨損過程曲線刀具磨損過程曲線 刀刀 具具 磨磨 損損 與與 刀刀 具具 壽壽 命命 （2 2）刀具磨損標(biāo)準(zhǔn)）刀具磨損標(biāo)準(zhǔn) 刀刀 具具 磨磨 損損 與與 刀刀 具具 壽壽 命命 3.3.刀具磨損過程和磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具磨損過程和磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 刀具磨損到一定限度后就不能繼續(xù)使用，這個(gè)磨損限度 稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。 2.自動(dòng)化精加工刀具，以徑向 磨損量NB作為磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 1.國際ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以1/2 ap處的 VB值作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)； 3.小廠、有經(jīng)驗(yàn)工人根據(jù)一些 現(xiàn)象來判斷刀具是否磨鈍； 刀具刃磨后開始切削到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為刀具刃磨后開始切削到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為 止的切削時(shí)間。止的切削時(shí)間。 4