第二章金屬切削過程的基本規(guī)律及其應用

1、第二章第二章 金屬切削過程的基本規(guī)律及其應用金屬切削過程的基本規(guī)律及其應用 金屬切削過程是機械制造過程的一個重要組成部分。 在這一過程中，始終存在著刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，從而產(chǎn)生一系列現(xiàn)象，如切削變形、切削力、切削熱與切削溫切削變形、切削力、切削熱與切削溫度以及有關刀具的磨損與刀具壽命度以及有關刀具的磨損與刀具壽命、卷屑與斷卷屑與斷屑屑等。 對這些現(xiàn)象進行研究，揭示其內(nèi)在的機理，探索和掌握金屬切削過程的基本規(guī)律，從而主動地加以有效的控制，對保證加工精度和表面質量，提高切削效率，降低生產(chǎn)成本和勞動強度具有十分重大的意義。2.1 2.1 金屬切削層的變形金屬切削層的變形 一、切屑形

2、成過程及變形區(qū)的劃分一、切屑形成過程及變形區(qū)的劃分1 1、切削變形切削變形 金屬的切削過程與金屬的擠壓過程很相似。2 2、變形區(qū)的劃分變形區(qū)的劃分 大量的實驗和理論分析證明，塑性金屬塑性金屬切屑的形成過程就是切削層金屬的變形過程。切屑的形成過程就是切削層金屬的變形過程。 切削層的金屬變形大致劃分為三個變形區(qū)：第一變形區(qū)、第二變形區(qū)、第三變形區(qū)。第一變形區(qū)、第二變形區(qū)、第三變形區(qū)。返回返回第二變形區(qū)第二變形區(qū)第三變形區(qū)第三變形區(qū)第一第一變形區(qū)變形區(qū)3 3、切屑的形成及變形特點、切屑的形成及變形特點1 1） 第一變形區(qū)第一變形區(qū) 金屬的金屬的剪切滑移變形剪切滑移變形。 切削層受刀具前刀面與切削刃的

3、擠壓作用，使近切削刃處的金屬先產(chǎn)生彈性變形，繼而塑性變形，并同時使金屬晶格產(chǎn)生滑移。金屬晶格產(chǎn)生滑移。 經(jīng)過第一變形區(qū)的塑性變形后形成切屑。經(jīng)過第一變形區(qū)的塑性變形后形成切屑。 在下圖中，切削層上各點移動至OA線均開始滑移、離開OM線終止滑移，稱OAOA是始滑移面是始滑移面，OMOM是終滑移面是終滑移面。OAOA、OMOM之間為第一變形區(qū)。之間為第一變形區(qū)。 由于切屑形成時應變速度很快、時間極短，故OA、OM面相距很近，一般約為0.02一0.2mm，所以常用ABAB滑移面來表示第一變形區(qū)，滑移面來表示第一變形區(qū)，ABAB面亦稱為面亦稱為剪切面剪切面。剪切面AB與切削速度Vc之間的夾角稱為剪切角

4、剪切角。 第一變形區(qū)就是形成切屑的變形區(qū)，其第一變形區(qū)就是形成切屑的變形區(qū)，其變形特點是切削層產(chǎn)生剪切滑移變形。變形特點是切削層產(chǎn)生剪切滑移變形。2 2） 第二變形區(qū)第二變形區(qū) 金屬的擠壓磨擦變形金屬的擠壓磨擦變形 經(jīng)過第一變形區(qū)后，形成的切屑要沿前刀面方向排出，還必須克服刀具前刀面對切屑擠壓和摩擦作用。此時將產(chǎn)生擠壓摩擦變擠壓摩擦變形。形。 3 3） 第三變形區(qū)第三變形區(qū) 金屬的擠壓磨擦變形金屬的擠壓磨擦變形 已加工表面受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓摩擦，造成纖維化和加工硬化加工硬化。二、切削變形程度的度量方法二、切削變形程度的度量方法1 1、相對滑移、相對滑移 相對滑移是用來量度第1變形

5、區(qū)滑移變形的程度。 如圖如圖，設切削層中AB線沿剪切面滑移至AB”時的距離為y，事實上y很小，故可認為滑移是在剪切面上進行，其滑移量為s。則相對滑移表示為：)tan(cot 0yCBCBys變形規(guī)律變形規(guī)律2.2.變形系數(shù)變形系數(shù)hh 變形系數(shù)變形系數(shù)hh是表示切屑的外形尺寸變化是表示切屑的外形尺寸變化大小的一個參數(shù)。大小的一個參數(shù)。 如圖如圖所示，切屑經(jīng)過剪切變形、又受到前刀面摩擦后，與切削層比較，它的長度縮短、厚度增加，這種切屑外形尺寸變化的變這種切屑外形尺寸變化的變形現(xiàn)象稱為切屑的收縮。形現(xiàn)象稱為切屑的收縮。 變形系數(shù)h表示切屑收縮的程度，即1Dchchchhhll(2.2)變形規(guī)律變形

6、規(guī)律 三、剪切角的確定三、剪切角的確定 剪切角是影響切削變形的一個重要因素。若能預測剪切角的值，則對了解與控制切削變形具有重要意義。為此，許多學者進行了大量研究，并推薦了若干剪切角的計算式。變形規(guī)律變形規(guī)律 從前面知識可知，剪切角與前角剪切角與前角0 0是影響是影響切削變形的兩個主要因素。切削變形的兩個主要因素。如果增大前角如果增大前角0 0和和剪切角，使相對滑移剪切角，使相對滑移、變形系數(shù)、變形系數(shù)hh減小，則減小，則切削變形減小。切削變形減小。 注意：注意：由于切削過程是一個非常復雜的物由于切削過程是一個非常復雜的物理過程，切削變形除了產(chǎn)生滑移變形外，還有理過程，切削變形除了產(chǎn)生滑移變形外

7、，還有擠壓、摩擦等作用，而擠壓、摩擦等作用，而值主要從剪切變形考值主要從剪切變形考慮；而慮；而hh主要從塑性壓縮方面分析。主要從塑性壓縮方面分析。 所以，所以，與與hh都只能近似地表示切削變形都只能近似地表示切削變形程度。程度。四、積屑瘤的形成及其對切削過程的影響四、積屑瘤的形成及其對切削過程的影響 在中低速切削塑性金屬材料時在中低速切削塑性金屬材料時, , 常在刀具前刀面刃口處粘結一些工件材料, 形成一塊硬度很高的楔塊，稱之為積屑瘤積屑瘤。 它的硬度很高，通常是工件材料的23倍，在處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)時，能夠代替刀刃進行切削。1 1、積屑瘤是如何形成的、積屑瘤是如何形成的? ? 產(chǎn)生這種現(xiàn)象，

8、是滯流層金屬不斷堆積的產(chǎn)生這種現(xiàn)象，是滯流層金屬不斷堆積的結果。結果。前角增大前角增大積屑瘤是如何形成的積屑瘤是如何形成的? ? 1 1）切屑對前刀面接觸處的摩擦，使前刀面十分）切屑對前刀面接觸處的摩擦，使前刀面十分潔凈。潔凈。2 2）當兩者的接觸面達到一定溫度同時壓力又較）當兩者的接觸面達到一定溫度同時壓力又較高時，會產(chǎn)生粘結現(xiàn)象，即一般所謂的高時，會產(chǎn)生粘結現(xiàn)象，即一般所謂的“冷冷焊焊”。切屑從粘在前刀面的底層上流過，形。切屑從粘在前刀面的底層上流過，形成成“內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦”。3 3）如果溫度與壓力適當，底層上面的金屬因內(nèi)）如果溫度與壓力適當，底層上面的金屬因內(nèi)摩擦而變形，也會發(fā)生加工硬化，

9、而被阻滯摩擦而變形，也會發(fā)生加工硬化，而被阻滯在底層，粘成一體。在底層，粘成一體。4 4）這樣粘結層就逐步長大，直到該處的溫度與）這樣粘結層就逐步長大，直到該處的溫度與壓力不足以造成粘附為止。壓力不足以造成粘附為止。2 2、形成積屑瘤的條件：、形成積屑瘤的條件： 主要決定于切削溫度。主要決定于切削溫度。1 1）一般說來，塑性材料的加工硬化傾向愈強，）一般說來，塑性材料的加工硬化傾向愈強，愈易產(chǎn)生積屑瘤；愈易產(chǎn)生積屑瘤；2 2）溫度與壓力太低，不會產(chǎn)生積屑瘤；反之，）溫度與壓力太低，不會產(chǎn)生積屑瘤；反之，溫度太高，產(chǎn)生弱化作用，也不會產(chǎn)生積屑溫度太高，產(chǎn)生弱化作用，也不會產(chǎn)生積屑瘤。瘤。3 3）

10、走刀量保持一定時，）走刀量保持一定時，積屑瘤高度與切削速積屑瘤高度與切削速度有密切關系度有密切關系。圖圖2.9 2.9 切削速度對積屑瘤的影響切削速度對積屑瘤的影響3 3、積屑瘤對切削過程的影響、積屑瘤對切削過程的影響1 1）實際前角增大）實際前角增大 它加大了刀具的實際前角，可使切削力減小，對切削過程起積極的作用。2 2）使加工表面粗糙度增大）使加工表面粗糙度增大 積屑瘤的頂部很不穩(wěn)定，易破裂，一部分連附于切屑底部而排出，一部分殘留在加工表面上，使加工表面切得非常粗糙，因此在精加工時必須設法避免或減小積屑瘤。(粗加工）3 3）對刀具壽命的影響）對刀具壽命的影響 積屑瘤粘附在前刀面上，在相對穩(wěn)

11、定時，可代替刀刃切削，有減少刀具磨損、提高壽命的作用。 但在積屑瘤不穩(wěn)定的情況下，積屑瘤的破裂有可能使刀具顆粒剝落，反而使磨損加劇。4 4、防止積屑瘤的主要方法、防止積屑瘤的主要方法1 1）降低切削速度，使溫度較低，粘結現(xiàn)象不）降低切削速度，使溫度較低，粘結現(xiàn)象不易發(fā)生；易發(fā)生；2 2）采用高速切削，使切削溫度高于積屑瘤消）采用高速切削，使切削溫度高于積屑瘤消失的相應溫度；失的相應溫度；3 3）采用潤滑性能好的切削液，減小摩擦；）采用潤滑性能好的切削液，減小摩擦；4 4）增加刀具前角，以減小切屑與前刀面接觸）增加刀具前角，以減小切屑與前刀面接觸區(qū)的壓力；區(qū)的壓力；5 5）適當提高工件材料硬度，

12、減小加工硬化傾）適當提高工件材料硬度，減小加工硬化傾向向。五、切削變形變化規(guī)律五、切削變形變化規(guī)律 從相對滑移相對滑移、變形系數(shù)變形系數(shù)hh計算式中可知，剪切角與前角剪切角與前角是影響切削變形的兩個主要因素。如果增大前角和剪切角，使相對滑如果增大前角和剪切角，使相對滑移移、變形系數(shù)、變形系數(shù)hh減小，則切削變形減小。減小，則切削變形減小。1 1、前角、前角：增大前角，使剪切角剪切角增大，變形系數(shù)h減小，因此，切削變形減小。 生產(chǎn)實踐表明生產(chǎn)實踐表明：采用大前角刀具切削，刀刃鋒利、切入金屬容易，切屑與前刀面接觸長度減短、流屑阻力小，因此，切削變形小、切削省力。2 2、切削速度：、切削速度：切削速

13、度Vc是通過積屑瘤積屑瘤使剪切角改變和通過切削溫度切削溫度使摩擦系數(shù)變化而影響切削變形的。3 3、進給量：、進給量：進給量f增大，使變形系數(shù)h減小。4 4、工件材料：、工件材料：工件材料硬度、強度提高，切削變形減少。2.2 2.2 切屑的類型及控制切屑的類型及控制一、切屑的類型及其分類一、切屑的類型及其分類 由于工件材料不同由于工件材料不同，切削過程中的變形程度也就不同，因而產(chǎn)生的切屑種類也就多種多樣。 圖中圖中從左至右前三者為切削塑性材料的切屑，最后一種為切削脆性材料的切屑。下一頁下一頁崩碎切屑崩碎切屑帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑1 1、帶狀切屑、帶狀切屑 它的內(nèi)表面光滑，外表面毛茸。加

14、工塑性金屬材料加工塑性金屬材料當切削厚度較小、切削速度較高、刀具前角較大時當切削厚度較小、切削速度較高、刀具前角較大時，一般常得到這類切屑。2 2、擠裂切屑、擠裂切屑 這類切屑與帶狀切屑不同之處在外表面呈鋸齒形，內(nèi)表面有時有裂紋。這種切屑大多在切削速度較低、切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較小時切削厚度較大、刀具前角較小時產(chǎn)生。3 3、單元切屑、單元切屑 如果在擠裂切屑的剪切面上，裂紋擴展到整個面上，則整個單元被切離，成為梯形的單元切屑。切削鉛或切削鉛或用很低的速度切削鋼時可得到這類切屑用很低的速度切削鋼時可得到這類切屑。 以上三種切屑只有在加工塑性材料時才以上三種切屑只有在加工塑性材料時

15、才可能得到?？赡艿玫?。其中，帶狀切屑的切削過程最平穩(wěn)，單元切屑的切削力波動最大。在生產(chǎn)中在生產(chǎn)中最常見的是帶狀切屑，最常見的是帶狀切屑，有時得到擠裂切屑有時得到擠裂切屑，單元切屑則很少見。 假如改變擠裂切屑的條件，如進一步減假如改變擠裂切屑的條件，如進一步減小刀具前角，減低切削速度，或加大切削厚小刀具前角，減低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到單元切屑。反之，則可以得度，就可以得到單元切屑。反之，則可以得到帶狀切屑。到帶狀切屑。 這說明切屑的形態(tài)是可以隨切削條件而這說明切屑的形態(tài)是可以隨切削條件而轉化的。轉化的。掌握了它的變化規(guī)律，就可以控制切屑的變形、形態(tài)和尺寸，以達到卷屑卷屑和斷斷屑屑的

16、目的。4.4.崩碎切屑崩碎切屑 這是屬于脆性材料（如鑄鐵、黃銅等）的這是屬于脆性材料（如鑄鐵、黃銅等）的切屑切屑。這種切屑的形狀是不規(guī)則的，加工表面是凸凹不平的。 它的脆斷主要是由于材料所受應力超過它的脆斷主要是由于材料所受應力超過了它的抗拉極限。了它的抗拉極限。 缺點：由于它的切削過程很不平穩(wěn)，容缺點：由于它的切削過程很不平穩(wěn)，容易破壞刀具，也有損于機床，已加工表面又粗易破壞刀具，也有損于機床，已加工表面又粗糙，因此在生產(chǎn)中應力求避免。糙，因此在生產(chǎn)中應力求避免。 解決辦法：解決辦法：方法是減小切削厚度；同時方法是減小切削厚度；同時適當提高切削速度。適當提高切削速度。 二、切屑控制的措施二、

17、切屑控制的措施 在現(xiàn)行切削加工中，切削速度與金屬切除率達到了很高的水平，切削條件很惡劣，常常產(chǎn)生大量“不可接受不可接受”的切屑的切屑。 所謂切屑控制切屑控制（工廠中一般簡稱為工廠中一般簡稱為“斷斷屑屑”），是指在切削加工中采取適當?shù)拇胧﹣砜刂魄行嫉木砬⒘鞒雠c折斷，使形成控制切屑的卷曲、流出與折斷，使形成“可接受可接受”的良好屑形。的良好屑形。 方法：方法：在實際加工中，應用最廣的切屑控制方法就是在前刀面上磨制出斷屑槽或使在前刀面上磨制出斷屑槽或使用壓塊式斷屑器用壓塊式斷屑器。2.3 2.3 切削力切削力一、切削力的來源，切削合力及其分解一、切削力的來源，切削合力及其分解 ( (一）切削力的來

18、源一）切削力的來源 金屬切削時，刀具切入工件，使被加工材金屬切削時，刀具切入工件，使被加工材料發(fā)生變形并成為切屑所需的力，稱為切削力料發(fā)生變形并成為切屑所需的力，稱為切削力。切削力切削力來源于三個方面：1 1克服被加工材料對彈性變形的抗力；克服被加工材料對彈性變形的抗力；2 2克服被加工材料對塑性變形的抗力；克服被加工材料對塑性變形的抗力；3 3克服切屑對前刀面的摩擦力和刀具后刀面對克服切屑對前刀面的摩擦力和刀具后刀面對過渡表面與已加工表面之間的摩擦力。過渡表面與已加工表面之間的摩擦力。切削力的來源切削力的來源（二）（二）切削合力切削合力及其分解及其分解 上述各力的總和形成作用在刀具上的合力F

19、r（國標為F）。為了實際應用，F(xiàn)r可分解為相可分解為相互垂直的互垂直的Fx（國標為（國標為Ff）、）、Fy（國標為（國標為Fp）和）和Fz（國標為（國標為Fc）三個分力。）三個分力。在車削時： Fx （Ff）進給抗力。進給抗力。Fx是設計進給（走刀）機構，計算車刀進給功率所必需的。 Fy （Fp）切深抗力。它與工件在切削過切深抗力。它與工件在切削過程中產(chǎn)生的振動有關。程中產(chǎn)生的振動有關。 Fz （Fc）主切削力。主切削力。Fz是計算車刀強度，設計機床零件，確定機床功率所必需的。 返回返回切削功率切削功率（三）切削功率（三）切削功率 消耗在切削過程中的功率稱為切削功率消耗在切削過程中的功率稱為切

20、削功率Pm。切削功率切削功率為力Fz和Fx所消耗的功率之和，。于是 Pm=(Fz*Vc+Fx*nw*f/1000)10-3 其中： Pm切削功率（KW）； Fz主切削力（N）； Vc切削速度（m/s）； Fx進給力（N）； nw工件轉速（r/s）； f進給量（mm/r）。下一頁下一頁 式中式中等號右側的第二項可以略去不計等號右側的第二項可以略去不計(1%)(600的車刀切削。(3)(3)刃傾角刃傾角ss：ss對對FzFz影響較小，但對影響較小，但對FxFx、FyFy影響較大。影響較大。 ss 由正向負轉變，則由正向負轉變，則FxFx減小、減小、FyFy增大增大。 從切削力觀點分析，切削時不宜選

21、用過從切削力觀點分析，切削時不宜選用過大的負刃傾角大的負刃傾角ss。 特別是在工藝系統(tǒng)剛度較差的情況下（？）4 4、其它因素、其它因素（1 1）刀具棱面）刀具棱面：應選較小寬度,使Fy減小。（2 2）刀具圓弧半徑）刀具圓弧半徑：增大，切削變形、摩擦增大，切削力增大。（3 3）刀具磨損：）刀具磨損：后刀面磨損增大，刀刃變鈍，與工件擠壓、摩擦增大，切削力增大。2.4 2.4 切削熱和切削溫度切削熱和切削溫度 熱與切削溫度是切削過程中產(chǎn)生的又一重熱與切削溫度是切削過程中產(chǎn)生的又一重要物理現(xiàn)象。要物理現(xiàn)象。 切削時做的功，可轉化為等量的熱切削時做的功，可轉化為等量的熱。切削熱除少量散逸在周圍介質中外，

22、其余均傳入刀具、切屑和工件中，并使它們溫度升高，引起工件變形、加速刀具磨損。一、切削熱的產(chǎn)生和傳導一、切削熱的產(chǎn)生和傳導 切削熱是由切削功轉變而來的。如圖如圖所示，其中包括：剪切區(qū)變形功形成的熱QP、切屑與前刀面摩擦功形成的熱Qrf、已加工表面與后刀面摩擦功形成的熱Qf。 因此，切削時共有三個發(fā)熱區(qū)域，即剪切面、因此，切削時共有三個發(fā)熱區(qū)域，即剪切面、切屑與前刀面接觸區(qū)、后刀面與已加工表面接觸區(qū)，切屑與前刀面接觸區(qū)、后刀面與已加工表面接觸區(qū)，如圖示，三個發(fā)熱區(qū)與三個變形區(qū)相對應。所以，如圖示，三個發(fā)熱區(qū)與三個變形區(qū)相對應。所以，切削熱的來源就是切屑變形功和前、后刀面的摩擦切削熱的來源就是切屑變

23、形功和前、后刀面的摩擦功。功。 產(chǎn)生總的切削熱Q，分別傳入切屑Qch、刀具Qc、工件Qw和周圍介質Qf。切削熱的形成及傳導關系 例如車削鋼不加切削液時，它們之間傳熱比例為： Qch 50%86%； Qc 40%10%； Qw 9%3%； Qf 1%二 、 切 削 溫 度 的 計 算 與 測 量二 、 切 削 溫 度 的 計 算 與 測 量 盡管切削熱是切削溫度上升的根源，但直接影響切削過程的卻是切削溫度，切削溫度切削溫度一般指切削區(qū)域的平均溫度一般指切削區(qū)域的平均溫度。 切削溫度是由切削時消耗總功形成的熱量引起的。單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱q等于消耗的切削功率Pm，即 切削溫度的測量方法很多，見上圖。

24、 自然熱電偶法自然熱電偶法 自然熱電偶法主要是用于測定切削區(qū)域的平均溫度。 人工熱電偶法人工熱電偶法 人工熱電偶法是用于測量刀具、切屑和工件上指定點的溫度，用它可求得溫度分布場和最高溫度的位置。三、影響切削溫度的主要因素三、影響切削溫度的主要因素 根據(jù)理論分析和大量的實驗研究知，切削溫度主要受切削用量、刀具幾何參數(shù)、工件材料、刀切削用量、刀具幾何參數(shù)、工件材料、刀具磨損具磨損和切削液切削液的影響，以下對這幾個主要因素加以分析。 分析各因素對切削溫度的影響，主要應從這些因主要應從這些因素對單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量和傳出的熱量的影響素對單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量和傳出的熱量的影響入手入手。如果產(chǎn)生的熱量大于

25、傳出的熱量，則這些因素將使切削溫度增高；某些因素使傳出的熱量增大，則這些因素將使切削溫度降低。1 1、切削用量的影響、切削用量的影響 切削用量是影響切削溫度的主要因素。切削用量是影響切削溫度的主要因素。通過測溫實驗可以找出切削用量對切削溫度的影響規(guī)律。影響程度不一樣。為什么？影響程度不一樣。為什么？2 2、刀具幾何參數(shù)的影響刀具幾何參數(shù)的影響 (1)(1)前角前角 切削溫度隨前角o的增大而降低。這是因為前角增大時，單位切削力下降，使產(chǎn)生的切削熱減少的緣故。 但前角大于但前角大于1515后后，對切削溫度的影響減小，這是因為楔角變小而使散熱體積減小的緣故。 (2) (2)主偏角主偏角 主偏角kr減

26、小時，使切削寬度bD增大，切削厚度hD減小，因此，切削變形和摩擦增大，切削溫度升高。 但當切削寬度bD增大后，散熱條件改善。由于散熱由于散熱起主要作用，故隨著主偏角起主要作用，故隨著主偏角k kr r減少，切削溫度下降減少，切削溫度下降。3 3、工件材料的影響、工件材料的影響 工件材料的強度（包括硬度）和導熱系數(shù)對切工件材料的強度（包括硬度）和導熱系數(shù)對切削溫度的影響是很大的。削溫度的影響是很大的。 由理論分析知，單位切削力是影響切削溫度的重要因素，而工件材料的強度（包括硬度）直接決定了單位切削力，所以工件材料強度（包括硬度）增大時，產(chǎn)生的切削熱增多，切削溫度升高。工件材料的導熱系數(shù)則直接影響

27、切削熱的導出。4 4、刀具磨損的影響、刀具磨損的影響 刀具產(chǎn)生磨損后，會引起切削溫度增加。5 5、切削液的影響、切削液的影響 切削液對切削溫度的影響，與切削液的導熱切削液的導熱性能、比熱、流量、澆注方式以及本身的溫度有性能、比熱、流量、澆注方式以及本身的溫度有很大的關系很大的關系。 從導熱性能來看，油類切削液不如乳化液，乳化液不如水基切削液。2.5 2.5 刀具的磨損與破損、刀具壽命刀具的磨損與破損、刀具壽命一、刀具磨損的形態(tài)及其原因一、刀具磨損的形態(tài)及其原因 切削金屬時，刀具一方面切下切屑，另一方面刀具本身也要發(fā)生損壞。刀具損壞的形式主要有磨損磨損和破損破損兩類。 前者是連續(xù)的逐漸磨損，屬正

28、常磨損前者是連續(xù)的逐漸磨損，屬正常磨損；后者包括脆性破損后者包括脆性破損（如崩刃、碎斷、剝落、裂紋破損等）和塑性破損塑性破損兩種，屬非正常屬非正常磨損磨損。 刀具磨損后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并導致切削力加大、切削溫度升高，甚至產(chǎn)生振動，不能繼續(xù)正常切削。因此，刀具磨損直接影響刀具磨損直接影響加工效率、質量和成本加工效率、質量和成本。 刀具正常磨損的形式有以下幾種： 前刀面磨損前刀面磨損 后刀面磨損后刀面磨損 前、后刀面同時磨損前、后刀面同時磨損 前刀面磨損前刀面磨損 切屑在前刀面上流出時，由于摩擦高溫和高壓作用，使前刀面上近切削刃處磨出月牙洼。前刀面的磨損量用月牙洼深度KT表示

29、。月牙洼的寬度為KB。 后刀面磨損后刀面磨損 在與切削刃連接的后刀面上，磨出長度為b,后角等于或小于零的棱面，根據(jù)棱面上各部位磨損特點，可分為三個區(qū)域。 C區(qū)：在近刀尖處磨損較大的區(qū)域，這是由于溫度高、散熱條件差而造成的。其磨損量用高度Vc表示。 N區(qū)：近待加工表面，約占全長14的區(qū)域。在它的邊界處磨出較長溝痕，這是由于表面氧化皮或上道工序留下的硬化層等原因造成的。它亦稱邊界磨損，磨損量用VN表示。 B區(qū)：在C、N區(qū)間較均勻的磨損區(qū)。磨損量用VB表示。其中局部出現(xiàn)的劃痕深溝的高度用VBMAX 表示。前后刀面同時磨損前后刀面同時磨損 經(jīng)切削后刀具上同時出現(xiàn)前刀面和后刀面磨損。 這是在切削塑性金屬

30、時，采用中等切削這是在切削塑性金屬時，采用中等切削速度和中等進給量經(jīng)常出現(xiàn)的磨損形式。速度和中等進給量經(jīng)常出現(xiàn)的磨損形式。 在生產(chǎn)中，較常見到的是后刀面磨損較常見到的是后刀面磨損，尤其是在切削脆性金屬和切削厚度較小切削脆性金屬和切削厚度較小情況下。 月牙洼磨損月牙洼磨損通常是在高速、大進給切削塑高速、大進給切削塑性金屬時產(chǎn)生的。性金屬時產(chǎn)生的。 刀具正常磨損的原因主要是機械磨損和熱、機械磨損和熱、化學磨損化學磨損。 機械磨損機械磨損是由工件材料中硬質點的刻劃作用引起的。 熱、化學磨損則是由粘結熱、化學磨損則是由粘結、擴散等引起的擴散等引起的。(1)(1)磨粒磨損磨粒磨損 在切削過程中，刀具上經(jīng)

31、常被一些硬質點刻出深淺不一的溝痕。磨粒磨損對高速鋼作用較明顯。(2)(2)粘結磨損粘結磨損 刀具與工件材料接觸到原子間距離時產(chǎn)生的結合現(xiàn)象，稱粘結。粘結磨損就是由于接觸面滑動在粘結處產(chǎn)生剪切破壞造成的。低、中速切削時，粘結磨損是低、中速切削時，粘結磨損是硬質合金刀具的主要磨損原因。硬質合金刀具的主要磨損原因。(3)(3)擴散磨損擴散磨損 切削時在高溫作用下，接觸面間分子活動能量大，造成了合金元素相互擴散置換，使刀具材料機械性能降低，若再經(jīng)摩擦作用，刀具容易被磨損。擴散磨損是一種化學性質的磨損。(4)(4)相變磨損相變磨損 當?shù)毒呱献罡邷囟瘸^材料相變溫度時，刀具表面金相組織發(fā)生變化。如馬氏體組

32、織轉變?yōu)閵W氏體，使硬度下降，磨損加劇。因此，工具鋼刀具在高溫時均工具鋼刀具在高溫時均屬此類磨損。屬此類磨損。(300350)(300350) (5)(5)氧化磨損氧化磨損 氧化磨損是一種化學性質的磨損。（硬質（硬質合金）合金） 刀具磨損是由機械摩擦和熱效應兩方面因刀具磨損是由機械摩擦和熱效應兩方面因素作用造成的。素作用造成的。1）在低、中速范圍內(nèi)，磨粒磨損和粘結磨損在低、中速范圍內(nèi)，磨粒磨損和粘結磨損是刀具磨損的主要原因。通常是刀具磨損的主要原因。通常拉削、鉸孔拉削、鉸孔和和攻絲攻絲加工時的刀具磨損主要屬于這類磨損。加工時的刀具磨損主要屬于這類磨損。2）在中等以上切削速度加工時，熱效應使在中等

33、以上切削速度加工時，熱效應使高高速鋼刀具產(chǎn)生相變磨損速鋼刀具產(chǎn)生相變磨損、使、使硬質合金刀具產(chǎn)硬質合金刀具產(chǎn)生粘結、擴散和氧化磨損生粘結、擴散和氧化磨損。 二 、 刀 具 磨 損 過 程 、 磨 鈍 標 準 及 刀 具 壽 命二 、 刀 具 磨 損 過 程 、 磨 鈍 標 準 及 刀 具 壽 命 1 1、刀具磨損過程、刀具磨損過程 隨著切削時間的延長，刀具磨損增加。根據(jù)切削實驗，可得圖示圖示的刀具正常磨損過程的典型磨損曲線。該圖分別以切削時間和后刀面磨損量VB（或前刀面月牙洼磨損深度KT）為橫坐標與縱坐標。從圖可知，刀具磨損過程可分為三個階段： 1.1.初期磨損階段初期磨損階段 2. 2.正常

34、磨損階段正常磨損階段 3. 3.急劇磨損階段急劇磨損階段刀具的磨損過程刀具的磨損過程2 2、刀具磨鈍標準、刀具磨鈍標準 刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用。這個磨損限度稱為磨鈍標準。規(guī)定后刀面上均規(guī)定后刀面上均勻磨損區(qū)的高度勻磨損區(qū)的高度V VB B值作為刀具的磨鈍標準。值作為刀具的磨鈍標準。3 3、刀具的耐用度刀具的耐用度（刀具壽命） 一把新刀（或重新刃磨過的刀具）從開始切削至磨損量達到磨鈍標準為止所經(jīng)歷的實際切削時間，稱為刀具的耐用度，用T分鐘表示。又稱為刀具壽命。三、刀具的破損三、刀具的破損 刀具破損和刀具磨損一樣，也是刀具失效的一種形式。 刀具在一定的切削條件下使用時，如果它經(jīng)受不住強大

35、的應力（切削力或熱應力），就可能發(fā)生突然損壞，使刀具提前失去切削能力，這種情況就稱為刀具破損刀具破損。 破損是相對于磨損而言的。從某種意義上講，破損可認為是一種非正常的磨損破損可認為是一種非正常的磨損。 刀具破損的形式分脆性破損和塑性破損脆性破損和塑性破損兩種。硬質合金和陶瓷刀具硬質合金和陶瓷刀具在切削時，在機械和熱沖擊作用下，經(jīng)常發(fā)生脆性破損。脆性破損又分為： 1.1.崩刃崩刃 2. 2.碎斷碎斷 3.3.剝落剝落 4. 4.裂紋破損裂紋破損五、刀具壽命五、刀具壽命( (刀具耐用度刀具耐用度) )的選擇原則的選擇原則 切削用量與刀具壽命有密切關系。在制定切在制定切削用量時，應首先選擇合理的刀

36、具壽命，削用量時，應首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應根據(jù)優(yōu)化的目標而定。一般分最一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時最少單件工時最少的目標確定，后者根據(jù)工序工序成本最低成本最低的目標確定。 比較最高生產(chǎn)率刀具壽命Tp與最低生產(chǎn)成本刀具壽命Tc可知：TcTp。生產(chǎn)中常根據(jù)最低成本來。生產(chǎn)中常根據(jù)最低成本來確定刀具壽命確定刀具壽命， 但有時需完成緊急任務或提高生產(chǎn)率且對成本但有時需完成緊急任務或提高生產(chǎn)率且對成本影響不大的情況下，也選用最高生產(chǎn)率耐用度。影響不大的情況下，也選用最高生產(chǎn)率耐用度。 選擇刀具壽命時可考慮如下

37、幾點選擇刀具壽命時可考慮如下幾點：（1）根據(jù)刀具復雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復雜和精度高的刀具壽命應選得比單刃刀具高些。（2）對于機夾可轉位刀具，由于換刀時間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產(chǎn)效率，刀具壽命可選得低些，一般取1530min。 （3）對于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復雜的多刀機床、組合機床與自動化加工刀具， 刀具壽命應選得高些，尤應保證刀具可靠性。刀具壽命應選得高些，尤應保證刀具可靠性。 （4）車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個車間的生產(chǎn)率的提高時， 該工序的刀具壽命要選得低些該工序的刀具壽命要選得低些；當某工序單位時間內(nèi)所分擔到的全廠開支較大時， 刀具壽命也應選得低些刀具壽命也應選

38、得低些。 （5）大件精加工時，為避免加工同一表面時中途換刀,刀具壽命應規(guī)定得至少能完成一次走刀。六、影響刀具耐用度因素六、影響刀具耐用度因素1 1、切削用量、切削用量 切削用量對刀具耐用度的影響規(guī)律如同對切削溫度的影響。 切削速度切削速度v vc c、 背吃刀量（切削深度）背吃刀量（切削深度）a ap p、進給、進給量量f f增大，使切削溫度提高，刀具耐用度下降。增大，使切削溫度提高，刀具耐用度下降。 v vc c影響最大、影響最大、 進給量進給量f f其次，其次，a ap p影響最小。影響最小。 2 2、工件材料、工件材料 （1）硬度或強度提高，使切削溫度提高，刀具磨損加大，刀具耐用度下降。

39、（2）工件材料的延伸率越大或導熱系數(shù)越小，切削溫度越高，刀具耐用度下降。3 3、刀具幾何角度、刀具幾何角度 （1）前角對刀具耐用度的影響呈“駝峰形”。 （2）主偏角r減小時，使切削寬度bD增大，散熱條件改善，故切削溫度下降，刀具耐用度提高。 4 4、刀具材料、刀具材料 刀具材料的高溫硬度越高、越耐磨，刀具耐用度越高。 2.6 2.6 金屬切削過程基本規(guī)律的應用金屬切削過程基本規(guī)律的應用 學習了金屬切削過程的基本規(guī)律以后，就要學會運用規(guī)律，用于指導生產(chǎn)實踐。本本節(jié)主要從控制切屑、改善材料的切削加工性、節(jié)主要從控制切屑、改善材料的切削加工性、合理選擇切削液、合理選擇刀具幾何參數(shù)和合理選擇切削液、合

40、理選擇刀具幾何參數(shù)和切削用量等五個方面問題，來達到保證加工切削用量等五個方面問題，來達到保證加工質量、降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率的目的。質量、降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率的目的。 一、改善工件材料的切削加工性一、改善工件材料的切削加工性 工件材料的切削加工性：是指工件材料工件材料的切削加工性：是指工件材料被切削成合格零件的難易程度。被切削成合格零件的難易程度。1 1、評定工件材料的切削加工性的主要指標、評定工件材料的切削加工性的主要指標1 1）刀具耐用度指標：）刀具耐用度指標： 切削普通金屬材料：用刀具耐用度達到60min時允許的切削速度V60的高低來評定材料的加工性。 切削難加工金屬材料：用刀

41、具耐用度達到20min時允許的切削速度V20的高低來評定材料的加工性。 同樣條件下，同樣條件下，V V6060或或V V2020大，加工性越好大，加工性越好。 相對加工性相對加工性：KV=V60/V060 ,(以45鋼的V60為基準，記為V060）2 2）加工表面粗糙度指標：）加工表面粗糙度指標： 粗糙度值越小，加工性越好。粗糙度值越小，加工性越好。 另外，還用切屑形狀是否容易控制、切削溫度高切屑形狀是否容易控制、切削溫度高低和切削力大小來評定材料加工性的好壞。低和切削力大小來評定材料加工性的好壞。 其中，粗加工時用刀具耐用度指標、切削力指標，粗加工時用刀具耐用度指標、切削力指標，精加工時用加

42、工表面粗糙度指標，自動生產(chǎn)線時常用精加工時用加工表面粗糙度指標，自動生產(chǎn)線時常用切屑形狀指標。切屑形狀指標。 此外，材料加工的難易程度主要決定于材料的物材料加工的難易程度主要決定于材料的物理、力學和機械性能理、力學和機械性能，其中包括材料的硬度材料的硬度HBHB、抗拉、抗拉強度強度b b、延伸率、延伸率、沖擊值、沖擊值k k和導熱系數(shù)和導熱系數(shù)k k，故通常還可按它們數(shù)值的大小來劃分加工性等級，見表見表2.92.9。 表表 工件材料加工性分級表工件材料加工性分級表切 削 加 工 性2 2、改善材料切削加工性的措施、改善材料切削加工性的措施1 1）調(diào)整化學成分）調(diào)整化學成分 如在不影響工件材料性

43、能的條件下，適當調(diào)整化學成分，以改善其加工性。如在鋼中加入少量的硫、硒、硫、硒、鉛、鉍、磷等鉛、鉍、磷等，雖略降低鋼的強度，但也同時降低鋼的塑性，對加工性有利。2 2）材料加工前進行合適的熱處理）材料加工前進行合適的熱處理 低碳鋼通過正火處理后，細化晶粒，硬度提高，塑細化晶粒，硬度提高，塑性降低，性降低，有利于減小刀具的粘結磨損有利于減小刀具的粘結磨損，減小積屑瘤，改善工件表面粗糙度； 高碳鋼球化退火后高碳鋼球化退火后，硬度下降，可減小刀具磨損； 白口鑄鐵可在9501000C范圍內(nèi)長時間退火而成可鍛鑄鐵，切削就較容易。 3 3）選加工性好的材料狀態(tài)）選加工性好的材料狀態(tài) 低碳鋼經(jīng)冷拉后，塑性大

44、為下降，加工性好； 鍛造的坯件余量不均，且有硬皮，加工性很差，改為熱軋后加工性得以改善。 二、切削液二、切削液1 1、切削液的作用、切削液的作用 冷卻作用冷卻作用：使切削熱傳導、對流和汽化，從而降低切削區(qū)溫度。 潤滑作用潤滑作用：切削液滲透到刀具與切屑、工件表面之間形成潤滑膜，它具有物理吸附和化學吸附作用。 洗滌與防銹作用洗滌與防銹作用2 2、常用切削液及其選用、常用切削液及其選用1.1.水溶液水溶液：水溶液就是以水為主要成分并加入防銹添加劑的切削液。主要起冷卻作用主要起冷卻作用。常用的有電解電解水溶液和表面活性水溶液。水溶液和表面活性水溶液。 電解水溶液電解水溶液：在水中加入各種電解質（如N

45、a2CO3、亞硝酸鈉），能滲透到表面油膜內(nèi)部起冷能滲透到表面油膜內(nèi)部起冷卻作用卻作用。主要用于磨削、鉆孔和粗車等。 表面活性水溶液表面活性水溶液:在水中加入皂類、硫化蓖麻油等表面活性物質，用以提高水溶液的潤滑作用用以提高水溶液的潤滑作用。常用于精車、精銑和鉸孔等。 2 2）切削油）切削油: :主要起潤滑作用主要起潤滑作用。 10號、20號機油：用于普通車削、攻絲 輕柴油：用于自動機上。 煤油：用于精加工有色金屬、普通孔或深孔精加工。 豆油、菜油、蓖麻油等：用于螺紋加工。 3 3）乳化液）乳化液：由水和油混合而成的液體。生產(chǎn)中的乳化液是由乳化劑（蓖麻油、油酸或松脂）加水配置而成。 濃度低的乳化液

46、含水多，主要起冷卻作用，適于粗加工和磨削；濃度高的乳化液含水少，主要起潤滑作用，適于精加工。4 4）極壓切削油和極壓乳化液：極壓切削油和極壓乳化液：在切削液中添加了硫、氯、磷極壓添加劑后，能在高溫下顯著提高冷卻和潤滑能在高溫下顯著提高冷卻和潤滑效果效果, ,特別是在精加工、關鍵工序和難加工材料切削時特別是在精加工、關鍵工序和難加工材料切削時尤為需要。尤為需要。三、刀具幾何參數(shù)的合理選擇三、刀具幾何參數(shù)的合理選擇 刀具幾何參數(shù)主要包括：刀具角度、刀刃的刃形、刀具角度、刀刃的刃形、刃口形狀、前刀面與后刀面型式刃口形狀、前刀面與后刀面型式等。1.1.前角、前刀面的功用與選擇前角、前刀面的功用與選擇

47、前刀面前刀面：有平面型、曲面型和帶倒棱型三種：有平面型、曲面型和帶倒棱型三種。 平面型前刀面：平面型前刀面：制造容易，重磨方便，刀具廓形精度高。 曲面型前刀面曲面型前刀面：起卷屑作用，并有助于斷屑和排屑。如絲錐、鉆頭。 帶倒棱型前刀面：帶倒棱型前刀面：是提高刀具強度和刀具耐用度的有效措施。 前角的功用：前角影響切削過程中的變形，前角的功用：前角影響切削過程中的變形，同時又影響刀具的強度。同時又影響刀具的強度。 前角o對切削的難易程度有很大影響。增大前角能使刀刃變得鋒利，使切削更為輕快，并減小切削力和切削熱。 但前角過大，刀刃和刀尖的強度下降，刀具導熱體積減少，影響刀具使用壽命。 前角的選用原則：在刀具強度許可條件下，前角的選用原則：在刀具強度許可條件下，盡可能選用大的前角。盡可能選用大的前角。 工件材料的強度、硬度低，前角應選得大些，反之小些（如有色金屬加工時，選前角較大）； 刀具材料韌性好（如高速鋼），前角可選得大些，反之應選得小些（如硬質合金）； 精加工時，前角可選得大些。粗加工時應選得小些。 2 2、后角、后刀面的功用與選擇、后角、后刀面的功用與選擇后角的功用：后角的功用：后角影響切削中的摩擦和刀具強度。后角影響切削中的摩擦和刀具強度。 后角的選用原則后角的選用原則：粗加工以確保刀具強度為主，可