中職金屬切削原理與刀具(主編劉黨生-北理工版)課件：第三章-金屬切削過(guò)程及其基本規(guī)律

第二節(jié)切削力一、切削力的來(lái)源切削時(shí)，切削力來(lái)源于以下幾個(gè)方面:產(chǎn)生切屑所需的切削力，即第I,II變形區(qū)產(chǎn)生的切削力。在形成已加工表面過(guò)程中，切削刃的鈍圓部分和后刀面對(duì)已加工表面由于擠壓、摩擦而形成的切削力;刀尖半徑部分和參與切削的副切削刃所產(chǎn)生的切削力。車(chē)削時(shí)作用于車(chē)刀的總切削力是這三個(gè)方面產(chǎn)生切削力的總和。如果設(shè)刀具切削刃理想的鋒利，后角又很大，并且略去副切削刃的作用，那么式(3-4)所示的切削合力的計(jì)算公式，可以作為理論切削合力的計(jì)算式。下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力一、切削力的來(lái)源下-頁(yè)返回1第二節(jié)切削力二、切削分力及其作用1.用測(cè)力儀測(cè)出各切削分力采用三向測(cè)力儀，可直接測(cè)出在一定切削條件下沿運(yùn)動(dòng)方向的切削分力在基面內(nèi)的切削合力切削合力上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力二、切削分力及其作用上-頁(yè)下-頁(yè)2第二節(jié)切削力進(jìn)給力(進(jìn)給抗力)Fr作用于機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，它也消耗功率。背向力(切深抗力)FP不做功，但由于作用于工件的徑向(縱向切削)，車(chē)削細(xì)長(zhǎng)工件時(shí)會(huì)使工件變形而產(chǎn)生加工誤差。精加工時(shí)，希望其值不要過(guò)大。2.用分析法確定切削分力(圖3一20)為了明確切削分力的實(shí)際作用方向、有關(guān)因素對(duì)切削分力的影響和便于分析其他切削方法的切削分力，現(xiàn)用分析法討論車(chē)削時(shí)的切削分力。(1)在法平面坐標(biāo)(參考)系LMN中的切削分力L—在切削平面內(nèi)沿切削刃的坐標(biāo)軸;M-在基面上垂直于切削刃的坐標(biāo)軸;上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力進(jìn)給力(進(jìn)給抗力)Fr作用于機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，3圖3一20用分析法求切削分力返回圖3一20用分析法求切削分力返回4第二節(jié)切削力N一在切削平面內(nèi)垂直于切削刃的坐標(biāo)軸。在一定切削條件下，作用于前刀面的法向力Fn和摩擦力作用方向是已知的。因而，作用于切削刃的切削分力可以確定。事實(shí)上這三個(gè)分力是切削時(shí)作用于切削刃的固有分力。(2)在xyz坐標(biāo)系中的切削分力(圖3-20)上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力N一在切削平面內(nèi)垂直于切削刃的坐標(biāo)軸。上-頁(yè)5第二節(jié)切削力三、計(jì)算切削力的實(shí)驗(yàn)公式在推導(dǎo)切削力的理論公式(3-4)時(shí)，作了某些假設(shè)與忽略，同生產(chǎn)實(shí)際有一定差異，故不能用于實(shí)際切削力計(jì)算。目前大都采用由切削實(shí)驗(yàn)得到的切削力實(shí)驗(yàn)公式。這種公式是通過(guò)大量切削實(shí)驗(yàn)，將得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用數(shù)學(xué)方法處理而得到的。在生產(chǎn)中計(jì)算切削力的實(shí)驗(yàn)公式可分兩類(lèi):一類(lèi)是指數(shù)公式，一類(lèi)是單位切削力?，F(xiàn)分述如下:上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力三、計(jì)算切削力的實(shí)驗(yàn)公式上-頁(yè)下-頁(yè)6第二節(jié)切削力1.指數(shù)公式2.單位切削力公式按Kienzle計(jì)算切削力的公式上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力1.指數(shù)公式上-頁(yè)下-頁(yè)返回7第二節(jié)切削力(1)前角改變時(shí)切削力的修正系數(shù)(2)切削速度改變時(shí)切削力的修正系數(shù)(3)刀具材料改變時(shí)，切削力的修正系數(shù)，列于表3一5四、影響切削力的因素1.工件材料的影響工件材料強(qiáng)度大、硬度高、切應(yīng)力大，切削力就大。但切削力的大小，并不單純受工件材原始強(qiáng)度和硬度的影響，還與其他因素有關(guān)，如:不銹鋼1Cr18Ni9Ti的強(qiáng)度和硬度都與45鋼接近，加工時(shí)，切削力卻相當(dāng)大，其原因是，這種材料上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力(1)前角改變時(shí)切削力的修正系數(shù)上-頁(yè)8表3一5刀具材料改變時(shí)對(duì)切削力的修正系數(shù)返回表3一5刀具材料改變時(shí)對(duì)切削力的修正系數(shù)返回9第二節(jié)切削力的韌性比45鋼約大5倍，加工硬化能力強(qiáng)，較小的變形，就會(huì)引起硬度大幅度升高，從而使切削力增大;又如，切削灰鑄鐵等脆性材料時(shí)，若從硬度方面看，它和45鋼相近，但切削力卻小得多，這是由于脆性材料強(qiáng)度小、切削變形的緣故。2.切削用量的影響(1)背吃刀量(切削深度)aP背吃刀量aP增大，切削寬度按比例增大，從而使剪切面面積和切屑與前刀面的接觸面積都按比例增大，第I變形區(qū)和第II變形區(qū)的變形都按比例增大。(2)進(jìn)給量f進(jìn)給量f增大，切削厚度按比例增大，而切削寬度不變。這時(shí)雖剪切面面積按比例增大，但切屑與前刀面的接觸未按比例增大，第B變形區(qū)的變形未按比例增加。因而當(dāng)進(jìn)給量f增大1倍時(shí)，切削力增加70%~80%。上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力的韌性比45鋼約大5倍，加工硬化能力強(qiáng)，較小10第二節(jié)切削力(3)切削速度根據(jù)實(shí)驗(yàn)，切削時(shí)，若不形成積屑瘤，隨著切削速度的增大，應(yīng)變速度加快，剪切區(qū)變窄，變形減小;切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度也減小，摩擦力減小。若形成積屑瘤，開(kāi)始時(shí)，隨著切削速度的增大，逐漸產(chǎn)生與形成積屑瘤，使實(shí)際前角逐漸增大，切削力下降。至B點(diǎn)，積屑瘤高度最高，切削力最小;隨著切削速度的增加，切削溫度不斷升高，積屑瘤逐漸脫落，使前角減小，切削力又逐漸增加。3.刀具幾何形狀的影響(1)前角由圖3一11(a)可知，前角增大，前刀面摩擦因數(shù)增大，摩擦角增大。上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力(3)切削速度根據(jù)實(shí)驗(yàn)，切削時(shí)，若11第二節(jié)切削力工件材料不同，前角的影響也不同。對(duì)塑性大的材料，如純銅、鋁合金等，切削時(shí)變形大，前角影響顯著;而對(duì)脆性材料如黃銅，前角的影響則較小。切削時(shí)，從切削力的角度看，切削塑性材料刀具前角可選用大值，切削脆性材料刀具前角應(yīng)選用小值。同時(shí)前角不應(yīng)太小，但也不宜過(guò)大，應(yīng)有一個(gè)適宜值。(2)主偏角對(duì)切削力的影響當(dāng)切削面積AD不變時(shí)主偏角增大，切削厚度增大，而切削寬度減小，切削層形狀變?yōu)楹穸邢髁p小上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力工件材料不同，前角的影響也不同。對(duì)塑性大的材12第二節(jié)切削力(3)刃傾角實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3一27所示。它說(shuō)明刃傾角對(duì)切削力影響不大，原因是:刃傾角γ0增大，有效前角增大，切削力減小;但與此同時(shí)，實(shí)際切削寬度變寬，又使切削力增大。刃傾角γ0對(duì)進(jìn)給力和背向力(切深抗力)影響較大。(4)刀尖圓弧半徑r。當(dāng)背吃刀量(切削深度)、進(jìn)給量一定時(shí)，由于圓弧刃上各點(diǎn)的主偏角和副偏角是變化的，如圖3-28刀點(diǎn)的點(diǎn)的，而A點(diǎn)的krA=0。若刀尖圓弧半徑增大，切削刃上的平均主偏角就減小，使切削寬度增大，切削厚度h。減小，切削斷面形狀變?yōu)閷挾。邢髁υ龃?，F(xiàn)v明顯增大。從切削力的角度看，應(yīng)采用小的刀尖圓弧半徑上-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力(3)刃傾角實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3一27所示。13圖3一27返回圖3一27返回14圖3-28Re對(duì)主、副偏角圖和

切削斷面形狀的影響返回圖3-28Re對(duì)主、副偏角圖和

切削斷面形狀的影響返15第三節(jié)切削溫度切削溫度是切削過(guò)程中又一重要的物理現(xiàn)象。切削溫度影響刀具與切屑的摩擦狀態(tài)，影響積屑瘤的產(chǎn)生與消失、刀具磨損、工件加工精度等。一、切削熱1.切削熱的產(chǎn)生切削中消耗的能量(功率)只有很少一部分轉(zhuǎn)化為材料的內(nèi)能(加工硬化)，其余幾乎全部以熱的形式表現(xiàn)出來(lái)。即:消耗在切削區(qū)域的能量---切削熱由此可知.三個(gè)變形區(qū)即為三個(gè)熱源。下-頁(yè)

返回第三節(jié)切削溫度切削溫度是切削過(guò)程中又一重要的物理現(xiàn)象。切16第三節(jié)切削溫度2.切削熱的傳散切削熱的傳散主要有四個(gè)渠道:工件、切屑、刀具與介質(zhì)(空氣、切削液)對(duì)于車(chē)削而言，其各自熱量傳散比例大體為:切屑傳出的熱量為50%~86%，工件傳出的熱量為3%~9%,刀具傳出的熱量為10%~40%，空氣傳出的熱量為1%左右。二、切削溫度切削溫度一般指切屑與前面接觸區(qū)域的平均溫度。用實(shí)驗(yàn)方法得到的計(jì)算切削溫度的指數(shù)公式為:上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第三節(jié)切削溫度2.切削熱的傳散上-頁(yè)下-頁(yè)17第三節(jié)切削溫度實(shí)際上，在主剖面內(nèi)前面上的切削溫度的分布是不同的。三、影響切削溫度的因素分析各因素對(duì)切削溫度的影響，主要從這些因素對(duì)單位時(shí)間內(nèi)熱量產(chǎn)生和傳出的多少入手。在一定的切削條件下，若某一因素變化時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量大于傳散出去的熱量，則這一因素使切削溫度升高;反之，則使切削溫度降低。1.工件材料工件材料主要通過(guò)本身的強(qiáng)度、硬度、熱導(dǎo)率、熱容量等對(duì)切削溫度產(chǎn)生影響，如在同樣的切削條件下，切削不銹鋼要比切削中碳鋼的切削溫度高得多。其原因是不銹鋼相對(duì)中碳鋼而言，強(qiáng)度高，塑性變形大，加工硬化嚴(yán)重，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量多，再加上熱導(dǎo)率小，即單位時(shí)間傳散出去的熱量少。上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第三節(jié)切削溫度實(shí)際上，在主剖面內(nèi)前面上的切削溫度的分布18第三節(jié)切削溫度2.切削用量(1)切削速度單位時(shí)間內(nèi)傳散的熱量受切削速度的提高影響很小，故切削速度對(duì)切削溫度的影響很大，如圖3-32(a)所示。(2)進(jìn)給量f當(dāng)進(jìn)給量f增大時(shí)，由式(3一21)可知，產(chǎn)生的熱量增加，但散熱條件也有所改善(即切屑與前面的接觸面積有所增大)，單位時(shí)間內(nèi)傳散出去的熱量增加，故切削溫度有所升高，如圖3一32(b)所示。(3)切削深度當(dāng)切削深度增大時(shí)，由(式3一21)可知，產(chǎn)生的熱量按比例增加，但散熱條件顯著改善(即刀具與工件、切屑與前面的接觸面積按比例增大)上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第三節(jié)切削溫度2.切削用量上-頁(yè)下-頁(yè)返回19圖3一32返回圖3一32返回20第三節(jié)切削溫度3.刀具幾何參數(shù)(1)前角Y。當(dāng)前角增大時(shí)，切削變形、摩擦減小，產(chǎn)生熱量減少，因而切削溫度隨著前角的增大而降低;但前角增至18°~20°后，因楔角減小，散熱條件變差，對(duì)切削溫度的影響減小，甚至因前角過(guò)分增大，切削溫度反而逐漸升高。(2)主偏角減小主偏角，可使hD減小、bp增大，散熱條件得到改善，切削溫度下降。(3)刀尖圓弧半徑r。當(dāng)增大刀尖圓弧半徑時(shí)，可使刀具切削刃的平均主偏角減小，切削寬度增大，刀具散熱條件得到改善，故切削溫度降低。上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第三節(jié)切削溫度3.刀具幾何參數(shù)上-頁(yè)下-頁(yè)21第三節(jié)切削溫度4.其他因素的影響切削時(shí)使用切削液，可使切削溫度降低;刀具磨損增大，會(huì)使切削溫度升高。四、切削溫度對(duì)工件加工精度等的影響1.對(duì)工件尺寸精度的影響由于工件受熱脆期長(zhǎng)，冷卻后尺寸變小，所以切削公破會(huì)l氫接影響工件的加工精度。在很高的切削公破下，有時(shí)工件的表面層組織發(fā)生變化，影響使用J助匕，并影響工件質(zhì)量，甚至?xí)霈F(xiàn)廢品。上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第三節(jié)切削溫度4.其他因素的影響上-頁(yè)下-頁(yè)22第三節(jié)切削溫度2.對(duì)刀具材料的影響硬質(zhì)合金的性質(zhì)之一是高溫時(shí)強(qiáng)度比較高，韌性比較好，因此適當(dāng)提高切削溫度對(duì)防止硬質(zhì)合金崩刃、提高其耐用度是有利的。上-頁(yè)

返回第三節(jié)切削溫度2.對(duì)刀具材料的影響上-頁(yè)返回23第四節(jié)刀具磨損一、刀具磨損形態(tài)刀具磨損是指刀具摩擦面上的刀具材料逐漸損失的現(xiàn)象。刀具磨損的形態(tài)一般有以下三種:1.前刀面磨損當(dāng)切削塑性材料，切削厚度和切削速度都較大時(shí)，切屑在前刀面會(huì)磨損出洼凹，這個(gè)洼凹稱(chēng)月牙洼。2.后刀面磨損由于切削刃的刃口鈍圓半徑對(duì)加工表面的擠壓與摩擦，在切削刃的下方會(huì)磨損出一條后角等于零的溝痕，這就是后刀面磨損。在切削速度較低、切削厚度較小的情況下，切削脆性材料時(shí)，將會(huì)發(fā)生后刀面磨損，如圖3-35(b)所示。下-頁(yè)

返回第四節(jié)刀具磨損一、刀具磨損形態(tài)下-頁(yè)返回24第四節(jié)刀具磨損3.前、后刀面同時(shí)磨損切削塑性材料，采用較小的切削厚度h。時(shí)，刀具的前、后刀面可能同時(shí)磨損二、刀具磨損的原因刀具磨損與一般機(jī)械零件的磨損不同，一方面由于刀具前刀面所接觸的切屑和后刀面所接觸的工件都是新生表面，這個(gè)表面不存在氧化層或其他污染。另一方面又由于刀具的摩擦區(qū)(前刀面、后刀面)是在高壓(大于工件材料的屈服應(yīng)力)、高溫(700℃~1200℃)作用下進(jìn)行的，所以刀具的磨損原因極其復(fù)雜，按性質(zhì)大體可分為機(jī)械作用和熱一化學(xué)作用兩類(lèi)原因。上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第四節(jié)刀具磨損3.前、后刀面同時(shí)磨損上-頁(yè)下-頁(yè)25第四節(jié)刀具磨損1.機(jī)械作用的磨損兩相接觸物體表面間，具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，硬物體使軟物體摩擦面上材料減少的現(xiàn)象，稱(chēng)為機(jī)械磨損。刀具材料雖比工件材料硬，但從微觀上看，在工件材料中包含有氧化物碳化物等硬質(zhì)點(diǎn)。這些硬質(zhì)點(diǎn)的硬度很高，它們像切削刃一樣，在刀面上劃出劃痕，使刀具磨損。2.熱一化學(xué)作用的磨損由于高溫，使接觸面間產(chǎn)生某些化學(xué)作用，形成化學(xué)反應(yīng)而引起的刀具磨損。這種磨損有以下幾種:上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第四節(jié)刀具磨損1.機(jī)械作用的磨損上-頁(yè)下-頁(yè)26第四節(jié)刀具磨損(1)結(jié)磨損豁結(jié)是分子間的吸引力導(dǎo)致金屬相互吸附的結(jié)果。切削時(shí)，在一定溫度與壓力下，使刀具與切屑和工件間產(chǎn)生豁結(jié)(如積屑瘤的產(chǎn)生中所述)。兩摩擦面間的豁結(jié)點(diǎn)因相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使刀具一方的晶?；蚓ЯＨ菏芗羟谢蚶Χ粚?duì)方帶走，而造成磨損。黏結(jié)磨損不僅與切削溫度有關(guān)，也與刀具材料和工件材料兩者的化學(xué)成分有關(guān)。(2)擴(kuò)散磨損切削時(shí)，由于高溫，刀面始終與切屑或工件的新生表面相接觸，在接觸面間分子活動(dòng)能量很大，使兩摩擦面間的化學(xué)元素相互擴(kuò)散到對(duì)方去，造成兩摩擦面的化學(xué)成分發(fā)生變化，降低刀具材料的性能，加速刀具磨損。上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第四節(jié)刀具磨損(1)結(jié)磨損豁結(jié)是分子間的吸引力導(dǎo)致金屬相27第四節(jié)刀具磨損擴(kuò)散磨損的速度，一方面決定于刀具和工件材料間是否容易起化學(xué)反應(yīng)。不同材料間有不同的化學(xué)親和力。另一方面擴(kuò)散磨損的速度又決定于接觸面的溫度。根據(jù)擴(kuò)散規(guī)律表明，對(duì)一定材料，隨著溫度的升高，擴(kuò)散量先是較緩慢地增大，而后則越來(lái)越迅猛地增大。(3)氧化磨損或化學(xué)磨損在一定的溫度條件下(通常為高于800℃以上)，刀具材料(如硬質(zhì)合金)與空氣中的氧、極壓潤(rùn)滑液中的添加劑硫、氯等起化學(xué)作用，生成一些疏松、脆弱的氧化物被切屑帶走從而加速刀具的磨損。或因刀具材料的某種介質(zhì)被腐蝕造成刀具磨損。上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第四節(jié)刀具磨損擴(kuò)散磨損的速度，一方面決定于刀具和工件材料28第四節(jié)刀具磨損(4)相變磨損當(dāng)?shù)毒叩淖罡邷囟瘸^(guò)相變溫度時(shí)，刀具表面金相組織發(fā)生變化，使馬氏體組織轉(zhuǎn)化為托氏體或索氏體，硬度急劇下降，刀具磨損加劇。高速鋼的相變溫度為550℃~600℃。三、刀具壽命T刀具壽命又稱(chēng)刀具耐用度，是指將新刃磨的刀具從開(kāi)始切削至達(dá)到刀具磨損限度所經(jīng)過(guò)的總切削時(shí)間，用T(單位為min)表示。刀具壽命T越大，表示刀具磨損越慢。1.刀具壽命方程上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第四節(jié)刀具磨損(4)相變磨損當(dāng)?shù)毒叩淖罡邷囟瘸^(guò)相變溫度29第四節(jié)刀具磨損由前面分析已知，切削速度對(duì)切削溫度B影響最大，因而切削速度對(duì)刀具壽命T的影響最大。用實(shí)驗(yàn)方法求得的。V-T關(guān)系式如下m值愈小，說(shuō)明Vc對(duì)T的影響越大。2.一定刀具壽命T時(shí)的切削速度vT上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第四節(jié)刀具磨損由前面分析已知，切削速度對(duì)切削溫度B影響最30第四節(jié)刀具磨損同樣用實(shí)驗(yàn)法可求出背吃刀量(切削深度)、進(jìn)給量對(duì)刀具壽命T的影響。可得到與Vc一T類(lèi)似的關(guān)系式上-頁(yè)

返回第四節(jié)刀具磨損同樣用實(shí)驗(yàn)法可求出背吃刀量(切削深度)、進(jìn)31第二節(jié)切削力一、切削力的來(lái)源切削時(shí)，切削力來(lái)源于以下幾個(gè)方面:產(chǎn)生切屑所需的切削力，即第I,II變形區(qū)產(chǎn)生的切削力。在形成已加工表面過(guò)程中，切削刃的鈍圓部分和后刀面對(duì)已加工表面由于擠壓、摩擦而形成的切削力;刀尖半徑部分和參與切削的副切削刃所產(chǎn)生的切削力。車(chē)削時(shí)作用于車(chē)刀的總切削力是這三個(gè)方面產(chǎn)生切削力的總和。如果設(shè)刀具切削刃理想的鋒利，后角又很大，并且略去副切削刃的作用，那么式(3-4)所示的切削合力的計(jì)算公式，可以作為理論切削合力的計(jì)算式。下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力一、切削力的來(lái)源下-頁(yè)返回32第二節(jié)切削力二、切削分力及其作用1.用測(cè)力儀測(cè)出各切削分力采用三向測(cè)力儀，可直接測(cè)出在一定切削條件下沿運(yùn)動(dòng)方向的切削分力在基面內(nèi)的切削合力切削合力上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力二、切削分力及其作用上-頁(yè)下-頁(yè)33第二節(jié)切削力進(jìn)給力(進(jìn)給抗力)Fr作用于機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，它也消耗功率。背向力(切深抗力)FP不做功，但由于作用于工件的徑向(縱向切削)，車(chē)削細(xì)長(zhǎng)工件時(shí)會(huì)使工件變形而產(chǎn)生加工誤差。精加工時(shí)，希望其值不要過(guò)大。2.用分析法確定切削分力(圖3一20)為了明確切削分力的實(shí)際作用方向、有關(guān)因素對(duì)切削分力的影響和便于分析其他切削方法的切削分力，現(xiàn)用分析法討論車(chē)削時(shí)的切削分力。(1)在法平面坐標(biāo)(參考)系LMN中的切削分力L—在切削平面內(nèi)沿切削刃的坐標(biāo)軸;M-在基面上垂直于切削刃的坐標(biāo)軸;上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力進(jìn)給力(進(jìn)給抗力)Fr作用于機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，34圖3一20用分析法求切削分力返回圖3一20用分析法求切削分力返回35第二節(jié)切削力N一在切削平面內(nèi)垂直于切削刃的坐標(biāo)軸。在一定切削條件下，作用于前刀面的法向力Fn和摩擦力作用方向是已知的。因而，作用于切削刃的切削分力可以確定。事實(shí)上這三個(gè)分力是切削時(shí)作用于切削刃的固有分力。(2)在xyz坐標(biāo)系中的切削分力(圖3-20)上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力N一在切削平面內(nèi)垂直于切削刃的坐標(biāo)軸。上-頁(yè)36第二節(jié)切削力三、計(jì)算切削力的實(shí)驗(yàn)公式在推導(dǎo)切削力的理論公式(3-4)時(shí)，作了某些假設(shè)與忽略，同生產(chǎn)實(shí)際有一定差異，故不能用于實(shí)際切削力計(jì)算。目前大都采用由切削實(shí)驗(yàn)得到的切削力實(shí)驗(yàn)公式。這種公式是通過(guò)大量切削實(shí)驗(yàn)，將得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用數(shù)學(xué)方法處理而得到的。在生產(chǎn)中計(jì)算切削力的實(shí)驗(yàn)公式可分兩類(lèi):一類(lèi)是指數(shù)公式，一類(lèi)是單位切削力。現(xiàn)分述如下:上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力三、計(jì)算切削力的實(shí)驗(yàn)公式上-頁(yè)下-頁(yè)37第二節(jié)切削力1.指數(shù)公式2.單位切削力公式按Kienzle計(jì)算切削力的公式上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力1.指數(shù)公式上-頁(yè)下-頁(yè)返回38第二節(jié)切削力(1)前角改變時(shí)切削力的修正系數(shù)(2)切削速度改變時(shí)切削力的修正系數(shù)(3)刀具材料改變時(shí)，切削力的修正系數(shù)，列于表3一5四、影響切削力的因素1.工件材料的影響工件材料強(qiáng)度大、硬度高、切應(yīng)力大，切削力就大。但切削力的大小，并不單純受工件材原始強(qiáng)度和硬度的影響，還與其他因素有關(guān)，如:不銹鋼1Cr18Ni9Ti的強(qiáng)度和硬度都與45鋼接近，加工時(shí)，切削力卻相當(dāng)大，其原因是，這種材料上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力(1)前角改變時(shí)切削力的修正系數(shù)上-頁(yè)39表3一5刀具材料改變時(shí)對(duì)切削力的修正系數(shù)返回表3一5刀具材料改變時(shí)對(duì)切削力的修正系數(shù)返回40第二節(jié)切削力的韌性比45鋼約大5倍，加工硬化能力強(qiáng)，較小的變形，就會(huì)引起硬度大幅度升高，從而使切削力增大;又如，切削灰鑄鐵等脆性材料時(shí)，若從硬度方面看，它和45鋼相近，但切削力卻小得多，這是由于脆性材料強(qiáng)度小、切削變形的緣故。2.切削用量的影響(1)背吃刀量(切削深度)aP背吃刀量aP增大，切削寬度按比例增大，從而使剪切面面積和切屑與前刀面的接觸面積都按比例增大，第I變形區(qū)和第II變形區(qū)的變形都按比例增大。(2)進(jìn)給量f進(jìn)給量f增大，切削厚度按比例增大，而切削寬度不變。這時(shí)雖剪切面面積按比例增大，但切屑與前刀面的接觸未按比例增大，第B變形區(qū)的變形未按比例增加。因而當(dāng)進(jìn)給量f增大1倍時(shí)，切削力增加70%~80%。上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力的韌性比45鋼約大5倍，加工硬化能力強(qiáng)，較小41第二節(jié)切削力(3)切削速度根據(jù)實(shí)驗(yàn)，切削時(shí)，若不形成積屑瘤，隨著切削速度的增大，應(yīng)變速度加快，剪切區(qū)變窄，變形減小;切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度也減小，摩擦力減小。若形成積屑瘤，開(kāi)始時(shí)，隨著切削速度的增大，逐漸產(chǎn)生與形成積屑瘤，使實(shí)際前角逐漸增大，切削力下降。至B點(diǎn)，積屑瘤高度最高，切削力最小;隨著切削速度的增加，切削溫度不斷升高，積屑瘤逐漸脫落，使前角減小，切削力又逐漸增加。3.刀具幾何形狀的影響(1)前角由圖3一11(a)可知，前角增大，前刀面摩擦因數(shù)增大，摩擦角增大。上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力(3)切削速度根據(jù)實(shí)驗(yàn)，切削時(shí)，若42第二節(jié)切削力工件材料不同，前角的影響也不同。對(duì)塑性大的材料，如純銅、鋁合金等，切削時(shí)變形大，前角影響顯著;而對(duì)脆性材料如黃銅，前角的影響則較小。切削時(shí)，從切削力的角度看，切削塑性材料刀具前角可選用大值，切削脆性材料刀具前角應(yīng)選用小值。同時(shí)前角不應(yīng)太小，但也不宜過(guò)大，應(yīng)有一個(gè)適宜值。(2)主偏角對(duì)切削力的影響當(dāng)切削面積AD不變時(shí)主偏角增大，切削厚度增大，而切削寬度減小，切削層形狀變?yōu)楹穸?，切削力減小上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力工件材料不同，前角的影響也不同。對(duì)塑性大的材43第二節(jié)切削力(3)刃傾角實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3一27所示。它說(shuō)明刃傾角對(duì)切削力影響不大，原因是:刃傾角γ0增大，有效前角增大，切削力減小;但與此同時(shí)，實(shí)際切削寬度變寬，又使切削力增大。刃傾角γ0對(duì)進(jìn)給力和背向力(切深抗力)影響較大。(4)刀尖圓弧半徑r。當(dāng)背吃刀量(切削深度)、進(jìn)給量一定時(shí)，由于圓弧刃上各點(diǎn)的主偏角和副偏角是變化的，如圖3-28刀點(diǎn)的點(diǎn)的，而A點(diǎn)的krA=0。若刀尖圓弧半徑增大，切削刃上的平均主偏角就減小，使切削寬度增大，切削厚度h。減小，切削斷面形狀變?yōu)閷挾?，切削力增大，F(xiàn)v明顯增大。從切削力的角度看，應(yīng)采用小的刀尖圓弧半徑上-頁(yè)

返回第二節(jié)切削力(3)刃傾角實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3一27所示。44圖3一27返回圖3一27返回45圖3-28Re對(duì)主、副偏角圖和

切削斷面形狀的影響返回圖3-28Re對(duì)主、副偏角圖和

切削斷面形狀的影響返46第三節(jié)切削溫度切削溫度是切削過(guò)程中又一重要的物理現(xiàn)象。切削溫度影響刀具與切屑的摩擦狀態(tài)，影響積屑瘤的產(chǎn)生與消失、刀具磨損、工件加工精度等。一、切削熱1.切削熱的產(chǎn)生切削中消耗的能量(功率)只有很少一部分轉(zhuǎn)化為材料的內(nèi)能(加工硬化)，其余幾乎全部以熱的形式表現(xiàn)出來(lái)。即:消耗在切削區(qū)域的能量---切削熱由此可知.三個(gè)變形區(qū)即為三個(gè)熱源。下-頁(yè)

返回第三節(jié)切削溫度切削溫度是切削過(guò)程中又一重要的物理現(xiàn)象。切47第三節(jié)切削溫度2.切削熱的傳散切削熱的傳散主要有四個(gè)渠道:工件、切屑、刀具與介質(zhì)(空氣、切削液)對(duì)于車(chē)削而言，其各自熱量傳散比例大體為:切屑傳出的熱量為50%~86%，工件傳出的熱量為3%~9%,刀具傳出的熱量為10%~40%，空氣傳出的熱量為1%左右。二、切削溫度切削溫度一般指切屑與前面接觸區(qū)域的平均溫度。用實(shí)驗(yàn)方法得到的計(jì)算切削溫度的指數(shù)公式為:上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第三節(jié)切削溫度2.切削熱的傳散上-頁(yè)下-頁(yè)48第三節(jié)切削溫度實(shí)際上，在主剖面內(nèi)前面上的切削溫度的分布是不同的。三、影響切削溫度的因素分析各因素對(duì)切削溫度的影響，主要從這些因素對(duì)單位時(shí)間內(nèi)熱量產(chǎn)生和傳出的多少入手。在一定的切削條件下，若某一因素變化時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量大于傳散出去的熱量，則這一因素使切削溫度升高;反之，則使切削溫度降低。1.工件材料工件材料主要通過(guò)本身的強(qiáng)度、硬度、熱導(dǎo)率、熱容量等對(duì)切削溫度產(chǎn)生影響，如在同樣的切削條件下，切削不銹鋼要比切削中碳鋼的切削溫度高得多。其原因是不銹鋼相對(duì)中碳鋼而言，強(qiáng)度高，塑性變形大，加工硬化嚴(yán)重，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量多，再加上熱導(dǎo)率小，即單位時(shí)間傳散出去的熱量少。上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第三節(jié)切削溫度實(shí)際上，在主剖面內(nèi)前面上的切削溫度的分布49第三節(jié)切削溫度2.切削用量(1)切削速度單位時(shí)間內(nèi)傳散的熱量受切削速度的提高影響很小，故切削速度對(duì)切削溫度的影響很大，如圖3-32(a)所示。(2)進(jìn)給量f當(dāng)進(jìn)給量f增大時(shí)，由式(3一21)可知，產(chǎn)生的熱量增加，但散熱條件也有所改善(即切屑與前面的接觸面積有所增大)，單位時(shí)間內(nèi)傳散出去的熱量增加，故切削溫度有所升高，如圖3一32(b)所示。(3)切削深度當(dāng)切削深度增大時(shí)，由(式3一21)可知，產(chǎn)生的熱量按比例增加，但散熱條件顯著改善(即刀具與工件、切屑與前面的接觸面積按比例增大)上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第三節(jié)切削溫度2.切削用量上-頁(yè)下-頁(yè)返回50圖3一32返回圖3一32返回51第三節(jié)切削溫度3.刀具幾何參數(shù)(1)前角Y。當(dāng)前角增大時(shí)，切削變形、摩擦減小，產(chǎn)生熱量減少，因而切削溫度隨著前角的增大而降低;但前角增至18°~20°后，因楔角減小，散熱條件變差，對(duì)切削溫度的影響減小，甚至因前角過(guò)分增大，切削溫度反而逐漸升高。(2)主偏角減小主偏角，可使hD減小、bp增大，散熱條件得到改善，切削溫度下降。(3)刀尖圓弧半徑r。當(dāng)增大刀尖圓弧半徑時(shí)，可使刀具切削刃的平均主偏角減小，切削寬度增大，刀具散熱條件得到改善，故切削溫度降低。上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第三節(jié)切削溫度3.刀具幾何參數(shù)上-頁(yè)下-頁(yè)52第三節(jié)切削溫度4.其他因素的影響切削時(shí)使用切削液，可使切削溫度降低;刀具磨損增大，會(huì)使切削溫度升高。四、切削溫度對(duì)工件加工精度等的影響1.對(duì)工件尺寸精度的影響由于工件受熱脆期長(zhǎng)，冷卻后尺寸變小，所以切削公破會(huì)l氫接影響工件的加工精度。在很高的切削公破下，有時(shí)工件的表面層組織發(fā)生變化，影響使用J助匕，并影響工件質(zhì)量，甚至?xí)霈F(xiàn)廢品。上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第三節(jié)切削溫度4.其他因素的影響上-頁(yè)下-頁(yè)53第三節(jié)切削溫度2.對(duì)刀具材料的影響硬質(zhì)合金的性質(zhì)之一是高溫時(shí)強(qiáng)度比較高，韌性比較好，因此適當(dāng)提高切削溫度對(duì)防止硬質(zhì)合金崩刃、提高其耐用度是有利的。上-頁(yè)

返回第三節(jié)切削溫度2.對(duì)刀具材料的影響上-頁(yè)返回54第四節(jié)刀具磨損一、刀具磨損形態(tài)刀具磨損是指刀具摩擦面上的刀具材料逐漸損失的現(xiàn)象。刀具磨損的形態(tài)一般有以下三種:1.前刀面磨損當(dāng)切削塑性材料，切削厚度和切削速度都較大時(shí)，切屑在前刀面會(huì)磨損出洼凹，這個(gè)洼凹稱(chēng)月牙洼。2.后刀面磨損由于切削刃的刃口鈍圓半徑對(duì)加工表面的擠壓與摩擦，在切削刃的下方會(huì)磨損出一條后角等于零的溝痕，這就是后刀面磨損。在切削速度較低、切削厚度較小的情況下，切削脆性材料時(shí)，將會(huì)發(fā)生后刀面磨損，如圖3-35(b)所示。下-頁(yè)

返回第四節(jié)刀具磨損一、刀具磨損形態(tài)下-頁(yè)返回55第四節(jié)刀具磨損3.前、后刀面同時(shí)磨損切削塑性材料，采用較小的切削厚度h。時(shí)，刀具的前、后刀面可能同時(shí)磨損二、刀具磨損的原因刀具磨損與一般機(jī)械零件的磨損不同，一方面由于刀具前刀面所接觸的切屑和后刀面所接觸的工件都是新生表面，這個(gè)表面不存在氧化層或其他污染。另一方面又由于刀具的摩擦區(qū)(前刀面、后刀面)是在高壓(大于工件材料的屈服應(yīng)力)、高溫(700℃~1200℃)作用下進(jìn)行的，所以刀具的磨損原因極其復(fù)雜，按性質(zhì)大體可分為機(jī)械作用和熱一化學(xué)作用兩類(lèi)原因。上-頁(yè)

下-頁(yè)

返回第四節(jié)刀具磨損3.前、后刀面同時(shí)磨損上-頁(yè)下-頁(yè)56第四節(jié)刀具磨損1.機(jī)械作用的磨損兩相接觸物體表面間，具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，硬物體使軟物體摩擦