切削原理及其應(yīng)用

切削原理及其應(yīng)用*第一頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日主要要求1.掌握塑性材料切屑形成的過程及切削方程式的建立；掌握切屑的變形規(guī)律及控制技術(shù)；會分析切削過程中積屑瘤、鱗刺產(chǎn)生的條件及控制措施。2.掌握切削力和切削溫度的計(jì)算機(jī)輔助測試原理、方法以及經(jīng)驗(yàn)公式的建立。3.掌握刀具材料的性能要求及常用刀具材料的應(yīng)用場合，了解刀具材料發(fā)展的趨勢。4.掌握刀具磨損機(jī)理及刀具耐用度的選擇原則。5.能綜合分析切削用量三要素對切削力、切削溫度、刀具的耐用度的影響。6.理解工件材料切削加工性的意義，了解常用工程材料的切削加工性。7.理解已加工表面質(zhì)量的評定指標(biāo)以及表面粗糙度、加工硬化、殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因以及對加工表面質(zhì)量的影響。8.理解刀具幾何參數(shù)、切削用量、切削液的選用原則及依據(jù)；能根據(jù)工件材料的切削加工性和加工條件綜合選擇刀具材料、刀具幾何參數(shù)、刀具、切削用量和切削液。第二頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.1切屑變形機(jī)理內(nèi)容提要

1.1.1切屑形成過程

1.1.2切削方程

1.1.3切屑的變形規(guī)律及控制

1.1.4積屑瘤與鱗刺第三頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.1.1切屑的形成和變形區(qū)的劃分一、切屑的形成切屑形成實(shí)質(zhì)：金屬切削過程是切削層金屬在刀具的前刀面擠壓下，發(fā)生以剪切滑移為主的塑性變形而形成切屑的過程（俄.麥基理論)。切屑是工件材料受到刀具前刀面的擠壓，發(fā)生變形，最終被撕裂下來的。切削過程理論模型——壓縮實(shí)驗(yàn)：在金屬壓縮實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)金屬試件受擠壓時，在其內(nèi)部產(chǎn)生主應(yīng)力的同時，還將在與作用力大致成45°方向的斜截面產(chǎn)生最大切應(yīng)力，在切應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時將在此方向剪切滑移。圖1-1切削過程模型：金屬刀具切削時相當(dāng)于局部壓縮金屬的壓塊，使金屬沿一個最大剪應(yīng)力方向產(chǎn)生滑移。圖1-2第四頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日圖1-1塑性金屬擠壓與切削示意圖第五頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日圖1.2金屬切削過程模型（１）簡化模型；（２）晶?；剖疽鈭D；（3）滑移與晶粒的伸長（1）（2）（3）第六頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日二、變形區(qū)的劃分及特征第一變形區(qū)（剪切滑移、加工硬化）

始滑移面OA與終滑移面OM之間的變形區(qū)稱為第一變形區(qū)，寬度很窄(約0.02～0.2mm)，故常用OM剪切面亦稱滑移面來表示，它與切削速度的夾角稱為剪切角φ。第二變形區(qū)（纖維化、加工硬化）當(dāng)切屑沿前面流出時，由于受到前面擠壓和摩擦作用，在前面摩擦阻力的作用下，靠近前面的切屑底層金屬再次產(chǎn)生剪切變形。使切屑底層薄的一層金屬流動滯緩，流動滯緩的一層金屬稱為滯流層，這一區(qū)域又稱為第二變形區(qū)。第三變形區(qū)（摩擦與加工硬化）

第三變形區(qū)也稱為刀—工接觸區(qū)，主要是刀具的后刀面與工件的擠壓和摩擦，形成已加工表面。第七頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.3金屬切削過程中的流線與三個變形區(qū)示意圖第八頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日圖1-4第一變形區(qū)金屬的滑移1.第一變形區(qū)內(nèi)金屬的剪切變形特征：沿滑移線的剪切變形以及隨之產(chǎn)生的加工硬化解釋：從金屬晶體結(jié)構(gòu)的角度看，就是晶粒中的原子沿著滑移平面所進(jìn)行的滑移。第九頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日（1）第二變形區(qū)內(nèi)金屬的擠壓變形金屬切削層經(jīng)過第一變形區(qū)后絕大部分開始成為切屑，切屑沿前刀面流出，由于受刀具前面擠壓和摩擦的作用，切屑將繼續(xù)發(fā)生強(qiáng)烈的變形，這個變形區(qū)域稱為第二變形區(qū)，用Ⅱ表示。特點(diǎn)：（1）靠近刀具前面的切屑底層附近纖維化，切屑流動速度緩慢，甚至滯留在刀具前面上；（2）切屑發(fā)生彎曲變形；（3）由摩擦產(chǎn)生的熱量使刀屑接觸面附近溫度升高。第二變形區(qū)的變形直接關(guān)系到刀具的磨損，也會影響第一變形區(qū)的變形大小。2.第二變型區(qū)的擠壓和摩擦第十頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日（2）前刀面上的摩擦冷焊現(xiàn)象：在金屬切削的過程中，在一定的切削速度和切削溫度范圍內(nèi)，由于切屑與前刀面之間的摩擦，使切屑底部與前刀面發(fā)生的粘接現(xiàn)象。因此，切屑與前刀面之間的摩擦既有外摩擦，又有內(nèi)摩擦，且內(nèi)摩擦占主導(dǎo)因素。前刀面平均摩擦系數(shù)：（1-10）第十一頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日工件材料：強(qiáng)度硬度增大，摩擦系數(shù)略有減??；切削厚度：切削厚度增大，摩擦系數(shù)略有減小；切削速度：使得摩擦系數(shù)有一個極大值；刀具前角：在一般切削速度范圍內(nèi)，前角增大，摩擦系數(shù)增大。影響前刀面摩擦系數(shù)主要因素第十二頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.1.2切削方程

(1-1)圖1-5剪切變形示意圖1.剪切角φ：剪切滑移面與切削速度方向的夾角，其大小可以作為衡量切削過程情況的標(biāo)志。2.相對滑移ε（剪應(yīng)變）△S——剪切變形層金屬的滑移量；△y——變形層厚度右圖及公式（1-1）主要描述了剪切角與剪應(yīng)變的關(guān)系。一、切屑變形度量第十三頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日（1-2）（1-3）（1-4）3.變形系數(shù)原理：變形系數(shù)的概念基于這樣的事實(shí)：在切削過程中，刀具切下的切屑厚度通常要大于切削層的厚度，而切屑的長度大于切削長度，而變形前后體積不變。第十四頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日討論：剪切角、相對滑移、和變形系數(shù)是根據(jù)純剪切理論的觀點(diǎn)提出的，它們不能反映全部的金屬變形實(shí)質(zhì)；當(dāng)時，對于某一固定的剪切角，相對滑移與變形系數(shù)成正比；當(dāng)當(dāng)時，不能用變形系數(shù)表示變形程度。（1-5）相對滑移與變形系數(shù)的關(guān)系第十五頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日二、切屑力學(xué)模型

切屑力模型主要研究切屑與刀具前刀面的相互作用。作用在切屑上的力如圖1-6所示。應(yīng)用力平衡原理可得各個力的方程：圖1-5作用在切屑上的力第十六頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日圖1-6作用在切屑上的力與角度的關(guān)系（c）第十七頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日（1-6）（1-7）第十八頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日剪切角的計(jì)算麥錢特（M.E.Merchant）公式（根據(jù)合力最小原理計(jì)算剪切角）李和謝弗（LeeandShaffer）公式（根據(jù)主應(yīng)力方向與最大剪應(yīng)力方向之間的夾角為45度的原理來計(jì)算剪切角）（1-8）（1-9）上述兩個公式反映了剪切角、刀具前角，刀—屑之間的摩擦三者之間的關(guān)系，結(jié)合剪切角與變形系數(shù)的關(guān)系，也反映了三者對切屑變形的影響。第十九頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日討論：前角增大時，剪切角隨之增大，變形減小。在保證切削刃強(qiáng)度的情況下，增大刀具的前角對改善切削過程是有利的。摩擦角增大時，剪切角隨之減小，變形增大。在低速切削時，采用切削液以減小前刀面上的摩擦系數(shù)是很重要的。注意，上述兩式在定性上是一致的，都假設(shè)：二維自由直角切削；工件材質(zhì)均勻；單一剪切面；不計(jì)彈性變形；不計(jì)加工硬化和積屑瘤；用單一的摩擦系數(shù)μ代替復(fù)雜的前刀面上的摩擦情況。第二十頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.1.3積屑瘤與鱗刺現(xiàn)象：在切削塑性金屬材料時，粘接、冷焊并沉積在前刀面切削出的一種硬度極高的金屬楔狀塊。產(chǎn)生原因：在一定的切削速度范圍內(nèi)，在高壓、高溫、摩擦的條件下，刀——屑處于新鮮的接觸狀態(tài)，加之原子間的親和力，產(chǎn)生于切屑底層的金屬粘接和堆積。工件材料的塑性；切削速度；刀具前角；冷卻潤滑條件。第二十一頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日對切削過程的影響：積屑瘤使刀具的實(shí)際工作前角增大。積屑瘤可代替前、后面和切削刃進(jìn)行切削，減少刀具磨損。積屑瘤前端伸出切削刃外，直接影響加工尺寸精度。積屑瘤直接影響工件加工表面的形狀精度和表面粗糙度?？刂品e屑瘤的措施降低工件材料的塑性控制切削速度增大刀具前角合理使用切削液第二十二頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.1.3切屑的變形規(guī)律及控制（1）工件材料對切屑變形的影響工件材料強(qiáng)度越大，則變形系數(shù)越小，切削變形也越小，工件材料塑性越大，則變形系數(shù)越大。（2）刀具前角對切屑變形的影響

刀具前角越大，則變形系數(shù)越小。1.切屑變形的變化規(guī)律解釋依據(jù)第二十三頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日（3）切削用量對切屑變形的影響切削速度：切削塑性金屬材料時，切削速度對切削變形的影響呈波浪形；進(jìn)給量：進(jìn)給量增大，則切削厚度增大，切削變形減小，變形因數(shù)減小；背吃刀量：對切屑變形的影響較小。第二十四頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日解釋：

1.工件材料2.刀具前角

第二十五頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日3.切削速度4.切削厚度第二十六頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日2.切屑的類型及變化帶狀切屑：內(nèi)表光滑，外表毛茸；加工塑性材料，切削厚度較小，切削速度較高，刀具前角較大。擠裂切屑：外表鋸齒，內(nèi)表裂紋；加工塑性材料，切削厚度較大，切削速度較低，刀具前角較削。單元切屑：也叫粒狀切屑，加工塑性材料。崩碎切屑：加工脆性材料。切屑的變化第二十七頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1-10切屑的類型第二十八頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日

3.切屑的控制切屑形狀帶狀屑，C形屑，崩碎屑，寶塔狀屑，長緊卷屑，發(fā)條狀切屑，螺卷屑圖1-11切屑的各種形狀第二十九頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日衡量切屑可控性的主要標(biāo)準(zhǔn)（1）不妨礙正常的加工（不纏繞工件、刀具，不飛濺到機(jī)床運(yùn)動部件中）；（2）不影響操作者的安全；（3）易于存放，清理和搬運(yùn)。切屑卷曲和折斷

（1）切屑卷曲和折斷機(jī)理：切屑沿刀具前面流出的過程中，受到前面的擠壓和摩擦而進(jìn)一步變形，使得切屑底部被擠而伸長，切屑背面相對縮短，切屑就自然會逆時針卷曲。如果刀具的前角較小，則切屑流出過程中受到的擠壓和摩擦變大，切屑就會卷得更緊。切屑卷曲過程中，若切屑中的彎曲應(yīng)力達(dá)到材料的彎曲強(qiáng)度極限，則切屑就會自行折斷。第三十頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日

（2）切屑卷曲與折斷的機(jī)理解釋自由切屑的卷曲機(jī)理由于前刀面和剪切面上對切屑的作用力大小相等，方向相反，但是不共線，因而產(chǎn)生了彎矩，導(dǎo)致切屑卷曲。（劉培德）受控切屑的卷曲機(jī)理圖1-12a為帶倒棱的全圓弧形卷屑槽的卷屑機(jī)理，圖1-12b為直線形卷屑槽的卷屑機(jī)理。都采用卷屑槽的方式實(shí)現(xiàn)切屑卷曲的控制。切屑折斷的機(jī)理圖1-13分別為螺卷屑、發(fā)條狀屑和C形屑折斷的機(jī)理，其主要原因是由于切屑環(huán)的內(nèi)側(cè)拉應(yīng)力大于切屑材料的彎曲應(yīng)力極限。第三十一頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日圖1-12卷屑機(jī)理（a）全圓弧形卷屑槽半徑計(jì)算與討論（b）直線形卷屑槽的卷屑半徑第三十二頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日圖1-13斷屑機(jī)理（4）影響切屑卷曲和折斷的主要因素工件材料性能：工件材料的屈服極限、彈性模量越小，塑性越低，越易折斷；切削用量：切削厚度小，背吃刀量大，切削速度高，斷屑難；刀具前角：前角小，變形大，易折。第三十三頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日4.切屑控制的主要措施

（1）根據(jù)不同的加工材料選擇不同的幾何參數(shù)的刀具，來達(dá)到預(yù)期的切屑的幾何形狀和流向；（2）通常在前刀面上制造斷屑器（臺）和卷屑槽的方法使切屑盡快折斷；（3）采用適當(dāng)?shù)娜袃A角λs，達(dá)到滿意的切屑流向。第三十四頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日圖1-14第三十五頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日思考題11.試根據(jù)切屑變形模型分析三個變形區(qū)的特征及各自可能產(chǎn)生的現(xiàn)象。2.根據(jù)麥錢特以及LeeandShaffer公式，變形系數(shù)與剪切角、刀具前角的關(guān)系，試分析切削用量三要素對切屑變形的影響。3.試論述切屑彎曲和折斷的機(jī)理，并分析控制切屑的措施。第三十六頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.2切削力1.2.1切削力的來源、分解及切削功率一、切削力來源：加工材料的彈塑性變形抗力（包括剪切力）、切屑與前刀面的摩擦力、工件已加工表面與后刀面的摩擦力。

二、切削力的分解：

切削過程中，刀具施加于工件使工件材料產(chǎn)生變形，并使多余材料變?yōu)榍行妓璧牧ΨQ為切削力。為了研究方便，將作用于刀具上的切削合力分解為相互垂直的Fc、Ff、Fp。

第三十七頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日Fc—切削力,切于過渡表面,與基面垂直。作用：計(jì)算刀具和機(jī)床強(qiáng)度,確定機(jī)床功率。Ff—進(jìn)給力,在基面內(nèi),與進(jìn)給方向相反。作用：用于設(shè)計(jì)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)和確定進(jìn)給功率。Fp—背向力,在基面內(nèi),與進(jìn)給方向垂直。作用：計(jì)算工件撓度和刀具、機(jī)床零件的強(qiáng)度。第三十八頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日三、切削功率第三十九頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.2.2切削力的計(jì)算機(jī)輔助測試及經(jīng)驗(yàn)公式的建立一、切削測力儀1.測力儀的評判指標(biāo)（1）精度：最大測力誤差與最大測力值之百分比；（2）靈敏度：測力儀所能測到的最小力值與其測力范圍的百分比；（3）剛度：測力儀在受切削力時抗變形的能力；（4）測力儀應(yīng)當(dāng)滿足各向力同時測量，互不干擾。2.測力儀測量切削力的基本原理利用切削力作用在測力儀的彈性元件上所產(chǎn)生的變形，或作用在壓電晶體上產(chǎn)生的電信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后讀出各個獨(dú)立的切削分力。第四十頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日3.電阻應(yīng)變片式測力儀原理：

將若干電阻應(yīng)變片緊貼在測力儀的彈性元件的不同受力位置，分別連成電橋。在切削力的作用下，電阻應(yīng)變片隨著彈性元件發(fā)生變形，使電阻應(yīng)變片的電阻值改變，破壞了電橋的平衡，于是電流表中有與切削力大小相應(yīng)的電流通過，經(jīng)電阻應(yīng)變儀放大后得到電流示數(shù)。

特點(diǎn)：靈敏度高、量程范圍大、測量精度高，可用于靜動兩種狀態(tài)的測量；電阻應(yīng)變片式測力儀——八角環(huán)形三向車削測力儀。第四十一頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日圖1-14八角環(huán)三向車削測力儀第四十二頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日4.壓電式測力儀

原理

利用某些材料（石英晶體或壓電陶瓷）的壓電效應(yīng)。即在受外力作用下，壓電材料的表面產(chǎn)生電荷，電荷的多少與所施的壓力成正比，與壓電晶體的大小無關(guān)。用電荷放大器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓參數(shù)，從而測出力的大小。

特點(diǎn)

靈敏度高、剛度大、自振頻率高、線性度和抗相互干擾性好、無慣性；易受濕度的影響，產(chǎn)生零點(diǎn)漂移。第四十三頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日二、切削力的計(jì)算機(jī)輔助測試基本原理：在測力傳感器的彈性元件上粘貼具有一定電阻值的電阻應(yīng)變片，然后將電阻應(yīng)變片聯(lián)成電橋，電橋的輸出與彈性體的應(yīng)變成正比。三向應(yīng)變模擬信號輸出并進(jìn)行高倍率放大后，再經(jīng)A/D板轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)。在軟件系統(tǒng)控制下，實(shí)現(xiàn)顯示和各種功能輔助。第四十四頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日圖1.1三向切削測力儀實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖1-15切削力實(shí)驗(yàn)硬件系統(tǒng)簡圖測量方法：在本課程實(shí)驗(yàn)一具體描述。第四十五頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日三、切削力經(jīng)驗(yàn)公式的建立

建立方法：

（1）單因素實(shí)驗(yàn)法（2）多因素實(shí)驗(yàn)法

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法

（1）圖解法（2）回歸分析法（包括最小二乘法）（3）計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、處理和預(yù)報(bào)第四十六頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.2.3影響切削力的因素（一）工件材料的影響（系數(shù)CF或單位切削力kc體現(xiàn)）工件材料的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性越大，切削力越大。（二）切削用量的影響ap↑→Ac成正比↑，kc不變，ap的指數(shù)約等于1，因而切削力成正比增加；f↑→Ac成正比↑，但kc略減小，f的指數(shù)小于1，因而切削力增加但與f不成正比。生產(chǎn)實(shí)意義：從切削刀具上的載荷和能量消耗的角度，用大的進(jìn)給量比用大的背吃刀量工作更有利。

速度v對F的影響分為有積屑瘤和無積屑瘤兩種情況在無積屑瘤階段，v↑→變形程度↓→切削力減小第四十七頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.在積屑瘤增長階段隨v↑→積屑瘤高度↑，變形程度↓，F(xiàn)↓2.在積屑瘤減小階段v↑→變形程度↑，F(xiàn)↑3.在無積屑瘤階段隨v↑，溫度升高，摩擦系數(shù)↓變形程度↓→F↓計(jì)算F時乘以修正系數(shù)Kv或指數(shù)zF約為-0.15來體現(xiàn)第四十八頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日（三）刀具幾何參數(shù)的影響

1.前角γ0的影響加工塑性材料時，γ0↑→Φ↑→變形程度↓→F↓加工脆性材料時，切削變形很小，γ0對F影響不顯著γ0＞30°或高速切削時，γ0對F影響不顯著第四十九頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日2.主偏角κr的影響κr對Fc影響較小，影響程度不超過10%，κr在60°～75°之間時，F(xiàn)c最小。κr對Fp、Ff影響較大Fp＝FDcosκr

Ff＝FDsinκrFp隨κr增大而減小，F(xiàn)f隨κr增大而增大第五十頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日3.刃傾角λs的影響λs對Fc影響很小，λs對Fp、Ff影響較大Fp隨λs增大而減小，F(xiàn)f隨λs增大而增大第五十一頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日4.負(fù)倒棱bγ1的影響bγ1與f之比增大,切削力隨之增大。當(dāng)切鋼bγ1/f≥5或切鑄鐵bγ1/f≥3時，切削力趨于穩(wěn)定，接近于負(fù)前角的狀態(tài)。第五十二頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日5.刀尖圓弧半徑rε的影響（1）rε對Fc影響很?。?）Fp隨rε增大而增大Ff隨rε增大而減小rε增大相當(dāng)于κr減小的影響第五十三頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日（六）刀具材料的影響按立方氮化硼、陶瓷、涂層、硬質(zhì)合金、高速鋼順序，切削力依次增大。（五）切削液的影響切削液潤滑作用越好，切削力減小越顯著，低速時更突出。（四）刀具磨損的影響后刀面平均磨損帶寬度VB越大，摩擦越強(qiáng)烈，切削力也越大。VB對背向力Fp影響最顯著第五十四頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.3切削溫度1.3.1切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo)切削熱產(chǎn)生于三個變形區(qū)，切削過程中消耗的能量約98%轉(zhuǎn)換為熱能，切削熱

q≈Pc≈Fcv=Cfcapf0.75v-0.15KFcv=Cfcapf0.75v0.85KFc切削熱通過切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)向外傳出第五十五頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.3.2切削溫度的測量切削溫度是指切削區(qū)域的平均溫度，一般用前刀面與切屑接觸區(qū)的平均溫度近似代替。切削溫度的測量方法目前主要有自然熱電偶法、人工熱電偶法和半人工熱電偶法。一、自然熱電偶法

原理：利用刀具和工件材料化學(xué)成分的不同構(gòu)成熱電偶，將刀具和工件作為熱電偶的兩極，組成熱電回路測量切削溫度的方法。

特點(diǎn)：利用自然熱電偶可以測量切削區(qū)的平均溫度，但是不能測出切削區(qū)指定點(diǎn)的溫度。第五十六頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日二、人工熱電偶法原理：將兩種預(yù)先經(jīng)過標(biāo)定的金屬絲組成熱電偶，熱電偶的熱端焊接在刀具或工件預(yù)定要測量的點(diǎn)上，冷端通過導(dǎo)線串接電位計(jì)或毫伏計(jì)，根據(jù)表上的數(shù)值和熱電偶標(biāo)定曲線，可以獲得焊接點(diǎn)上的溫度。

特點(diǎn)：利用人工熱電偶法只能測得距前刀面有一定距離的某點(diǎn)溫度，而不能測出前刀面上的溫度。第五十七頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.3.3、切削溫度的分布規(guī)律

紅外膠片法測得切鋼料的溫度場，分析歸納切削溫度分布規(guī)律：1.剪切面上各點(diǎn)的溫度基本一致;2.前、后刀面上的最高溫度都處于離刀刃一定距離的地方；后刀面的溫度降低和升高在極短時間內(nèi)完成；3.在剪切區(qū)域內(nèi)，垂直于剪切方向上的溫度梯度較大；垂直于前刀面的切屑底層的溫度梯度較大；4.工件材料塑性越大，前刀面與切屑的接觸長度越長，溫度分布越均勻；工件材料脆性越大，最高溫度所在的點(diǎn)離刀刃越近；工件材料導(dǎo)熱系數(shù)越低，前、后刀面上的溫度越高。第五十八頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日第五十九頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.3.4影響切削溫度的主要因素兩個方面：切削熱的產(chǎn)生與傳出（一）切削用量的影響由實(shí)驗(yàn)得出切削溫度經(jīng)驗(yàn)公式如下

θ＝Cθvzθ

fyθapxθ式中系數(shù)及指數(shù)見表1-4,由表中數(shù)據(jù)看出：

zθ在0.3～0.5之間，yθ在0.15～0.3，xθ在0.05～0.1切削用量↑時切削溫度↑，其中v對θ影響最大，進(jìn)給量f的影響比v小，背吃刀量ap的影響很小。第六十頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日（二）刀具幾何參數(shù)的影響1.前角γ0的影響γ0↑→變形程度↓→F↓q↓→θ↓，但γ0＞20°時，因散熱面積↓，對θ的影響減小2.主偏角κr的影響κr↑，切削寬度aw↓，散熱面積↓→θ↑3.負(fù)倒棱和刀尖圓弧半徑的影響bγ1、rε↑，切屑變形程度↑→q↑同時散熱條件改善，兩者趨于平衡對θ影響很小第六十一頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日（三）工件材料的影響強(qiáng)度硬度、塑性和韌性越大，切削力越大，切削溫度升高，導(dǎo)熱率大，散熱快，溫度下降。（四）刀具磨損的影響后刀面磨損增大，切削溫度升高;VB達(dá)一定值影響加劇;v越高刀磨損對θ影響越顯著。（五）切削液的影響澆切削液對↓切削溫度↓刀具磨損↑加工質(zhì)量有明顯效果。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。第六十二頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日思考題21.分析切削通量三要素對切削力及切削溫度的影響，并指出這些規(guī)律在生產(chǎn)實(shí)際上有何意義？2.試根據(jù)切屑變形的規(guī)律，分析切削溫度的分布問題。并根據(jù)此規(guī)律，說明加工45#鋼和HT200時，前刀面和后刀面哪一方面切削溫度高。第六十三頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.4刀具磨損、破損和刀具耐用度內(nèi)容提要1.4.1刀具磨損的形態(tài)及原因1.4.2刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)1.4.3刀具耐用度及其經(jīng)驗(yàn)公式1.4.4刀具破損的形態(tài)及原因第六十四頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日概述

刀具在切削工件材料的過程中，本身也發(fā)生損壞。刀具的損壞分為磨損和破損。刀具的磨損表現(xiàn)為連續(xù)的逐漸磨損，刀具磨損時存在著機(jī)械、熱和化學(xué)變化，表現(xiàn)為摩擦、黏結(jié)和擴(kuò)散等現(xiàn)象。刀具的破損表現(xiàn)為突然發(fā)生，包括崩刃、碎斷、剝落、裂紋破損等。第六十五頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.4.1刀具磨損機(jī)理一、刀具磨損的形態(tài)（一）前刀面磨損

產(chǎn)生機(jī)理：切塑性材料，v和ac較大時，切屑與前刀面完全是新鮮的表面接觸和摩擦，化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)烈；高溫高壓下，切削液難以進(jìn)入刀屑接觸區(qū)，產(chǎn)生前刀面磨損。

磨損形態(tài)：在前刀面上形成月牙洼磨損。

尺寸指標(biāo)：前刀面的磨損值以月牙凹最大深度KT表示。第六十六頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日（三）邊界磨損

磨損形態(tài)：切鋼料時，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。

產(chǎn)生機(jī)理：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。（二）后刀面磨損（磨損帶磨損）

產(chǎn)生機(jī)理：切鑄鐵或v和ac較小切塑性材料時，由于刀具后刀面與工件已加工表面接觸區(qū)的擠壓和摩擦而造成后刀面磨損。

磨損形態(tài)：高速切削有時呈面包狀，一般情況下呈帶狀。

尺寸指標(biāo)：后刀面磨損帶不均勻，刀尖部分磨損嚴(yán)重，最大值為VC；中間部位磨損較均勻，平均磨損寬度以VB表示；邊界處磨損嚴(yán)重，以VN表示。第六十七頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日第六十八頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日二、刀具磨損的原因從對溫度的依賴程度看，刀具正常磨損的主要原因是：（1）機(jī)械磨損：工件材料中硬質(zhì)點(diǎn)的刻劃作用而引起的磨損。（2）熱化學(xué)磨損：粘結(jié)、擴(kuò)散、腐蝕等引起的磨損（一）機(jī)械磨損（磨料磨損、硬質(zhì)點(diǎn)磨損）切屑或工件表面上的硬質(zhì)點(diǎn)（碳化物、氧化物、積屑瘤碎片等）對刀具表面刻劃作用造成的機(jī)械磨損。影響硬質(zhì)點(diǎn)磨損的原因有：材料表面的顯微硬度、磨粒硬度、材料表面的硬度（熱處理狀態(tài)、加工硬化程度等）。刀具在各種切削速度下都存在硬質(zhì)點(diǎn)磨損，但它是低速切削時刀具磨損的主要原因。

HSS刀具發(fā)生硬質(zhì)點(diǎn)磨損的幾率較大。第六十九頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日（二）粘結(jié)磨損

刀具與切屑、工件間存在高溫高壓和強(qiáng)烈摩擦，接觸到原子間結(jié)合距離而產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，又稱為冷焊。兩摩擦表面的粘結(jié)點(diǎn)因相對運(yùn)動、晶?；蚓ЯＨ菏芗艋蚴芾还ぜ牧蠋ё呤窃斐烧辰Y(jié)磨損的原因。粘結(jié)點(diǎn)的破裂一般發(fā)生在材料比較軟的一方，但是由于刀具材料往往組織不均勻，存在內(nèi)應(yīng)力、微裂紋、空隙、局部軟點(diǎn)等缺陷，使得刀具材料也會被帶走。粘結(jié)程度取決于切削溫度、刀具與工件材料之間的親和力、刀屑接觸面的清潔程度、刀具和工件材料的硬度比、刀具表面形狀與組織、切削條件等。

而切削溫度是影響粘結(jié)磨損的主要因素。第七十頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日（三）擴(kuò)散磨損

刀具與切屑、工件接觸處由于高溫作用，雙方化學(xué)元素在固態(tài)下互相擴(kuò)散，使刀材成分、結(jié)構(gòu)改變造成磨損。

切削溫度越高、刀具與工材料親合力越大，擴(kuò)散越快；

高速切削時，刀具與工件接觸區(qū)的溫度大于硬質(zhì)合金與鋼作用的正常溫度，引起摩擦副金屬間的相互溶解和擴(kuò)散。因此高速切削時擴(kuò)散磨損是刀具磨損的主要原因。

幾種刀具材料與鐵相互擴(kuò)散強(qiáng)度的大小順序?yàn)椋?/p>

金剛石——碳化硅——立方氮化硼——氧化鋁

而與鈦合金相互擴(kuò)散強(qiáng)度的大小順序?yàn)椋?/p>

氧化鋁———立方氮化硼——碳化硅——金剛石第七十一頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日（四）化學(xué)磨損一定溫度下，刀材與空氣中的氧、切削液中的硫、氯起化學(xué)作用，生成較軟的化合物，造成刀具磨損?；瘜W(xué)磨損是邊界磨損原因之一，主要發(fā)生在較高速切削條件下。（五）熱電磨損切削區(qū)高溫，在刀工間產(chǎn)生熱電勢加快擴(kuò)散加劇刀具磨損。

第七十二頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日小結(jié)：1.對一定的刀具和工件材料，起主導(dǎo)作用的是切削溫度。低溫區(qū)以機(jī)械磨損（硬質(zhì)點(diǎn)磨損）為主，高溫區(qū)以熱化學(xué)磨損為主。2.對耐熱性較低的高速鋼，其磨損主要是硬質(zhì)點(diǎn)磨損和粘結(jié)磨損；對于硬質(zhì)合金，主要是粘結(jié)磨損和擴(kuò)散磨損。3.加工鋼時，氧化鋁刀具主要是硬質(zhì)點(diǎn)磨損和粘結(jié)磨損。第七十三頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.4.2刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)（一）刀具磨損過程1.初期磨損階段與刀具刃磨質(zhì)量有關(guān)2.正常磨損階段VB與切削時間近似正比斜率表示磨損強(qiáng)度3.急劇磨損階段切削力、溫度急升，刀具磨損加劇，之前換刀第七十四頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日（二）刀具磨損標(biāo)準(zhǔn)

刀具磨損到一定限度后就不能繼續(xù)使用，這個磨損限度稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。1.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；2.ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以1/2ap處的VB值作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)；在不同的加工條件下，磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的具體數(shù)值是不同的。粗車碳素鋼0.6～0.8粗車鑄鐵0.8～1.2粗車合金鋼0.4～0.5精車碳鋼0.1～0.3系統(tǒng)剛性大、HSS，VB值較大；系統(tǒng)剛性小、Y合金，VB值較小3.自動化精加工刀具，以徑向磨損量NB作為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。第七十五頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.4.3刀具耐用度及其經(jīng)驗(yàn)公式（一）刀具耐用度T

刀具刃磨后開始切削到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的切削時間稱為刀具耐用度（刀具使用壽命）。刀具總使用壽命：刀具從開始使用到報(bào)廢為止的總切削時間。

刀具總使用壽命＝刀具耐用度×刃磨次數(shù)（二）刀具耐用度經(jīng)驗(yàn)公式的建立第七十六頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日第七十七頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日第七十八頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日第七十九頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日第八十頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日（三）對經(jīng)驗(yàn)公式的分析與討論1.上述經(jīng)驗(yàn)公式是在常用的切削速度范圍內(nèi)討論的，而在較寬的切削速度范圍內(nèi)，特別是在低速區(qū)，由于積屑瘤的不穩(wěn)定性會加速刀具的磨損，該經(jīng)驗(yàn)公式不適用。2.上述經(jīng)驗(yàn)公式是在正常磨損范圍內(nèi)討論的，對于以破損為主的刀具失效形式，該經(jīng)驗(yàn)公式不適用。3.上述經(jīng)驗(yàn)公式是以刀具的平均耐用度為依據(jù)建立的。實(shí)際上，由于刀具和刀具材料性能的分散性，加工條件（機(jī)床及工藝系統(tǒng)、靜態(tài)性能的差別、工件毛坯余量不均勻）的變化，刀具的耐用度是隨機(jī)變量，試驗(yàn)表明其分布為正態(tài)分布。4.切削速度對刀具耐用度的影響最大、進(jìn)給量次之、背吃刀量最小。因此在考慮刀具耐用度的情況下，首先選用較大的背吃刀量。第八十一頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.4.4刀具破損的形態(tài)及原因一、刀具脆性破損崩刃：在切削刃上產(chǎn)生小缺口，是一種早期破損的形式碎斷：在切削刃上發(fā)生小塊碎裂和大塊斷裂。剝落：在前后刀面幾乎平行于切削刃而剝下的一層碎片。裂紋破損：刀具在較長時間斷續(xù)切削后，由于疲勞而引起裂紋的磨損。二、刀具塑性破損切削時，由于高溫高壓的作用，在前后刀面和茄屑的接觸層上，刀具表面材料發(fā)生塑性流動而喪失切削能力。第八十二頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日三、刀具脆性破損的原因

發(fā)生破損的原因主要有：沖擊、機(jī)械疲勞和熱疲勞。1.引起早期破損的原因主要是機(jī)械沖擊造成的結(jié)果。2.刀具后期疲勞破損的原因是在機(jī)械與熱沖擊作用下，刀具內(nèi)裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展所致。第八十三頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.4.5刀具耐用度的選擇原則一、最高生產(chǎn)率耐用度以單位時間生產(chǎn)最多數(shù)量產(chǎn)品或加工單個產(chǎn)品所消耗的時間最少來衡量。二、最低成本耐用度根據(jù)每件產(chǎn)品的加工費(fèi)為最低的原則制定第八十四頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日最高生產(chǎn)率耐用度比最低成本耐用度低，一般多采用最低成本耐用度，只有當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)緊迫或生產(chǎn)中出現(xiàn)不平衡的薄弱環(huán)節(jié)時，才采用最高生產(chǎn)率耐用度。選擇刀具耐用度時應(yīng)該注意幾點(diǎn)：制造刃磨方面：刀具越簡單，T取小裝夾調(diào)整方面：越復(fù)雜，T取大大型工件：T取大第八十五頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.5已加工表面質(zhì)量內(nèi)容提要1.5.1已加工表面質(zhì)量的概念1.5.2已加工表面質(zhì)量的形成過程1.5.3已加工表面粗糙度1.5.4加工硬化1.5.5殘余應(yīng)力第八十六頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日概述：

已加工表面質(zhì)量對機(jī)器零件的使用性能以及機(jī)器的可靠性能有著重要的影響，要保證工件的表面質(zhì)量，必須研究已加工表面的形成過程，以及影響表面質(zhì)量的各種因素。第八十七頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.5.1已加工表面質(zhì)量的概念一、已加工表面質(zhì)量的內(nèi)涵

已加工表面質(zhì)量（Surfacequality），也成為表面完整性（Surfaceintegrity）,包含兩方面內(nèi)容：1.表面的幾何形狀特征（1）表面粗糙度：微觀誤差波距＜1mm。（2）表面波度：微觀與宏觀之間波距1～10mm。2.表面層材質(zhì)的變化零件加工后在一定深度表面層內(nèi)出現(xiàn)變質(zhì)層，其特性可以用塑性變形、微觀裂紋、加工硬化、殘余應(yīng)力、晶粒變化等來描述。第八十八頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日二、已加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響零件磨損三個階段：初期磨損階段正常磨損階段劇烈磨損階段表面金相組織的變化會導(dǎo)致表層硬度發(fā)生變化，影響零件的耐磨性。第八十九頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日2.表面質(zhì)量對疲勞強(qiáng)度的影響表面粗糙度值越大，抗疲勞破壞能力越差；表面殘余拉應(yīng)力促使裂紋擴(kuò)展，壓應(yīng)力阻止裂紋擴(kuò)展；表層加工硬化適度會提高疲勞強(qiáng)度，過大易產(chǎn)生裂紋。3.表面質(zhì)量對耐腐蝕性的影響表面粗糙度值越大，抗腐蝕性越差；表層加工硬化及金相組織變化易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂，降低零件腐蝕性，而壓應(yīng)力有利微裂紋閉合。4.表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響表面粗糙度值越大，零件配合精度越低。第九十頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日三、已加工表面面質(zhì)量的評定指標(biāo)1.表面粗糙度。2.表面層的加工硬化程度和硬化層深度。3.表面層以及一定深度層的殘余應(yīng)力大小及分布。4.表面層金相組織的變化情況。由于第4項(xiàng)的變化結(jié)果均反映在表層的加工硬化和殘余應(yīng)力上，故已加工表面質(zhì)量的評定指標(biāo)就是1、2、3項(xiàng)。第九十一頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.5.2已加工表面質(zhì)量的形成過程一、已加工表面質(zhì)量形成的條件第九十二頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日2.由于刀刃鈍圓半徑的關(guān)系，切削層金屬發(fā)生了分離，上部分沿前刀面流出，下部分受到刀刃的擠壓留在加工表面上；3.留在加工表面受到擠壓的金屬層再一次受到后刀面被磨損的棱面的擠壓、摩擦，彈性變形并恢復(fù)，繼續(xù)與后刀面擠壓摩擦，最終形成已加工表面。二、已加工表面的形成過程1.當(dāng)切削層金屬以速度v逐漸接近刀刃時，便發(fā)生壓縮與剪切變形，最終沿剪切面方向剪切滑移而形成切屑；第九十三頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.5.3已加工表面粗糙度一、表面粗糙度產(chǎn)生的原因（1）幾何因素產(chǎn)生的粗糙度。主要取決于殘留面積的高度；（2）由于切削過程的不穩(wěn)定性產(chǎn)生的粗糙度。其中包括積屑瘤、鱗刺、切削變形、刀具的邊界磨損等。1.殘留面積

切削時，由于刀具與工件的相對運(yùn)動及刀具幾何形狀的關(guān)系，有一小部分金屬未被切削下來而留在已加工表面上，直接影響到已加工表面的橫向粗糙度。第九十四頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日（a）（b）第九十五頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日2.積屑瘤的成長與分裂對表面粗糙度的影響3.鱗刺鱗刺現(xiàn)象：在已加工表面出現(xiàn)的鱗片狀的毛刺。產(chǎn)生條件：中低切削速度，切削塑性金屬。鱗刺形貌：其晶粒和基體材料的晶粒相互交錯，鱗刺與基體材料之間沒有分界線，其表面微觀特征是鱗片狀。積屑瘤與鱗刺的關(guān)系：積屑瘤的頂部不穩(wěn)定的成長與分裂，形成了鱗刺；鱗刺是由積屑瘤經(jīng)過抹拭、導(dǎo)裂、層積、切頂四個階段形成的。在切削塑性金屬材料時，無論有無積屑瘤，都有可能產(chǎn)生鱗刺。第九十六頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日4.切削過程中的變形擠列或單元切屑的形成中，由于切屑單元帶有周期性的斷裂，當(dāng)這種斷裂延伸到切削表面下時，在加工表面留下擠裂的痕跡而成為波浪形。在崩碎切屑的形成中，從主切削刃處開始的裂紋在接近主應(yīng)力方向斜向下延伸形成過切，造成加工表面凸凹不平。5.刀具的邊界磨損

在副后刀面上產(chǎn)生的溝槽形邊界磨損，在已加工表面上形成鋸齒狀的凸出部分，粗糙度增大。6.刀刃與工件相對位置的變動（1）運(yùn)動機(jī)構(gòu)發(fā)生跳動；（2）切削過程的波動。第九十七頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日二、減小粗糙度的措施1.刀具方面2.工件方面改善工件材料的塑性和金相組織。3.切削條件方面切削塑性材料時，提高切削速度可以減小表面粗糙度；減小進(jìn)給量；采用高效切削液。第九十八頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日第九十九頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.5.4加工硬化一、加工硬化產(chǎn)生的原因

一方面，已加工表面的形成過程中，表面金屬層經(jīng)受了復(fù)雜的塑性變形。另一方面，低于相變溫度的切削溫度使金屬弱化，更高的切削溫度使金屬發(fā)生相變。已加工表面就是上述兩個方面的綜合結(jié)果。如果是塑性變形占主導(dǎo)地位，產(chǎn)生加工硬化，即強(qiáng)化作用；如果是切削溫度占主導(dǎo)地位，當(dāng)切削溫度引起退火時，產(chǎn)生弱化作用；當(dāng)切削溫度引起淬火時，產(chǎn)生強(qiáng)化作用。第一百頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日二、加工硬化的度量指標(biāo)第一百零一頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日三、影響加工硬化的因素1.刀具方面2.工件方面3.切削條件方面第一百零二頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日第一百零三頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.5.5殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力：在沒有外力的作用下，在物體內(nèi)部保持平衡而存留的應(yīng)力。殘余應(yīng)力分為殘余拉應(yīng)力（+σ）和殘余壓應(yīng)力（-σ）。

一、殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因1.塑性變形引起的機(jī)械應(yīng)力：在切屑分離處，其水平方向的晶粒受壓，垂直方向的晶粒受拉；表層金屬與后刀面擠壓摩擦產(chǎn)生拉伸塑性變形，與刀具脫離后，在里層金屬的彈性回復(fù)作用下，表層呈殘余拉應(yīng)力。2.切削溫度引起的熱應(yīng)力：切削時，由于強(qiáng)烈的塑性變形和摩擦，使已加工表層的溫度比里層高，形成不均勻的溫度分布。表層金屬膨脹與收縮都受里層金屬的阻礙，從而產(chǎn)生熱應(yīng)力。第一百零四頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日3.相變引起的體積應(yīng)力：當(dāng)以加工表面的表層金屬高于相變溫度后，則表層組織可能發(fā)生相變，由于各種金相組織的不同，從而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。

例：由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，體積增大，表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，里層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。由馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榍象w或索氏體，體積減小，表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生殘余亞應(yīng)力。小結(jié)：

已加工表面層內(nèi)呈現(xiàn)的殘余應(yīng)力，是由上述諸原因所導(dǎo)致殘余應(yīng)力的綜合結(jié)果，最后已加工表面層內(nèi)殘余應(yīng)力的大小及符號是由其中起主導(dǎo)作用的因素決定的。因此已加工表層最終可能存留殘余拉應(yīng)力，也可能是殘余壓應(yīng)力。第一百零五頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日二、影響因素及控制措施1.工件材料方面塑性大的金屬材料，一般會產(chǎn)生拉應(yīng)力，塑性越大，拉應(yīng)力越大，切削脆性材料時通常產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。2.刀具方面：第一百零六頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日3.切削用量方面小結(jié)：總之，凡能減小塑性變形和降低切削溫度的因素都能使已加工表面的殘余應(yīng)力減小。第一百零七頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日思考題31.試分析切削溫度對刀具磨損的影響？2.簡述刀具耐用度的選擇原則。3.已加工表面的評定指標(biāo)有哪些？4.影響已加工表面粗糙度的因素有哪些？為什么采取減小副偏角而不是減小主偏角的方法減小表面粗糙度？5.如何減小加工硬化和殘余應(yīng)力？第一百零八頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.6工件材料的切削加工性1.6.1工件材料切削加工性的概念和衡量指工件材料切削加工性

在一定切削條件下，對工件材料進(jìn)行加工的難易程度，是一個相對的概念。一、衡量材料切削加工性的指標(biāo)1.以加工質(zhì)量衡量切削加工性一般零件精加工，以表面粗糙度衡量其切削加工性，易獲得較小的加工表面粗糙度的材料，切削加工性好；特殊精密零件或特殊要求零件，以已加工表面變質(zhì)層的深度，殘余應(yīng)力與加工硬化程度來衡量其切削加工性。

已加工表面質(zhì)量越高，切削加工性越好。

第一百零九頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日2.以刀具耐用度衡量切削加工性其含義包括：（1）在保證相同的刀具耐用度的前提下，考察切削這種工件材料所允許的切削速度的高低；（2）在保證相同的切削條件下，考察切削這種工件材料時刀具耐用度的大??；（3）在相同的切削條件下，看保證切削這種工件材料時達(dá)到默頓標(biāo)準(zhǔn)時所切除的金屬的體積的多少。

最常用的衡量切削加工性的指標(biāo)是：在保證相同刀具耐用度的前提下，切削某種工件材料所允許的切削速度，以vT表示。第一百一十頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日3.以單位切削力或平均切削溫度衡量切削加工性

在相同的切削條件下，切削力越大、切削溫度越高的工件材料切削加工性差，在粗加工和工藝系統(tǒng)剛性不足時，可采用這種指標(biāo)。4.以斷屑性能衡量切削加工性

對斷屑性能要求高的機(jī)床或工序，采用這種衡量指標(biāo)。第一百一十一頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日二、相對加工性Kv：以σb=0.637GPa的45鋼的v60作為基準(zhǔn)，寫作(v60)j，將某種材料的v60與其相比的比值，即Kv＝v60/(v60)j

Kv僅反映不同材料對刀具使用壽命的影響程度，并未反映表面粗糙度和斷屑問題，僅對選擇切削速度有指導(dǎo)意義。若以某材料的Kv乘以45鋼的切削速度即得該材料的許用切削速度。第一百一十二頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日第一百一十三頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日1.6.2影響工件材料切削加工性的因素及改善途徑一、影響工件材料切削加工性的因素1.工件材料的物理力學(xué)性能工件材料的硬度對切削加工性的影響同類材料中硬度高的切削加工性低。1）工件材料的常溫硬度越高，切削加工性越低。2）工件材料的高溫硬度越高，切削加工性越低。第一百一十四頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日3）工件材料中硬質(zhì)點(diǎn)越多，形狀越尖銳，分布越廣，則工件材料的切削加工性越低。4）材料的加工硬化性能越高，切削加工性越低。工件材料的強(qiáng)度越高，切削加工性越低。工件材料的塑性與韌性越高，剪切變形功增大，斷屑困難，切削加工性降低。第一百一十五頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日2.鑄鐵的化學(xué)成分的影響鑄鐵化學(xué)成分中，凡能促進(jìn)石墨化的元素（Al、Si、Ni、Cu、Ti等），都能提高材料的切削加工性；凡能阻礙石墨化的元素（Cr、V、Mn、Co、P、S等）都會降低材料的切削加工性。3.金屬組織對切削加工性的影響鋼的不同組織對切削加工性的影響（1）珠光體（2）奧氏體（3）馬氏體、回火馬氏體、索氏體第一百一十六頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日鑄鐵的金屬組織對切削加工性的影響（1）白口鐵：少量碳化物，其余為細(xì)粒珠光體（2）灰鑄鐵：鐵素體+石墨、鐵素體+珠光體+石墨（3）球墨鑄鐵：球狀石墨4.切削條件對切削加工性的影響主要是切削速度。第一百一十七頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日第一百一十八頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日二、改善工件材料切削加工性的途徑1.調(diào)整材料的化學(xué)成分鋼中加硫、鉛等元素；鑄鐵中增加石墨成分。2.進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?/p>

低、中碳鋼宜選正火處理，均勻組織，調(diào)整硬度塑性；

高碳鋼宜用球化退火,降低硬度,均勻組織,改善加工性；

中碳以上的合金鋼硬度較高，需退火以降低硬度；

不銹鋼常要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，降低塑性，以便加工；

鑄鐵需進(jìn)行退火處理，降低表皮硬度，消除內(nèi)應(yīng)力第一百一十九頁，共一百三十一頁，編輯于2023年，星期日3.改善切削加工條件1)選擇合適的刀具材料和切削用量

難加工材料，導(dǎo)熱性差，選YG、YW合金或涂層刀片；刀具合理幾何參數(shù)，斷屑槽、卷屑槽，控制排屑；選擇合理切削用量等。2)選用合適的設(shè)備和加工方法難加工材料加工，機(jī)床要有足夠的功率和剛性;選擇合適的切削液，供給充足；高硬度材料加工采用磨削加工更容易；3)選擇切削加工性好的材料狀態(tài)

低碳鋼選冷拔狀態(tài)；中碳