《機(jī)械制造技術(shù)》課件2第1章

1.1零件的成形方法及切削用量三要素1.2刀具材料1.3刀具幾何角度的標(biāo)注1.4刀具的工作角度1.5切削變形1.6切削力與切削功率1.7切削熱和切削溫度1.8刀具磨損與刀具壽命1.9切削參數(shù)的合理選擇1.10合理選擇切削條件1.1.1零件的成形方法

機(jī)械制造中，把原材料或毛坯制造成為合格零件稱為零件的成形。由零件質(zhì)量m的變化對(duì)制造工藝進(jìn)行分類，零件的成形方法可以分為以下三種類型。

(1)Δm<0，是指在機(jī)械制造過程中通過材料被逐漸切除而獲得需要的幾何形狀的切削加工方法，即材料切除法。它包括車削、銑削、刨削、磨削、鉆削及特種加

工等，這是本書重點(diǎn)介紹的內(nèi)容。1.1零件的成形方法及切削用量三要素

(2)Δm=0,是指零件在成形前后，材料主要發(fā)生形狀變化，而質(zhì)量基本不變的制造過程。如鑄造、鍛造及模具成型(沖壓、注塑)等加工工藝。

(3)Δm>0，是指零件在成形過程中通過材料累加而獲得需要的幾何形狀的加工過程，這一工藝方法的長(zhǎng)處是可以成形任意復(fù)雜形狀的零件，而無需刀、夾具等生產(chǎn)準(zhǔn)備活動(dòng)。

如20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的快速成形RP(RapidPrototyping)技術(shù)及焊接等加工工藝。1.1.2切削運(yùn)動(dòng)和切削用量三要素

金屬切削加工是Δm<0的加工方法，是通過刀具與工件之間的相互作用和相對(duì)運(yùn)動(dòng)切除工件表面多余金屬而獲得尺寸和形狀位置精度的。

1.切削運(yùn)動(dòng)

1)主運(yùn)動(dòng)

主運(yùn)動(dòng)是由機(jī)床或人力提供的刀具和工件之間的主要相對(duì)運(yùn)動(dòng)。它的速度最高，消耗功率最大。機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)。主運(yùn)動(dòng)可以由工件,也可由刀具完成。如圖1-1所示,車削時(shí)的主運(yùn)動(dòng)是工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由機(jī)床或人力提供的刀具和工件之間附加的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。它配合主運(yùn)動(dòng)，不斷地將多余金屬層切除，以保持切削連續(xù)或反復(fù)地進(jìn)行。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不限于一個(gè)，可是連續(xù)的，也可是間歇的，如圖1-1中車削時(shí)的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。圖1-1車削運(yùn)動(dòng)切削時(shí)工件上形成三個(gè)不斷變化的表面：

(1)待加工表面。待加工表面指即將被切除的表面。

(2)過渡表面。過渡表面指切削刃正在切削的表面。

(3)已加工表面。已加工表面指經(jīng)切削形成的新表面。

2.切削用量三要素

切削用量是對(duì)切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量三者的總稱(以車削為例)，也是切削運(yùn)動(dòng)的定量描述。

1)切削速度vc

vc是切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)線速度。當(dāng)主

運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其切削速度vc(單位為m/min)為

式中:dw——完成主運(yùn)動(dòng)的工件或刀具的最大直徑(單位為mm)；

n——主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速(單位為r/min)。

2)進(jìn)給量f

當(dāng)主運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀具(或工件)沿進(jìn)給方向上的位移量即為f。進(jìn)給量f(單位為mm/r)的大小反映著進(jìn)給速度vf(單位為mm/min)的大小，關(guān)系為

vf=nf=nzfz

3)背吃刀量ap

車削時(shí)，ap(單位為mm)是工件上待加工表面與已加工表面間的垂直距離。其表達(dá)式為式中:dw——工件待加工表面的直徑，單位為mm；

m——工件已加工表面的直徑，單位為mm。

4)合成切削速度ve

在主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行的情況下，切削刃上任一點(diǎn)的實(shí)際切削速度是切削速度和進(jìn)給速度的合成速度ve。其表達(dá)式為

ve=vc+vf

3.切削層橫剖面參數(shù)

切削時(shí)，刀具切過工件的一個(gè)單程所切除的工件材料層，稱為切削層。切削層的金屬被刀具切削后直接轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?。切削層參?shù)包括：切削層公稱橫截面積、切削層公稱寬度、切削層公稱厚度。

1)切削層公稱橫截面積AD

AD簡(jiǎn)稱切削面積，是在切削層尺寸平面里度量的橫截面積。如圖1-1所示工件旋轉(zhuǎn)一周，刀具從位置Ⅰ移到Ⅱ，切下的Ⅰ與Ⅱ之間的工件材料層ABCD稱為切削層公稱橫截面積。

2)切削層公稱寬度bD

bD簡(jiǎn)稱切削寬度，是平行于過渡表面度量的切削層尺寸。

3)切削層公稱厚度hD

hD簡(jiǎn)稱切削厚度,是垂直于過渡表面度量的切削層尺寸。圖1-2切削層參數(shù)由圖1-2可見，以上各參數(shù)的計(jì)算公式如下：1.2.1刀具材料應(yīng)具備的性能

刀具材料應(yīng)滿足以下基本要求:

(1)高的硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必須高于工件的硬度，才能切削工件，在常溫下，刀具材料的硬度一般應(yīng)該在60HRC以上。耐磨性即抵抗磨損的能力，一般情況下，刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。1.2刀具材料

(2)足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性。強(qiáng)度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎與刀桿折斷所應(yīng)具備的性能，一般用抗彎強(qiáng)度來表示。沖擊韌性是指刀具在間斷切削或有沖擊的工作條件下保證不崩刃的能力。一般地，硬度越高，沖擊韌性越低，材料越脆。只有具備足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，刀具才能承受切削力和切削時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，避免脆性斷裂和崩刃。

(3)高的耐熱性(紅硬性)。紅硬性指刀具材料在高溫下仍能保持高的硬度、強(qiáng)度基本不變的能力，一般用保持刀具切削性的最高溫度來表示。

(4)良好的熱物理性能和化學(xué)穩(wěn)定性。刀具應(yīng)具備良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、抗腐蝕、抗氧化能力。

(5)較好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性。工具鋼應(yīng)有較好的熱處理工藝性；淬火變形小、淬透層深、脫碳層淺；高硬度材料需有可磨削加工性；需焊接的材料，宜有較好的導(dǎo)熱性與焊接工藝性。1.2.2刀具材料的類型

1.碳素工具鋼與合金工具鋼

碳素工具鋼是含碳量最高的鋼，如T8、T10A。碳素工具鋼淬火后具有較高的硬度，而且價(jià)格低廉。但這種材料的耐熱性較差，當(dāng)溫度達(dá)到200℃時(shí)，即失去它原有的硬度，并且淬火時(shí)容易產(chǎn)生變形和裂紋。

合金工具鋼是在碳素工具鋼中加入少量的Cr、W、Mn、Si等合金元素形成的刀具材料(如9SiCr)。由于合金元素的加入，與碳素工具鋼相比，其熱處理變形有所減小，耐熱性也有所提高。

以上兩種刀具材料因其耐熱性都比較差，所以常用于制造手工工具和一些形狀較簡(jiǎn)單的低速刀具，如銼刀、鋸條、鉸刀等。

2.高速鋼

高速鋼又稱為鋒鋼或風(fēng)鋼，它是含有較多W、Cr、Mo、V合金元素的高合金工具鋼，如(W18Cr4V)。與工具鋼相比，高速鋼具有較高的耐熱性，溫度達(dá)600℃時(shí)，仍能正常切削;其許用切削速度為30～50m／min，是碳素工具鋼的5~6倍;而且它的強(qiáng)度、韌性和工藝性都較好，

可廣泛用于制造中速切削及形狀復(fù)雜的刀具，如麻花鉆、銑刀、拉刀、各種齒輪加工工具。表1-1列出了一些常用高速鋼的牌號(hào)與性能。表1-1常用高速鋼的牌號(hào)與性能

3.硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金是由高硬度的難熔金屬碳化物(如WC、TiC、TaC、NbC等)和金屬粘結(jié)劑(如Co、Ni等)經(jīng)粉末冶金方法制成的。由于硬質(zhì)合金中所含難熔金屬碳化物遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了高速鋼，因此硬質(zhì)合金的硬度(特別是高溫硬度)、耐磨性、耐熱性都高于高速鋼。硬質(zhì)合金的常溫硬度可達(dá)89～93HRA(高速鋼為83～86HRA)，耐熱溫度可達(dá)800～1000℃。在相同耐用度下，硬質(zhì)合金刀具的切削速度比高速鋼刀具提高了4～10倍，因此硬質(zhì)合金刀具是高速切削的主要刀具材料。但硬質(zhì)合金較脆，抗彎強(qiáng)度低，僅是高速鋼的1／3左右；韌性也很低，僅是高速鋼的十分之一至幾十分之一。目前，硬質(zhì)合金大量應(yīng)用在剛性好、刃形簡(jiǎn)單的高速切削刀具上，隨著技術(shù)的進(jìn)步，復(fù)雜刀具也在逐步擴(kuò)大其應(yīng)用。常用硬質(zhì)合金的牌號(hào)、成分與性能見表1-2。其中，鎢鈷類(YG)硬質(zhì)合金一般用來加工鑄鐵和有色金屬，也適于加工不銹鋼、高溫合金、鈦合金等難加工材料，此類硬質(zhì)合

金有較好的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性以及較高的導(dǎo)熱系數(shù)；鎢鈦鈷類(YT)硬質(zhì)合金一般用于鋼料的連續(xù)切削，此類硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性及抗粘結(jié)性能好，而抗彎強(qiáng)度及韌性較差；添加鉭(鈮)類硬質(zhì)合金一般用于加工耐熱鋼、不銹鋼等難加工材料，也可替代YG和YT類使用，此類硬質(zhì)合金有良好的綜合性能。從表1-2中可以看出，硬質(zhì)合金隨含鈷(Co)量增多，其強(qiáng)度和韌性增高，故含鈷量高的硬質(zhì)合金一般用于粗加工。隨含鈷量減少，其硬度高，耐磨性好，故含鈷量低的硬質(zhì)合金一般用于精加工。成分相同、顆粒細(xì)小的硬質(zhì)合金，其硬度及耐磨性有所提高，但抗彎強(qiáng)度有所下降，故細(xì)顆粒的硬質(zhì)合金一般也用于精加工。

4.其他刀具材料

1)陶瓷

陶瓷的硬度可達(dá)到91~95HRA，耐磨性好，耐熱溫度可達(dá)1200℃(此時(shí)硬度為80HRA)，它的化學(xué)穩(wěn)定性好，抗粘結(jié)能力強(qiáng)，但它的抗彎強(qiáng)度很低，僅有0.7～0.9GPa，故

陶瓷刀具一般用于高硬度材料的精加工。

2)人造金剛石

人造金剛石的硬度很高，其顯微硬度可達(dá)10000HV，是除天然金剛石之外最硬的材料。它的耐磨性極好，與金屬的摩擦系數(shù)很小，但它的耐熱溫度較低，在700～8

00℃時(shí)易脫碳，失去其硬度，它與鐵族金屬親合作用大，故人造金剛石多用于對(duì)有色金屬及非金屬材料的超精加工以及作磨具磨料用。1.3.1刀具的組成

以車刀為例，車刀由刀頭、刀體兩部分組成，如圖1-3所示。刀頭用于切削，刀體用

于裝夾。1.3刀具幾何角度的標(biāo)注圖1-3車刀組成

1.刀面

(1)前面(前刀面)Aγ:刀具上切屑流過的表面。

(2)后面(后刀面)Aα:與過渡表面相對(duì)的表面。

(3)副后面(副后刀面)

:

與已加工表面相對(duì)的表面。前面與后面之間所包含的刀具實(shí)體部分稱為刀楔。

2.切削刃

(1)主切削刃S:前、后面匯交的邊緣。它完成主要的切削工作。

(2)副切削刃S′：切削刃上除主切削刃以外的刀刃。它配合主切削刃完成切削工作，并最終形成已加工表面。3.刀尖

主、副切削刃匯交的一小段切削刃稱為刀尖。由于切削刃不可能刃磨得很鋒利，因此總有一些刃口圓弧。為了改善刀尖的切削性能，常將刀尖做成修圓刀尖或倒角刀尖，如圖1-4所示。圖1-4刀尖形狀其他各類刀具，如刨刀、鉆頭、銑刀等，都可看做是車刀的演變和組合。

刨刀切削部分的形狀與車刀相同，見圖1-5(a)；鉆頭可看做是兩把一正一反并在一起同時(shí)車削孔壁的車刀，因而有兩個(gè)主切削刃、兩個(gè)副切削刃，還增加了一個(gè)橫刃，見圖1-5(b)；銑刀可看做由多把車刀組合而成的復(fù)合刀具，其每一個(gè)刀齒相當(dāng)于一把車刀，見圖1-5(c)。圖1-5刨刀、鉆頭、銑刀的結(jié)構(gòu)1.3.2刀具基本角度的標(biāo)注

刀具角度是確定刀具切削部分幾何形狀的重要參數(shù)。用于定義和規(guī)定刀具角度的各基準(zhǔn)坐標(biāo)平面稱為參考系。

刀具靜止參考系是刀具設(shè)計(jì)時(shí)標(biāo)注、刃磨和測(cè)量的基準(zhǔn)，用此定義的刀具角度稱刀具標(biāo)注角度；刀具工作參考系是確定刀具切削工作時(shí)角度的基準(zhǔn)，用此定義的刀具角度稱刀具工作角度。

1.正交平面參考系及基本標(biāo)注角度

1)正交平面參考系(見圖1-6)

(1)基面Pr:過切削刃選定點(diǎn)平行或垂直于刀具上安裝面(軸線)的平面。車刀的基面可理解為平行于刀具底面的平面。

(2)切削平面Ps:過切削刃選定點(diǎn)與切削刃相切并垂直于基面的平面。

(3)正交平面Po:過切削刃選定點(diǎn)同時(shí)垂直于切削平面與基面的平面。在圖1－6中，過主切削刃某一點(diǎn)x或副切削刃某一點(diǎn)x′都可建立正交參考系平面，副切削刃與主切削刃的基面是同一個(gè)。圖1-6正交平面參考系

2)正交平面參考系標(biāo)注的角度(見圖1-7)

在正交平面Po內(nèi)定義的角度有：

(1)前角γo。前角指前刀面與基面之間的夾角。前角表示前刀面的傾斜程度。

(2)后角αo。后角指主后刀面與切削平面之間的夾角。后角表示主后刀面的傾斜程度。

在基面Pr內(nèi)定義的角度有：

(1)主偏角κr。主偏角指主切削刃在基面投影與假定進(jìn)給方向的夾角。

(2)副偏角。

副偏角指副切削刃在基面投影與假定進(jìn)給反方向的夾角。

圖1-7正交平面參考系的刀具角度在副正交平面(過副切削刃上選定點(diǎn)垂直于副切削刃在基面上投影的平面)內(nèi)定義的角度有：副后角。副后角指副后刀面與副切削平面(過副切削刃上選定點(diǎn)的切線垂直于基面的平面)之間的夾角。副后角表示副后刀面的傾斜程度，一般情況下為正值，且αo=αo。其他常用的刀具角度如刀尖角εr、楔角βo等為派生角度。

3)前、后角及刃傾角正負(fù)的判定(見圖1-8)

(1)前、后角正負(fù)的判定。若前、后刀面都位于Pr、Ps組成的直角平面系之內(nèi)，則前、后角都為正值；反之，則為負(fù)值。前面與Pr重合時(shí)，前角為零；后面與Ps重合時(shí)，后角為零。

(2)刃傾角正負(fù)的判定。

刀尖相對(duì)車刀的底平面處于最高點(diǎn)時(shí)，刃傾角為正；刀尖相對(duì)車刀的底平面處于最低點(diǎn)時(shí)，刃傾角為負(fù)；切削刃與基面平行時(shí)，刃傾角為零。圖1-8刀具角度正負(fù)的規(guī)定

2.法平面參考系及角度

法平面參考系由Pr、Ps、Po三個(gè)平面組成，見圖1-9。

其中：法平面Pn過切削刃某選定點(diǎn)并垂直于切削刃的平面。圖1-9法平面參考系刀具角度當(dāng)?shù)毒呷袃A角較大時(shí)，常用法平面內(nèi)前角(γn)、后角(αn)代替正交平面前、后角，與正交平面參考系中刀具角度的換算公式如下：

tanγn=tanγocosλs

cotαn=cotαocosλs

3.假定工作平面參考系及角度

假定工作平面參考系由三個(gè)平面Pr、Pf、Pp組成，如圖1－10所示。

假定工作平面Pf:通過切削刃上選定點(diǎn)垂直于基面和平行于假定進(jìn)給方向的平面。

背平面Pp：通過切削刃上選定點(diǎn)垂直于該點(diǎn)基面和假定工作平面的平面。

Pr、Pf、Pp也構(gòu)成空間直角坐標(biāo)系。圖1-10假定工作平面參考系刀具角度在此坐標(biāo)系的標(biāo)注角度有：主偏角κr、副偏角；背前角γp、

背后角αp；側(cè)前角γf、側(cè)后角αf。它們與正交平面參考系中刀具角度的關(guān)系為

tanγp=tanγocosκr+tanλssinκr

tanγf=tanγosinκr-tanλscosκr

cotαr=cotαosinκr-tanλscosκr

cotαp=cotαocosκr+tanλssinκr

1.4.1工作參考系

(1)工作基面Pre：通過切削刃選定點(diǎn)垂直于合成切削速度方向的平面。

(2)工作切削平面Pse：通過切削刃選定點(diǎn)與切削刃相切，且垂直于工作基面的平面。

(3)工作正交平面Poe：通過切削刃選定點(diǎn)垂直于工作基面與工作切削平面的平面。

刀具的工作角度有：κre、等。1.4刀具的工作角度1.4.2刀具安裝對(duì)工作角度的影響

1.刀桿偏斜對(duì)工作角度的影響

如圖1-11所示，當(dāng)?shù)稐U中心線與進(jìn)給方向不垂直時(shí)，其工作主偏角κre、副偏角將發(fā)生變化。主偏角增大，副偏角減小。計(jì)算公式如下：圖1-11刀桿偏斜對(duì)工作角度的影響

2.切削刃安裝高低對(duì)工作前、后角的影響

如圖1-12所示，刀具正裝刀尖高于工件中心車外圓時(shí)，工作切削平面Pse、工作基面Pre發(fā)生改變。

背平面內(nèi)，車刀的工作前角增大，后角減小。如果刀尖低于工件中心，則上述工作角度的變化情況恰好相反。鏜內(nèi)孔時(shí)裝刀高低對(duì)工作角度的影響也是與車外圓時(shí)相反的。圖1-12切削刃安裝高低對(duì)工作角度的影響1.4.3進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響

圖1-13所示為橫向進(jìn)給時(shí)刀具工作角度的變化。

設(shè)切斷刀主偏角κr=90°，前角γo＞0，后角αo＞0，左、右副偏角相等=，左、右副后角相等

=，刃傾角λs=0，安裝時(shí)刀刃對(duì)準(zhǔn)工件中心。圖1-13橫向進(jìn)給時(shí)刀具的工作角度當(dāng)不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，刀具主切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)軌跡為一圓周，主運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檫^該點(diǎn)的圓周切線方向，此時(shí)，切削平面Ps為過該點(diǎn)切于圓周的平面，基面Pr是通過切削刃上該點(diǎn)垂直于切削平面同時(shí)又平行于刀桿底面的平面。γf、αf為靜止前、后角。當(dāng)考慮橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)后，主切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡是主運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)軌跡，為阿基米德螺旋線。如圖1-13所示，其合成運(yùn)動(dòng)方向ve是過該點(diǎn)的阿基米德螺旋線的切線方向。工作基面Pre應(yīng)垂直于ve，工作切削平面Pse過切削刃上該點(diǎn)并切于阿基米德螺旋線和ve重合，于是Pre和Pse相對(duì)Pr和Ps相應(yīng)地轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)μf角(在假定工作平面中度量，而本例中正交平面與假定工作平面重合，即μf=μo)，結(jié)果使

切削刃的工作前角增加，工作后角減少。計(jì)算公式如下：

μfe=γf+μf

αfe=αf-μf

式中：f——進(jìn)給量，單位為mm/r;

dw——工件待加工表面直徑。

可知，μf值隨f值的增大而增大，隨工件直徑的減小而增大，顯然切斷刀接近工件中心位置時(shí)，αfe非常小，常使刀刃崩刃或工件被擠斷。

當(dāng)外圓車刀縱向進(jìn)給時(shí)，工作前角和工作后角同樣發(fā)生變化。這在車削大導(dǎo)程的絲杠或多頭螺紋時(shí)必須加以注意和考慮。1.4.4實(shí)際前角與斜角切削

切削過程中實(shí)際起作用的前角稱實(shí)際前角，它是包含切屑流出方向并與基面垂直的平面中測(cè)量的前面與基面的夾角。斜角切削(切削刃不垂直于切削速度方向的切削方式)時(shí)切屑流出方向有較大的偏轉(zhuǎn)，實(shí)際前角有明顯的增大。

圖1-14所示為斜角切削的情況。圖1-14中:△OAD是過主切削刃上O點(diǎn)作的基面Pr;△OAB是過主切削刃上O點(diǎn)作的法剖面Pn;

△ODE是包含切屑流出方向OE與切削速度方向ED組成的排屑平面，用符號(hào)Pη標(biāo)記。Pη剖面中測(cè)量到的前角(OE與OD間夾角)即實(shí)際前角，記作γη。圖1-14實(shí)際前角與斜角切削由實(shí)驗(yàn)可證明流屑角λη≈λs，從空間幾何關(guān)系可推證如下公式：

sinγη=sinγncos2λs+sin2λs

分析上式可知：λs角較小時(shí)，γη角主要由法前角γn

決定；當(dāng)λs角很大時(shí)，γη主要由λs角決定。λs＞75

°時(shí)，不論γn角多小，γn角都接近λs角的數(shù)值。這就是大刃斜角薄層加工刀具的原理之一。金屬切削過程是指在刀具和切削力的作用下形成切屑的過程。在這一過程中會(huì)出現(xiàn)許多物理現(xiàn)象，如切削力、切削熱、積屑瘤、刀具磨損和加工硬化等。因此，研究切削過程對(duì)切削加工的發(fā)展和進(jìn)步，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率等都有著重要意義。1.5切削變形1.5.1切屑的形成過程

切屑是被切材料受到刀具前刀面的推擠，沿著某一斜面剪切滑移形成的，如圖1-15所示。圖1-15中未變形的切削層AGHD可看成是由許多個(gè)平行四邊形組成的，如ABCD、BEFC、EGHF等。當(dāng)這些平行四邊形受到前刀面的推擠時(shí)，便沿著BC方向向斜上方滑移，形成另一些平行

四邊形。由此可以看出，切削層不是由刀具切削刃削下來或劈開的，而是靠前刀面的推擠，滑移而形成的。圖1-15晶面滑移與切屑形成圖1-16切削變形的三個(gè)區(qū)域劃分切削過程的實(shí)際情況要比前述的情況復(fù)雜得多，這是因?yàn)榍邢鲗咏饘偈艿降毒咔暗睹嫱茢D產(chǎn)生剪切滑移變形后，還要繼續(xù)沿著前刀面流出變成切屑。在這個(gè)過程中，切削層金屬要產(chǎn)生一系列變形，通常將其劃分為三個(gè)變形區(qū)，如圖1-16所示。圖1-16中，Ⅰ為第一變形區(qū)，主要是剪切滑移變形，即當(dāng)工件受到刀具的擠壓、摩擦力后，切削層金屬在始滑移面OA以左發(fā)生彈性

變形。在ＯＡ面上，應(yīng)力達(dá)到材料的屈服點(diǎn)σs，則發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生滑移現(xiàn)象。在終滑移面OM上，應(yīng)力和變形達(dá)到最大值。越過OM面，切削層金屬將脫離工件基體，沿著前刀面流出而形成切屑。圖1-16中，Ⅱ?yàn)榈诙冃螀^(qū)。切屑底層(與前刀面接觸層)沿前刀面產(chǎn)生擠壓摩擦變形，使靠近前刀面處的金屬纖維化，即第二變形區(qū)域。圖1-16中，Ⅲ為第三變形區(qū)。此變形區(qū)位于后刀面與已加工表面之間，切削刃鈍圓部分及后刀面對(duì)已加工表面進(jìn)行擠壓，使已加工表面產(chǎn)生變形，造成纖維化和加工硬化。1.5.3切屑的類型

根據(jù)不同的工件材料和切削過程中的不同變形程度，切屑分為四種類型，如圖1-17所示。

1.帶狀切屑

這是最常見的一種切屑，見圖1-17(a)。它的內(nèi)表面光滑，外表面是毛茸狀的。在加工塑性金屬材料時(shí)，一般得到這類切屑。它的切削過程平穩(wěn)，切削力波動(dòng)較小，已加工表面粗糙度較小。圖1-17切屑類型(a)帶狀切屑；(b)擠裂切屑；(c)單元切屑；(d)崩碎切屑

2.擠裂切屑

這類切屑與帶狀切屑不同之處在于外表面呈鋸齒形，內(nèi)表面有時(shí)有裂紋，見圖1-17(b)。這種切屑大多在加工塑性材料切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較小時(shí)產(chǎn)生。

3.單元切屑

如果在擠裂切屑的剪切面上，裂紋擴(kuò)展到整個(gè)面上，則整個(gè)單元被切離，稱為單元切屑，見圖1-17(c)。

4.崩碎切屑

在切削脆性材料時(shí)，易產(chǎn)生崩碎切屑，見圖1-17(d)。它的切削過程很不平穩(wěn)，容易破壞刀具，也有損于機(jī)床，已加工表面又粗糙，因此在生產(chǎn)中應(yīng)盡量避免。

帶狀切屑、擠裂切屑、單元切屑是在切削塑性材料時(shí)產(chǎn)生的不同屑形；崩碎切屑是在切削脆性材料時(shí)產(chǎn)生的屑形。生產(chǎn)中可改變加工條件，使得屑形向有利的方面轉(zhuǎn)化。例如，切削塑性金屬，隨著切削速度提高、進(jìn)給量減小和前角增大，切屑可由擠裂切屑或單元切屑轉(zhuǎn)化為帶狀切

屑；切削鑄鐵時(shí)，采用大前角、高速切削也可形成長(zhǎng)度較短的帶狀切屑。1.5.4切削變形程度的度量方法

1.相對(duì)滑移ε

相對(duì)滑移是衡量第Ⅰ變形區(qū)滑移變形程度的。

如圖1-18所示，切削層中m′n′線滑移至m″n″位置時(shí)的瞬時(shí)位移為Δy，其滑移量為Δs，實(shí)際上Δy很小，故滑移在剪切面上進(jìn)行?；屏喀越大，說明變形越嚴(yán)重。相對(duì)滑移表示為圖1-18變形程度的度量方法

2.變形系數(shù)ξ

變形系數(shù)是利用切屑外形尺寸的變化來衡量切削變形程度的。

切削層的金屬經(jīng)第Ⅰ變形區(qū)的剪切滑移變形后成為切屑,切屑的外形尺寸與切削層的尺寸比較有了變化,它的長(zhǎng)度縮短(LDh<LD),厚度增加(hDh>hD)，寬度不變,稱為切屑收縮。通常用變形系數(shù)ξ來表示切屑變形的程度，即式中:LD、hD——切削層的長(zhǎng)度和厚度；

LDh、hDh——切屑的長(zhǎng)度和厚度。

由圖1-18還可推出剪切角與變形系數(shù)ξ之間的關(guān)系為1.5.5積屑瘤

1.積屑瘤的產(chǎn)生

在中速切削塑性金屬時(shí)，切屑很容易在前刀面靠近切削刃處形成一個(gè)三角形的硬楔塊，這個(gè)楔塊被稱為積屑瘤，見圖1-19。在生產(chǎn)中，對(duì)鋼、鋁合金和銅等塑性金屬進(jìn)行中速車、鉆、鉸、拉削和螺紋加工時(shí)常會(huì)出現(xiàn)積屑瘤。圖1-19積屑瘤

2.積屑瘤對(duì)切削過程的影響

積屑瘤的硬度很高，可達(dá)工件材料硬度的2～3倍，它能夠代替切削刃進(jìn)行切削，對(duì)切削刃有一定的保護(hù)作用；它可增大實(shí)際前角，減小切削變形。但是，由它堆積成的鈍圓弧刃口造成擠壓和過切現(xiàn)象，使加工精度降低；積屑瘤脫落后粘附在已加工表面上會(huì)惡化表面質(zhì)量。所以，精加工時(shí)應(yīng)避免積屑瘤產(chǎn)生。

3.消除積屑瘤的措施

切削實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐表明：在中溫情況下，例如切削中碳鋼，溫度在300～380℃時(shí)積屑瘤的高度最大，溫度超過500～600℃時(shí)積屑瘤消失。根據(jù)這一特性，生產(chǎn)中常采取以下措施來抑制或消除積屑瘤：

(1)采用低速或高速切削，避開易產(chǎn)生積屑瘤的切削速度區(qū)域。如圖1-20(a)，切削45鋼時(shí)，在vc<3m／min的低速和vc≥60m／min的高速范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)較小，不易形成積屑瘤。圖1-20切削參數(shù)對(duì)積屑瘤的影響

(2)如圖1-20(b),減小進(jìn)給量f，增大刀具前角γo，提高刀具刃磨質(zhì)量，合理選用切削液，可使摩擦和粘結(jié)減小，從而達(dá)到抑制積屑瘤的作用。

(3)合理調(diào)節(jié)各切削參數(shù)間的關(guān)系，以防止形成中溫區(qū)。1.5.6影響切削變形的主要因素

影響切削變形的主要因素有：工件材料、刀具前角、切削速度和進(jìn)給量。

1.工件材料

工件材料的塑性越大，強(qiáng)度、硬度越低，屈服極限越低，越容易變形，切削變形就越大；反之，切削強(qiáng)度、硬度高的材料，不易產(chǎn)生變形。若需達(dá)到一定變形量，應(yīng)施較大作用力和消耗較多的功率。工件材料對(duì)變形的影響見圖1-21。圖1-21工件材料對(duì)變形的影響

2.刀具前角

刀具前角越大，切削刃越鋒利，刀具前面對(duì)切削層的擠壓作用越小，則切削變形就越小。

3.切削速度

如圖1-22，在有積屑瘤生成的速度范圍(vc≤40m／min)內(nèi)，主要是通過積屑瘤形成實(shí)際前角的變化來影響切削變形的。

4.進(jìn)給量

進(jìn)給量增加使切屑厚度增加，摩擦系數(shù)減小，故變形系數(shù)變小，見圖1-23。圖1-22切削速度對(duì)切削變形的影響圖1-23進(jìn)給量對(duì)切削變形的影響1.6.1切削力的來源、切削合力及其分解

由前面對(duì)切削變形的分析可知，切削力來源于三個(gè)方面(如圖1-24所示)：

(1)克服被加工材料彈性變形的抗力；

(2)克服被加工材料塑性變形的抗力；

(3)克服切屑對(duì)前刀面的摩擦力和刀具后刀面對(duì)過渡表面及已加工表面之間的摩擦力。1.6切削力與切削功率圖1-24切削合力及其分力上述各力的總和形成作用在刀具上的合力F。為了實(shí)際應(yīng)用，F(xiàn)可分解為相互垂直的三個(gè)分力(如圖1-24(b)所示)。(1)主切削力Fc：在主運(yùn)動(dòng)方向上的分力。它是計(jì)算車刀強(qiáng)度，設(shè)計(jì)機(jī)床零件，確定機(jī)床功率所必需的。

(2)進(jìn)給力Ff：在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的分力。它用來設(shè)計(jì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)，計(jì)算車刀進(jìn)給功率。

(3)背向力Fp：在垂直于假定工作平面上的分力。它用來計(jì)算機(jī)床零件和車刀的強(qiáng)度。

Ff與Fp也是推力FD的分力，推力是在基面上且垂直于主切削刃的合力。合力F、推力FD與各分力之間的關(guān)系如下：1.6.2切削力的經(jīng)驗(yàn)公式和切削力估算

目前，人們已經(jīng)積累了大量的切削力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于一般加工方法，如車削、孔加工和銑削等已建立起了可直接利用的經(jīng)驗(yàn)公式。常用的經(jīng)驗(yàn)公式可分為兩類：一類是指數(shù)公式；另一類是按單位切削力進(jìn)行計(jì)算的公式。

1.切削力的指數(shù)公式

切削力的指數(shù)公式是將測(cè)力后得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過數(shù)學(xué)整理或計(jì)算機(jī)處理后建立的。常用的指數(shù)公式的形式為式中:Fc、Ff、Fp——各切削分力，單位為N；

、、——公式中系數(shù)，根據(jù)加工條件由實(shí)驗(yàn)確定；

xF、yF、nF——各因素對(duì)切削力的影響指數(shù)；

、、——修正系數(shù)?，F(xiàn)在，就可以容易地估算某種具體加工條件下的切削力和切削功率了。例如用YT15硬質(zhì)合金車刀外圓縱車σb=0.65GPa的結(jié)構(gòu)鋼，車刀幾何參數(shù)為κr=45°，γo=10°，λs=0°;切削用量為ap=4mm，f=0.4mm／r，vc=1.7m／s。

把由表1-3查出的系數(shù)和指數(shù)代入上式(由于所給條件與表1-3條件相同，故===1)，得2.單位切削力

單位切削力表達(dá)式為式中:kc——單位切削力;

AD——切削層面積。單位切削力的參數(shù)值可由表1-3查得。1.6.3切削功率

在切削過程中主運(yùn)動(dòng)消耗的功率約占95%，因此，常用它核算加工成本，計(jì)算能量消耗和選擇機(jī)床主電動(dòng)機(jī)功率。

主運(yùn)動(dòng)消耗的功率Pc(單位為kW)應(yīng)為式中:Fc——主切削力，單位為N；

vc——切削速度，單位為m/min；

Pc——切削功率，單位為kW。

切削功率Pc為

Pc=Fcvc×10-3

因此，上節(jié)中主運(yùn)動(dòng)消耗的功率Pc=Fcvc×10-3=5191.1×1.7×10-3≈8.8kW。1.6.4影響切削力的主要因素

1.工件材料的影響

工件材料的硬度和強(qiáng)度越高,變形抗力越大，切削力就越大；當(dāng)工件材料的強(qiáng)度相同時(shí)，塑性和韌性大的材料，加工時(shí)切削力大。鋼的強(qiáng)度與塑性變形大于鑄鐵，因此同樣情況下加工鋼時(shí)產(chǎn)生的切削力大于加工鑄鐵時(shí)產(chǎn)生的切削力。

2.切削用量的影響

進(jìn)給量f、背吃刀量ap增大時(shí)，切削力也隨之增大。但二者的影響程度不同，ap與Fc成正比，即ap增大一倍，F(xiàn)c

也增大一倍；而f與Fc不成正比，即f增大一倍，F(xiàn)c增大70％~80％。由此可知，ap對(duì)切削力的影響顯著，f次之。切削速度vc對(duì)主切削力的影響如圖1-25所示。由圖1-25可

見，vc對(duì)主切削力影響不大。圖1-25切削速度vc對(duì)主切削力的影響

3.刀具幾何參數(shù)的影響

前角γo對(duì)切削力影響較大，如圖1-26所示。當(dāng)γo增大時(shí)，排屑阻力減小，切削變形減小，使切削力減小。主偏角κr對(duì)進(jìn)給力Ff、背向力Fp影響較大，如圖1-27(a)所示。當(dāng)κr增大時(shí)，F(xiàn)f增大，而Fp則減小。刃傾角λs對(duì)背向力Fp有顯著的影響，即刃傾角負(fù)值(-λs)增大，作用于工件的背向力Fp增大。此外，刀尖圓弧半徑及刀具磨損程度及切削液潤(rùn)滑性能等因素對(duì)切削力也有一定的影響，刀尖圓弧半徑對(duì)切削力的影響如圖1-27(b)所示。圖1-26前角對(duì)切削力的影響圖1-27主偏角κr、刀尖圓弧半徑等對(duì)切削力的影響1.7.1切削熱的來源與傳導(dǎo)

被切削的金屬在刀具的作用下，發(fā)生彈性和塑性變形而耗功，這是切削熱的一個(gè)重要來源。

此外，切屑與前刀面、工件與后刀面之間的摩擦也要耗功，也產(chǎn)生出大量的熱量。因此，切削時(shí)共有三個(gè)發(fā)熱區(qū)域，即剪切面、切屑與前刀面接觸區(qū)、后刀面與過渡表面接觸區(qū)。

切削熱由切屑、刀具、工件及周圍介質(zhì)傳散。切削速度愈高或切削厚度愈大，則切屑帶走的熱量愈多。1.7切削熱和切削溫度1.7.2切削溫度分布

如圖1-28(a)所示，切屑帶走的熱量最多，它的平均溫度高于刀具和工件上的平均溫度，因此切屑塑性變形嚴(yán)重。切削區(qū)域的最高溫度在前刀面距離切削刃大約1mm處。圖1-28切削溫度的分布1.7.3切削溫度的測(cè)量

上面分析討論了切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)。切削熱是切削溫度升高的根源，而切削溫度將直接影響切削過程。切削溫度一般指切屑與前刀面接觸區(qū)域的平均溫度。

切削溫度的測(cè)量方法很多，大致可分為熱電偶法、輻射溫度計(jì)法以及其他測(cè)量方法。目前應(yīng)用較廣的是自然熱電偶法和人工熱電偶法。1.7.4影響切削溫度的主要因素

根據(jù)理論分析和大量的實(shí)驗(yàn)研究可知，切削溫度主要受切削用量、刀具幾何參數(shù)、工件材料、刀具磨損和切削液的影響。下面對(duì)這幾個(gè)主要因素加以分析。

1.切削用量的影響

切削用量ap、f、vc對(duì)切削溫度影響的基本規(guī)律是，切削用量的增加使切削溫度提高，但其中切削速度vc影響最大，其次是進(jìn)給量f，影響最小的是背吃刀量ap。例如

切削速度增加一倍時(shí)，切削溫度增高30％~45％;進(jìn)給量增加一倍時(shí)，切削溫度增高15％~20％；背吃刀量增加一倍時(shí)，切削溫度只增高5％~8％。

2.工件材料的影響

工件材料的強(qiáng)度和硬度越高，消耗的切削功也就越多，切削溫度越高；工件材料的導(dǎo)熱系數(shù)越低，切削區(qū)的熱量傳出越少，切削溫度就越高。脆性材料的強(qiáng)度一般都較低，切削時(shí)塑性變形很小，切屑呈崩碎或脆性帶狀，與前刀面摩擦也小，切削溫度一般比塑性材料低。

3.刀具角度的影響

如圖1-29所示，刀具的前角和主偏角對(duì)切削溫度影響較大。前角加大，變形和摩擦減小，因而切削熱少。但前角不能過大，否則刀頭部分散熱體積減小，不利于切削溫度的降低。主偏角減小將使切削刃工作長(zhǎng)度增加，散熱條件改善，因而使切削溫度降低。圖1-29刀具角度對(duì)切削溫度的影響

4.刀具磨損的影響

在后刀面的磨損值達(dá)到一定數(shù)值后，對(duì)切削溫度的影響增大；切削速度愈高，影響就愈顯著。合金鋼的強(qiáng)度大，熱導(dǎo)率小，所以切削合金鋼時(shí)刀具磨損對(duì)切削溫度的影響就比切削碳素鋼時(shí)大。

5.切削液的影響

切削液對(duì)切削溫度的影響，與切削液的導(dǎo)熱性能、比熱容、流量、澆注方式以及本身的溫度有很大的關(guān)系。從導(dǎo)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。1.8.1刀具磨損

1.刀具磨損的形式

在切削過程中，刀具的前、后面始終與切屑、工件接觸，在接觸區(qū)內(nèi)發(fā)生著強(qiáng)烈的摩擦并伴隨著很高的溫度和壓力，因此刀具的前、后面都會(huì)產(chǎn)生磨損，如圖1-30所示。1.8刀具磨損與刀具壽命圖1-30刀具磨損的測(cè)量位置刀具前面磨損的形式是月牙洼磨損。用較高的切削速度和較大的切削厚度切削塑性金屬時(shí)，刀具前面會(huì)磨出一道溝，這道溝稱為月牙洼磨損，其深度為KT、寬度為KB，如圖1-30(a)所示。刀具后面磨損的形式如圖1-30(b)所示，磨損分為三個(gè)區(qū)域：刀尖磨損C區(qū)(磨損量為VC)、中間磨損B區(qū)(磨損量為VB)和邊界磨損N區(qū)(磨損量為VN)。切削脆性金屬時(shí)，后面易磨損。切削塑性金屬時(shí)，前、后面同時(shí)磨損。

2.刀具磨損過程和刀具磨損標(biāo)準(zhǔn)

刀具磨損過程可分為三個(gè)階段，如圖1-31所示。

(1)初期磨損階段(OA段)。在開始切削的短時(shí)間內(nèi)，將刀具表面的不平度磨掉。

(2)正常磨損階段(AB段)。隨著切削時(shí)間增長(zhǎng)，磨損量以較均勻的速度加大，AB段基本上呈直線。

(3)急劇磨損階段(BC段)。磨損量達(dá)到一定數(shù)值后，磨損急劇加速，繼而刀具損壞。

生產(chǎn)中為合理使用刀具，保證加工質(zhì)量，應(yīng)避免達(dá)到該階段。在生產(chǎn)中通過磨損過程或磨損曲線來控制刀具使用時(shí)間，衡量、比較刀具切削性能的好壞和刀具壽命的高低。圖1-31刀具磨損曲線刀具磨損標(biāo)準(zhǔn)：刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用，這個(gè)磨損限度稱為磨損標(biāo)準(zhǔn)。

如表1-4所示，在國(guó)標(biāo)中規(guī)定的磨損標(biāo)準(zhǔn)通常以后刀面中間磨損量VB來表示磨損的程度。

由于切削過程比較復(fù)雜，影響加工因素很多，因此刀具磨損量的測(cè)定必須考慮生產(chǎn)實(shí)際的具體情況。表1-4硬質(zhì)合金車刀的磨損標(biāo)準(zhǔn)

3.刀具磨損的原因

1)磨粒磨損

切削過程中，工件或切屑上的硬質(zhì)點(diǎn)(如工件材料中的碳化物、剝落的積屑瘤碎片等)在刀具表面上刻劃出溝痕而造成的磨損稱為磨粒磨損，也稱機(jī)械磨損。

2)粘結(jié)磨損

在高溫高壓的作用下，切屑與前刀面、工件表面與后刀面之間接觸和摩擦，使兩者粘結(jié)在一起，造成刀具的粘結(jié)磨損。

3)相變磨損

高速鋼材料有一定的相變溫度(550~600℃)。當(dāng)切削溫度超過了相變溫度時(shí)，刀具材料的金相組織發(fā)生轉(zhuǎn)變，硬度顯著下降，從而使刀具迅速磨損，稱為相變磨損。

4)擴(kuò)散磨損

在高溫高壓作用下，兩個(gè)緊密接觸的表面之間金屬元素將產(chǎn)生擴(kuò)散。用硬質(zhì)合金刀具切削時(shí)，硬質(zhì)合金中的鎢、鈦、鈷、碳等元素會(huì)擴(kuò)散到切屑和工件材料中去，這樣改變了硬質(zhì)合金表層的化學(xué)成分，使它的硬度和強(qiáng)度下降，加快了刀具的磨損，這類磨損稱為擴(kuò)散磨損。

5)氧化磨損

在高溫下(700℃以上)，空氣中的氧與硬質(zhì)合金中的鈷和碳化鎢發(fā)生氧化作用，產(chǎn)生組織疏松脆弱的氧化物，這些氧化物極易被切屑和工件帶走，從而造成刀具磨損，這類磨損稱為氧化磨損。

不同的刀具材料在不同的使用條件下，造成磨損的主要原因是不同的。對(duì)于高速鋼刀具來說，磨粒磨損和粘結(jié)磨損是使它產(chǎn)生正常磨損的主要原因；相變磨損是使它產(chǎn)生急劇磨損的主要原因。對(duì)于硬質(zhì)合金刀具來說，在中、低速時(shí)，磨粒磨損和粘結(jié)磨損是使它產(chǎn)生正常磨損的主要原因；在高速切削時(shí)，刀具磨損主要由磨粒磨損、擴(kuò)散磨損和氧化磨損所造成，而擴(kuò)散磨損是使硬質(zhì)合金刀具產(chǎn)生急劇磨損的主要原因。1.8.2刀具壽命T

1.刀具壽命的定義

刀具壽命(刀具耐用度)是指刀具從開始切削至達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止所用的切削時(shí)間T(單位為min)，有時(shí)也用可用達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所加工零件的數(shù)量或切削路程表示。刀具耐用度是一個(gè)判斷刀具磨損量是否已達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的間接控制量。

2.影響刀具壽命T的因素

若磨鈍標(biāo)準(zhǔn)相同，刀具壽命大，則表示刀具磨損慢。因此,影響刀具磨損的因素，也就是影響刀具壽命的因素。1)工件材料的影響

工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，導(dǎo)熱性越差，刀具磨損越快，刀具壽命就會(huì)越低。

2)切削用量的影響

切削用量vc、f、ap增加時(shí)，刀具磨損加劇，刀具壽命降低。其中影響最大的是切削速度vc，其次是進(jìn)給量f，影響最小的是背吃刀量ap。切削速度對(duì)刀具壽命的影響如圖

1-32所示。

在一定的切削速度范圍內(nèi)，刀具壽命最高，提高或降低切削速度都會(huì)使刀具壽命下降。

圖1-32切削速度對(duì)刀具壽命的影響

3)刀具材料和前角的影響

刀具材料的耐磨性、耐熱性越好，刀具壽命就越高。刀具前角γo增大，能減少切削變形，減少切削力及功率的消耗，因而切削溫度下降，刀具壽命增加。但是如果前角過大，則楔角βo過小,刃口強(qiáng)度和散熱條件就不好，反而使刀具壽命降低。刀尖圓弧半徑增大或主偏角減小，都會(huì)使刀刃的工作長(zhǎng)度增加，使散熱條件得到改善，從而降低切削溫度。

4)切削液的影響

切削液對(duì)刀具壽命的影響與切削溫度有很大的關(guān)系。切削溫度越高，刀具壽命越短。切削液本身的溫度越低，就能越明顯地降低切削溫度，如果將室溫(20℃)的切削液降溫至5℃，則刀具壽命可提高50％。

3.刀具壽命的合理數(shù)值

刀具壽命也并不是越大越好。如果刀具壽命選擇過大，勢(shì)必要選擇較小的切削用量，結(jié)果使加工零件的切削時(shí)間大為增加，反而降低生產(chǎn)率，使加工成本提高。反之,如果刀具壽命選擇過小，雖然可以采用較大的切削用量，但卻因?yàn)榈毒吆芸炷p而增加了刀具材料的消耗和換刀、磨刀、調(diào)刀等輔助時(shí)間，同樣會(huì)使生產(chǎn)率降低和成本提高。因此，加工時(shí)要根據(jù)具體情況選擇合適的刀具壽命。從上述分析可知，每種刀具材料都有一個(gè)最佳的切削速度范圍。為了提高生產(chǎn)率，通常切削速度和刀具壽命T的關(guān)系可用下列實(shí)驗(yàn)公式表示：

vTm=C

式中:v——切削速度(單位為m/min)；

m——影響程度的指數(shù)，對(duì)于高速鋼車刀m=0.125，對(duì)于硬質(zhì)合金車刀m=0.2；

T——刀具壽命(單位為min)；

C——系數(shù)，與刀具、工件材料和切削條件有關(guān)。生產(chǎn)中一般根據(jù)最低加工成本的原則來確定刀具壽命，而在緊急時(shí)可根據(jù)最高生產(chǎn)率的原則來確定刀具壽命。刀具壽命推薦的合理數(shù)值可在有關(guān)手冊(cè)中查到。下列有關(guān)刀具壽命的數(shù)據(jù)可供參考：

高速鋼車刀，30~90min；

硬質(zhì)合金焊接車刀,60min；

高速鋼鉆頭,80～120min；

硬質(zhì)合金銑刀,120~180min；

齒輪刀具,200～300min；

組合機(jī)床、自動(dòng)機(jī)床及自動(dòng)線用刀具,240～480min。可轉(zhuǎn)位車刀的推廣和應(yīng)用，使換刀時(shí)間和刀具成本大大降低，從而可降低刀具壽命至15～30min，這就可大大提高切削用量，進(jìn)一步提高生產(chǎn)率。

1.9切削參數(shù)的合理選擇

切削參數(shù)包括刀具幾何角度參數(shù)與切削用量參數(shù)。切削參數(shù)的合理選擇必須依據(jù)一些原則和方法，且要根據(jù)具體的加工條件適當(dāng)作一些調(diào)整，以滿足實(shí)際的加工要求。1.9.1刀具幾何角度參數(shù)的選擇

刀具幾何角度參數(shù)直接影響切削效率、刀具壽命、工件表面質(zhì)量和加工成本。因此必須重視刀具幾何角度參數(shù)的合理選擇，以充分發(fā)揮刀具的切削性能。

1.前角γo的選擇

前角是刀具中重要的幾何參數(shù)之一，前角的大小決定著刀刃的鋒利程度。前角增大，可使切削變形減小，切削力、切削溫度降低，還可抑制積屑瘤等現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高表面加工質(zhì)量。

但是前角過大，使刀具楔角變小，刀頭強(qiáng)度降低，散熱條件變差，切削溫度升高，刀具磨損加劇，刀具壽命降低。前角大小的選擇總的原則是，在保證刀具耐用度滿足要求的條件下，盡量取較大值。具體選擇應(yīng)根據(jù)以下幾個(gè)方面考慮。

1)根據(jù)工件材料選擇

加工塑性金屬應(yīng)選擇較大前角，而加工脆性材料選擇較小前角；材料的強(qiáng)度和硬度越高，前角更應(yīng)選擇較小值，甚至取負(fù)值。

2)根據(jù)刀具材料選擇

高速鋼抗彎強(qiáng)度、韌性好，可選較大前角；硬質(zhì)合金

的抗彎強(qiáng)度、韌性較高速鋼差，故前角較?。惶沾傻毒咔敖菓?yīng)更小。

3)根據(jù)加工要求選擇

粗加工和斷續(xù)切削選較小值；精加工選較大值。

硬質(zhì)合金刀具前角值如表1-5所示。表1-5硬質(zhì)合金刀具前角值

2.后角αo和副后角的選擇

后角αo的主要作用是減小刀具后面與工件表面之間的摩擦，所以后角不能太小。但是后角也不能過大，后角過大雖然刃口鋒利，但會(huì)使刃口強(qiáng)度降低，從而降低刀具耐用度。后角大小的選擇總的原則是，在不產(chǎn)生較大摩擦條件下，盡量取較小值。具體選擇αo大小時(shí)，根據(jù)以下幾個(gè)因素考慮。

1)根據(jù)加工要求選擇粗加工時(shí)，后角應(yīng)選得小(6°~8°)；精加工時(shí)，切削用量較小，工件表面質(zhì)量要求高，后角應(yīng)選得(8°~12°)。

2)根據(jù)工件材料選擇加工塑性金屬材料，后角適當(dāng)選大值；加工脆性金屬材料，后角應(yīng)適當(dāng)減??；加工高強(qiáng)度、高硬度鋼時(shí)，應(yīng)取較小后角。副后角的選擇原則與主后角αo基本相同。對(duì)于有些焊接刀具為便于制造和刃磨，取αo=。有的刀具，例如切槽刀和三面刃銑刀取小后角=1°~2°。

3.主、副偏角的選擇

主偏角較小時(shí)，刀尖角增大，提高了刀尖強(qiáng)度，改善了刀刃散熱條件，對(duì)提高刀具耐用度有利。但是，主偏角較小時(shí)，背向切削力Fp大，容易使工件或刀桿(孔加工刀)產(chǎn)生撓度變形而引起“讓刀”現(xiàn)象，以及引起工藝系統(tǒng)振動(dòng)，影響加工質(zhì)量。因此，工藝系統(tǒng)剛性好時(shí)，常采用較小的主偏角；工藝系統(tǒng)剛性差時(shí),要取較大的主偏角。

副偏角的大小主要影響已加工表面粗糙度，為了降低工件表面粗糙度，通常取較小的副偏角。主偏角κr、副偏角

的具體選擇如表1-6所示。表1-6主偏角κr、副偏角κ

4.刃傾角λs的選擇

刃傾角的主要作用是控制切屑流出方向，增加刀刃的鋒利程度，增加刀刃參加工作的長(zhǎng)度，使切削過程平穩(wěn)以及保護(hù)刀尖。刃傾角的選擇根據(jù)以下幾方面考慮。

1)根據(jù)加工要求選擇

粗加工時(shí)，為提高刀具的強(qiáng)度，選擇λs=0°~-5°；精加工時(shí)，取λs=0°~+5°。

2)根據(jù)加工條件選擇

加工斷續(xù)表面、余量不均勻表面及有沖擊載荷時(shí)，取負(fù)刃傾角。1.9.2切削用量參數(shù)的選擇

正確地選擇切削用量，對(duì)提高切削效率，保證必要的刀具壽命、加工經(jīng)濟(jì)性以及加工質(zhì)量，都有重要的意義。切削用量的選取有計(jì)算法和查表法。但在大多數(shù)情況下，切削用量的選取是根據(jù)給定的條件按有關(guān)切削用量手冊(cè)中推薦的數(shù)值選取的。

由于切削速度對(duì)刀具壽命影響最大，其次為進(jìn)給量，影響最小的是背吃刀量，因此選擇切削用量的步驟是：先確定ap，再選f，最后確定vc，必要時(shí)還要校驗(yàn)機(jī)床功率是否允許。

1.選擇背吃刀量ap

對(duì)于粗加工,在加工余量(指半徑方向)不多并較均勻，加工工藝系統(tǒng)剛性足夠時(shí)，應(yīng)使背吃刀量一次切除全部余量A,即ap=A。若加工面有硬化層、硬雜質(zhì)或劃分加工階段，則粗加工背吃刀量為;半精加工和精加工背吃刀量為。

2.選擇進(jìn)給量f

粗加工時(shí)，增大進(jìn)給量，可提高生產(chǎn)效率，但進(jìn)給量過大，會(huì)使切削力增加，影響機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)、刀具和工件的強(qiáng)度和剛性，此外也顯著增大了表面粗糙度。表1-7可供選擇進(jìn)給量時(shí)參考。表1-7硬質(zhì)合金車刀粗車外圓及端面進(jìn)給量

3.選擇切削速度vc

在切削加工中，采用高速切削，能提高生產(chǎn)率和表面質(zhì)量，但會(huì)使刀具磨損加劇，刀具壽命下降，且影響工藝系統(tǒng)的剛性。因此，切削速度的選擇必須考慮以上條件，選擇合理的數(shù)值。表1-8列出了部分車削加工的速度值，以供參考。表1-8國(guó)產(chǎn)焊接和可轉(zhuǎn)位車刀切削用量選用參考表1.10.1切屑的控制

在生產(chǎn)實(shí)踐中我們可以看到，排出的切屑常常打卷，到一定長(zhǎng)度自行折斷；但也有切屑成帶狀直竄而出，特別在高速切削時(shí)切屑很燙，很不安全，應(yīng)設(shè)法使之折斷。1.10合理選擇切削條件

1.切屑的卷曲和形狀

切屑的卷曲是由于切屑內(nèi)部變形或碰到斷屑槽等障礙物造成的。切屑的形狀是多種多樣的，如：帶形、螺旋形、弧形、C形、6形和針形切屑等。較為理想、便于清理的屑

形為100mm以下長(zhǎng)度的螺旋形切屑和不飛濺定向落下的C形、6形切屑。外圓車削的幾種屑形如圖1-33所示。圖1-33外圓車削的幾種屑形(a)C形或6形；(b)C形；(c)弧形；(d)盤形螺旋；(e)螺旋形；(f)連續(xù)帶形

2.切屑的折斷

切屑經(jīng)第Ⅰ、第Ⅱ變形區(qū)的嚴(yán)重變形后，硬度增加，塑性大大降低，性能變脆，從而為斷屑創(chuàng)造了先決條件。當(dāng)切屑經(jīng)變形自然卷曲或經(jīng)斷屑槽等障礙物強(qiáng)制卷曲產(chǎn)生的拉應(yīng)變超過切屑材料的極限應(yīng)變值時(shí)，切屑即會(huì)折斷。

3.斷屑措施

生產(chǎn)中常用的斷屑措施有以下兩種。

(1)磨制斷屑槽(如圖1-34所示)，其中折線形和直線圓弧形適用于加工碳鋼、合金鋼、工具鋼和不銹鋼，全圓弧形適用于加工塑性大的材料和重型刀具，斷屑槽尺寸lBn