金屬切削加工的基本知識(shí)

機(jī)械制造及工藝第一章金屬切削加工的基本知識(shí)金屬切削加工的基本概念金屬切削過(guò)程中的基本規(guī)律提高生產(chǎn)率的途徑第一節(jié)金屬切削加工的基本概念

切削加工是通過(guò)刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從毛坯上切除多余的金屬，從面獲得合格零件的加工方法。

切削加工的基本形式：車(chē)削銑削刨削磨削鉆削鉗工加工一、切削運(yùn)動(dòng)與切削要素

1、切削運(yùn)動(dòng)

切削運(yùn)動(dòng)是為了形成工件表面所必需的、刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。金屬切削機(jī)床的基本運(yùn)動(dòng)有直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。但是，按切削時(shí)工件與刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)所起的作用來(lái)分，可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)

是切下金屬所必須的最基本的運(yùn)動(dòng)。通常它的速度最高，消耗機(jī)床功率最多。一般只有一個(gè)主運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

使新的金屬不斷投入切削的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是連續(xù)運(yùn)動(dòng)，也可以是間歇運(yùn)動(dòng)?？梢杂幸粋€(gè)或多個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。切削過(guò)程中，主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的合理組合，便可以加工各種不同的工件表面。在新的表面的形成過(guò)程中，工件上有三個(gè)依次變化的表面：待加工表面：即將被切去金屬層的表面;加工表面：切削刃正在切削著的表面;已加工表面：已經(jīng)切去一部分金屬形成的新表面。2、切削要素切削速度v

切削用量進(jìn)給速度vf和進(jìn)給量f

背吃刀量ap

切削寬度aw

切削層橫截面要素切削厚度ac

切削面積Ac（1）切削速度v

主運(yùn)動(dòng)的線速度。主運(yùn)動(dòng)是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)：

vc=πdn/1000

m/s

或m/min

式中d－工件或刀具上某一點(diǎn)的回轉(zhuǎn)直徑（mm)

n－工件或刀具的轉(zhuǎn)速（r/s或r/min)

注：磨削速度單位用m/s

其它加工的切削速度單位用m/min切削用量三要素（2）進(jìn)給速度vf和進(jìn)給量f進(jìn)給速度vf是單位時(shí)間內(nèi)刀具對(duì)工件沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移，單位是mm/s或mm/min。進(jìn)給量f是工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周時(shí)兩者沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移，單位是mm/r。二者關(guān)系：

vf=f×n

切削用量三要素（3）背吃刀量工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離，單位為mm。外圓柱表面車(chē)削的深度可用下式計(jì)算：

ap=（dw-dm）/2mm

對(duì)于鉆孔工作

ap=dm/2mm

上兩式中dm——已加工表面直徑（mm）

dw——待加工表面直徑（mm）切削用量三要素切削層橫截面要素由切削刃正在切削的這一層金屬叫作切削層。切削層的截面尺寸稱(chēng)為切削層參數(shù)。它決定了刀具切削部分所承受的負(fù)荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr內(nèi)度量。

1.切削厚度ac(λs=0)

ac＝

fsinκr

2.切削寬度aw

aw＝ap/sinκr3.切削層面積Ac(=0)

Ac＝ac

aw＝f

ap二、刀具切削部分的基本定義前刀面三面后刀面副后刀面車(chē)刀的主切削刃組成二刃副切削刃一尖：刀尖前刀面Ar:

切屑流過(guò)的表面。后刀面Aa:

與工件上新形成的過(guò)渡表面相對(duì)表面。副后刀面Aa’:

與副切削刃毗鄰,與工件上已加工表面相對(duì)的刀面。主切削刃：指前刀面與后刀面相交的鋒邊；副切削刃：指前刀面與副后刀面相交的鋒邊。刀尖：刀尖可以是主、副切削刃的實(shí)際交點(diǎn)，也可以是主、副兩條切削刃連接起來(lái)的一小段切削刃，它可以是圓弧，也可以是直線，通常都稱(chēng)為過(guò)渡刃。圖1-32、刀具角度參考系刀具標(biāo)注角度參考系刀具制造、測(cè)量、刃磨時(shí)的基準(zhǔn)刀具工作角度參考系確定刀具在切削運(yùn)動(dòng)中有效工作角度的基準(zhǔn)

構(gòu)成刀具標(biāo)注參考系的參考平面

基面切削平面主剖面切削刃法剖面進(jìn)給剖面切深剖面

其中基面與切削平面是兩個(gè)基本的參考平面，以它們作基準(zhǔn)，加上其它任意一個(gè)剖面，便構(gòu)成各種不同的刀具標(biāo)注角度參考系?；鎝r：通過(guò)切削刃選定點(diǎn)，垂直于主運(yùn)動(dòng)方向的平面。切削平面ps：通過(guò)切削刃選定點(diǎn)、與切削刃相切、并垂直于基面pr的平面。主剖面po：通過(guò)切削刃選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于基面pr和切削平面ps的平面。主剖面參考系pr–ps–po是目前生產(chǎn)中最常用的刀具標(biāo)注角度參考系主剖面與法剖面參考系切削刃法剖面pn：通過(guò)切削刃選定點(diǎn)，并垂直于切削刃的平面。近年來(lái)，我國(guó)主要采用主剖面參考系pr–ps–po

，兼用法剖面參考系pr-ps-pn。主剖面與法剖面參考系進(jìn)給剖面Pf:

過(guò)切削刃上選定點(diǎn)并垂直于刀桿軸線及基面的平面

切深剖面Pp:

過(guò)切削刃上選定點(diǎn)平行刀桿軸線并垂直基面的平面進(jìn)給剖面與切深剖面參考系前角：在主剖面內(nèi)度量的基面與前刀面間的夾角。楔角：在主剖面內(nèi)度量的前刀面與后刀面的夾角。后角：在主剖面內(nèi)度量的后刀面與切削平面的夾角。

主剖面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度主偏角：在基面內(nèi)度量的切削平面與進(jìn)給平面的夾角。副偏角：在基面內(nèi)度量的副切削刃與進(jìn)給方向在基面上投影間的夾角。刃傾角：在切削平面內(nèi)度量的主切削刃與基面的夾角。余偏角：在基面內(nèi)度量的切削平面與切深平面的夾角，也是主偏角的余角。刀尖角：主切削刃與副切削刃在基面上的投影間的夾角。法前角γn法后角αn法楔角βn

與主剖面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度的區(qū)別僅在于以法剖面代替主剖面作為測(cè)量前角、后角、楔角的平面。其余角度完全相同。法剖面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度刀具的工作角度以上所講的刀具標(biāo)注角度，是在假定運(yùn)動(dòng)條件和假定安裝條件下的標(biāo)注角度。如果考慮合成運(yùn)動(dòng)和實(shí)際安裝情況，則刀具的參考系將發(fā)生變化，刀具角度也隨之發(fā)生變化。按照刀具工作中的實(shí)際情況，在刀具工作角度參考系中確定的角度，稱(chēng)為刀具工作角度。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響刀具安裝情況對(duì)工作角度的影響刀具安裝高低的影響刀桿中心線與進(jìn)給方向不垂直的影響

γoe=γo＋η

αoe=αo－η進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響

η角稱(chēng)為合成切削速度角，它是主運(yùn)動(dòng)方向與合成運(yùn)動(dòng)切削速度方向之間的夾角。由η角定義可知：

當(dāng)進(jìn)給量f一定時(shí)，隨d值↓，η值↑，接近中心αoe為負(fù)值。當(dāng)f↑，η值↑。橫車(chē)時(shí)f不宜過(guò)大，并應(yīng)適當(dāng)加大αo刀具安裝高低的影響假定車(chē)刀λs＝0,刀尖高于工件中心γpe=γp＋θpαpe=αp－θptanθp＝h/

γoe=γo＋θ

αoe=αo－θ

tanθ＝tanθp

cosκr若刀尖低于工件中心，角度變化與上述相反=+G

=-G=-G

=+G刀桿中心線與進(jìn)給方向不垂直的影響三、刀具材料及選用刀具的切削性能決定于刀具結(jié)構(gòu)、切削部分的材料和幾何參數(shù)1.刀具材料必須具備的性能

(1)高的硬度和耐磨性常溫硬度60HRC以上，耐磨性是硬度、組織結(jié)構(gòu)及化學(xué)性能等的綜合反映。一般來(lái)說(shuō)，硬度越高越耐磨。

(2)足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性(3)高耐熱性(4)良好的工藝性

(6)經(jīng)濟(jì)性(5)好的導(dǎo)熱性和小的膨脹系數(shù)2.常用刀具材料的種類(lèi)及特性高速鋼（1）通用型高速鋼（含碳量0.7～0.9%，62～66HRC）

鎢系高速鋼

W18Cr4V

鎢鉬系高速鋼W6Mo5Cr4V2

高溫塑性好主要用于一般材料的常規(guī)加工，速度不高于50m/min.目前，生產(chǎn)中所用的刀具材料以高速鋼和硬質(zhì)合金居多。炭素工具鋼（如T10A、T12A）、工具鋼（如9SiCr、CrWMn）因耐熱性差，僅用于一些手工或切削速度較低的刀具。（2）高性能高速鋼

是在通用高速鋼的基礎(chǔ)上再增加一些含碳量、含釩量及添加鈷、鋁等元素。按其耐熱性，又稱(chēng)為高熱穩(wěn)定性高速鋼。具有更好的切削性能，耐用度較通用型高速鋼高1.3～3倍。適合于加工高溫合金、鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等難加工材料。典型牌號(hào)有高碳高速鋼9W18Cr4V，高釩高速鋼W6MoCr4V3、鈷高速鋼W6MoCr4V2Co8、超硬高速鋼W2Mo9Cr4Co8等。（3）粉末冶金高速鋼

用高壓氬氣或氮?dú)忪F化熔融的高速鋼水，直接得到細(xì)小的高速鋼粉末，高溫下壓制成致密的鋼坯，而后鍛壓成材或刀具形狀。具有良好的機(jī)械性能：其強(qiáng)度和韌性分別是熔煉高速鋼的2倍和2.5～3倍；磨削加工性能好；淬火變形?。荒湍バ阅芴岣?0％～30％。適合制造切削難加工材料的刀具，大尺寸刀具（如滾刀、插齒刀）、精密刀具、磨加工量大的復(fù)雜刀具、高壓動(dòng)載荷下使用的刀具等。硬質(zhì)合金

由難熔金屬化合物（如WC、TiC）和金屬粘結(jié)劑（Co）經(jīng)粉末冶金法制成。

硬度、耐熱性、耐磨性很高，切削速度遠(yuǎn)高于高速鋼抗彎強(qiáng)度低、脆性大，抗沖擊振動(dòng)性能差分類(lèi)

YG

(K)

類(lèi)

YT

(P)類(lèi)

YW(M)類(lèi)短切屑黑色金屬加工長(zhǎng)切屑的鋼材、鑄鐵等有色金屬非金屬黑色金屬有色金屬非金屬

WC+CoWC+TiC+CoWC+TiC+TaC+Co常用硬質(zhì)合金牌號(hào)及應(yīng)用范圍見(jiàn)教材第12頁(yè)表1-2：其它刀具材料

(1)涂層刀具

它是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上，或在高速鋼刀具基體上，涂抹一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物而獲得的。常用的涂層材料有TiC、TiN、Al2O3等。

特點(diǎn)：有較高的耐磨性和抗月牙洼磨能力；有低的摩擦系數(shù)，耐熱性高；通用性好，便于刀具的管理；不能采用焊接結(jié)構(gòu)，不能重磨。（2）陶瓷

有純Al2O3陶瓷及Al2O3－TiC混合陶瓷兩種，以其微粉在高溫下燒結(jié)而成。特點(diǎn)：很高的硬度（HRA91~95）和耐磨性；很高的耐熱性，在高溫1200℃以上仍能進(jìn)行切削；切削速度比硬質(zhì)合金高2～5倍；有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、與金屬的親合力小，抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散的能力好；脆性大、抗彎強(qiáng)度低、沖擊韌性差，易崩刀。（3）金剛石

是目前人工制造出的最硬的物質(zhì)，分天然和人造兩種。特點(diǎn)：耐磨性好，可用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷、高硅鋁合金及耐磨塑料等高硬度、高耐磨的材料；其熱穩(wěn)定性差，強(qiáng)度低、脆性大、對(duì)振動(dòng)敏感，只宜微量切削；與鐵有極強(qiáng)的化學(xué)親合力，不適于加工黑金屬。（4）立方氮化硼

由軟的立方氮化硼在高溫高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)變而成。特點(diǎn)：有很高的硬度及耐磨性；熱穩(wěn)定性好，可用來(lái)加工高溫合金；化學(xué)惰性大，可用與加工淬硬鋼及冷硬鑄鐵；有良好的導(dǎo)熱性、較低的摩擦系數(shù)。第二節(jié)金屬切削過(guò)程中的基本規(guī)律一、切削變形

1.變形區(qū)的劃分第Ⅰ變形區(qū)近切削刃處切削層內(nèi)產(chǎn)生的塑性變形區(qū)；是切削過(guò)程中產(chǎn)生變形的主要區(qū)域。第Ⅱ變形區(qū)

與前刀面接觸的切屑層內(nèi)產(chǎn)生的變形區(qū)；

第Ⅲ變形區(qū)

近切削刃處已加工表層內(nèi)產(chǎn)生的變形區(qū)。2.切削的形成過(guò)程

如圖所示，對(duì)于切削層mn

來(lái)說(shuō)，移至剪切面AB時(shí)，產(chǎn)生滑移后形成切屑m’n’。這個(gè)過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，切削層便連續(xù)地通過(guò)前刀面轉(zhuǎn)變?yōu)榍行肌?/p>

剪切面AB與切削速度vc之間的夾角Φ

稱(chēng)為剪切角。

由此可知，第?變形區(qū)就是形成切屑的主要區(qū)域，其變形特點(diǎn)是切削層產(chǎn)生剪切滑移變形。第二變形區(qū)內(nèi)金屬的擠壓摩擦變形

經(jīng)過(guò)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(duì)切屑擠壓而產(chǎn)生的摩擦力。切屑在受前刀面擠壓摩擦過(guò)程中進(jìn)一步發(fā)生變形（第二變形區(qū)的變形）這個(gè)變形主要集中在與前刀面摩擦的切屑底面一薄層金屬里，表現(xiàn)為該處晶粒纖維化的方向和前刀面平行。第三變形區(qū)內(nèi)金屬的擠壓摩擦變形

已加工表面受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓摩擦，造成纖維化與加工硬化。帶狀切屑：外形呈帶狀，最常見(jiàn)，切削過(guò)程最平衡。擠裂切屑：切屑上與前刀面接觸的一面較光潔，其背面局部開(kāi)裂成節(jié)狀。單元切屑：切屑沿厚度斷裂成均勻的顆粒狀。崩碎切屑：脆性材料的切屑。切削層幾乎不經(jīng)過(guò)塑性變形就產(chǎn)生脆性崩裂，得到的切屑呈不規(guī)則的細(xì)粒狀。切屑的類(lèi)型是由材料的應(yīng)力—應(yīng)變特性和塑性變形程度決定的。4.切削變形程度的度量與計(jì)算相對(duì)滑移ε

衡量指標(biāo)變形系數(shù)剪切角Φ相對(duì)滑移ε：滑移距離Δs與單元厚度Δy之比。

ε=Δs/Δy=NP/MK=(NK+KP)/MK=ctan

Φ+tan(Φ-γ0）變形系數(shù)Λh

變形系數(shù)用來(lái)表示切屑的外形尺寸變化大小。如圖所示，切屑經(jīng)過(guò)剪切變形、又受到前刀面摩擦后，與切削層比較，它的長(zhǎng)度縮短LDh<LD，厚度增加即hDh>hD(寬度不變)，這種切屑外形尺寸變化的變形現(xiàn)象稱(chēng)為切屑的收縮。變形系數(shù)Λh表示切屑收縮的程度，即：

Λh=hDh/hD=LD/LDh>1Λh越大，表示變形越大。剪切角Φ

：

剪切面與切削速度方向之間的夾角。剪切角Φ越大，切屑變形程度越小；5.前刀面上的摩擦與積屑瘤（1）刀—屑接觸面的摩擦特性及摩擦系數(shù)粘結(jié)區(qū)內(nèi)摩擦滑動(dòng)區(qū)外摩擦

Ffi、Fni—分別指粘結(jié)區(qū)內(nèi)的摩擦力和正壓力；

Ari—粘結(jié)面積；

σav——粘結(jié)區(qū)內(nèi)平均正應(yīng)力。（2）積屑瘤在速度不高切削塑性金屬形成帶狀切屑的情況下，滯流層金屬粘接在前刀面上，形成硬度很高的硬塊，稱(chēng)為積屑瘤。積屑瘤對(duì)切削過(guò)程的影響：

1.代替刀具切削，保護(hù)刀具

2.增大前角，減小變形和力

3.產(chǎn)生過(guò)切及犁溝，工件精度

4.增大已加工表面粗糙度積屑瘤對(duì)精加工是不利的，應(yīng)避免它產(chǎn)生：降低工材塑性；合理選切削速度；增大前角；減小進(jìn)給量；采用潤(rùn)滑液等6.影響切削變形的主要因素工件材料刀具前角切削速度切削厚度二、切削力與切削功率1.切削力的來(lái)源與分解：

被切削材料的彈性、塑性變形抗力刀具與切屑、工件表面之間的摩擦力Fc

—主切削力與切削速度方向一致，消耗功率最多的力。計(jì)算刀具強(qiáng)度、設(shè)計(jì)機(jī)床零件、確定機(jī)床功率的主要依據(jù)。Ff—進(jìn)給力

處于基面內(nèi)與工件軸線方向平行設(shè)計(jì)刀具進(jìn)給機(jī)構(gòu)、確定進(jìn)給功率的主要依據(jù)。Fp—背向力

處于基面內(nèi)與工件軸線垂直，又稱(chēng)徑向力確定工件撓度、切削過(guò)程振動(dòng)的力17頁(yè)圖1-212.切削力的計(jì)算切削力的經(jīng)驗(yàn)公式用單位切削力計(jì)算切削力

單位切削力p=Fc/Ac=Fc/(ap

f)=Fc/(ac

aw)可查手冊(cè)

∴Fc=pAc

KFc

KFc為切削條件修正系數(shù)3.切削功率

消耗在切削過(guò)程中的功率，它是Fc、Ff、Fp在切削過(guò)程中單位時(shí)間內(nèi)所消耗的功的總和。外圓車(chē)削時(shí)的功率計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率PE

PE>Pc/ηm

ηm

為機(jī)床傳動(dòng)效率Pm＝

Pc＋Pf＝（Fc

v+Ff

nwf

10-3

）×10-3

≈Fc

v×10-3

（KW）

4.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不成正比速度v

對(duì)F

的影響分為有積屑瘤和無(wú)積屑瘤兩種情況在無(wú)積屑瘤階段，v

↑→變形程度↓→切削力減小1.在積屑瘤增長(zhǎng)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(wú)積屑瘤階段

隨v↑，溫度升高，摩擦系數(shù)↓變形程度↓→F↓

（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(shí)，γ0↑→Φ↑→變形程度↓→F↓Fc加工脆性材料時(shí)，切削變形很小，

γ0對(duì)F

影響不顯著γ0＞30°或高速切削時(shí)，

γ0對(duì)F

影響不顯著2.主偏角κr的影響（1）κr對(duì)Fc影響較小，

影響程度不超過(guò)10%

κr在60°～75°之間時(shí)，F(xiàn)c最小。（2）κr對(duì)Fp、Ff影響較大

Fp＝FN

cosκr

Ff＝FN

sinκr

Fp隨κr增大而減小，

Ff隨κr增大而增大3.刃傾角λs的影響（1）λs對(duì)Fc影響很?。?）λs對(duì)Fp、Ff影響較大

Fp隨λs增大而減小，

Ff隨λs增大而增大（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(rùn)滑作用越好，力減小越顯著，低速時(shí)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(duì)背向力Fp影響最顯著

三、

切削熱與切削溫度1.切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo)

切削熱產(chǎn)生于三個(gè)變形區(qū)，切削過(guò)程中消耗的能量約

98%轉(zhuǎn)換為熱能切削熱通過(guò)切屑、工件、刀具和周?chē)橘|(zhì)向外傳出切削溫度對(duì)加工的影響改變前刀面的摩擦系數(shù)改變工件材料的性能影響積屑瘤的產(chǎn)生影響已加工表面質(zhì)量影響零件的加工精度2.切削溫度的分布紅外膠片法測(cè)得切鋼料的溫度場(chǎng)，分析歸納切削溫度分布規(guī)律：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(lái)源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(lái)源3.影響切削溫度的主要因素切削溫度θ一般指前刀面與切屑接觸區(qū)內(nèi)的平均溫度兩個(gè)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

fyθ

ap

xθ式中系數(shù)及指數(shù)可在手冊(cè)中查出：

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(shí)切削溫度↑，其中v對(duì)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。（二）刀具幾何參數(shù)的影響前角γ0

的影響

γ0↑→變形程度↓→F↓q↓→θ↓

但γ0

＞20°時(shí)，因散熱面積↓，對(duì)θ的影響減小主偏角κr的影響

κr↑，切削寬度aw↓

，散熱面積↓→θ↑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(shí)散熱條件改善，兩者趨于平衡對(duì)θ影響很小（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(duì)θ影響越顯著（五）切削液的影響澆切削液對(duì)↓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

四、刀具磨損和刀具耐用度刀具失效形式：磨損（正常工作時(shí)逐漸產(chǎn)生的損耗）

破損（突發(fā)的破壞，隨機(jī)的）1.刀具的磨損形式前刀面磨損切塑性材料，v和ac較大時(shí)，在前刀面上形成月牙洼磨損，

以最大深度KT表示后刀面磨損切鑄鐵或v和ac較小切塑性材料時(shí)，主要發(fā)生這種磨損。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。（三）非正常磨損

主要指刀具的脆性破損（如崩刃、碎斷、剝落、裂紋等）和塑性破損（如塑性流動(dòng)）。主要由于刀具材料選擇不合適，刀具結(jié)構(gòu)、制造工藝不合理等原因造成。2.刀具磨損的原因（1）磨料磨損

切屑或工件表面上的硬質(zhì)點(diǎn)（碳化物、氧化物等）對(duì)刀具表面刻劃作用造成的機(jī)械磨損。

低速切削時(shí)，磨料磨損是刀具磨損的主要原因（2）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，達(dá)到原子間結(jié)合而產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，又稱(chēng)為冷焊。相對(duì)運(yùn)動(dòng)使粘接點(diǎn)破裂而被工件材料帶走，造成粘結(jié)磨損。

中速切削時(shí)較嚴(yán)重；刀工材料硬度比小親合力大時(shí)磨損嚴(yán)重；刀具刃磨質(zhì)量差磨損嚴(yán)重。（3）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?cè)斐赡p。

切削溫度越高擴(kuò)散越快；刀工材料親合力越大擴(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。（4）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。（5）熱電磨損切削區(qū)高溫，在刀工間產(chǎn)生熱電勢(shì)加快擴(kuò)散加劇刀具磨損。3.刀具磨損過(guò)程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)（1）刀具磨損過(guò)程初期磨損階段

與刀具刃磨質(zhì)量有關(guān)正常磨損階段

VB與切削時(shí)間近似正比斜率表示磨損強(qiáng)度急劇磨損階段

切削力、溫度急升，刀具磨損加劇，之前換刀（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(gè)磨損限度稱(chēng)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(lái)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(chē)碳素鋼0.6～0.8粗車(chē)鑄鐵0.8～1.2

粗車(chē)合金鋼0.4～0.5精車(chē)碳鋼0.1～0.3

系統(tǒng)剛性大、粗加工，加工大件，取較大值；反之，取較小值；

3.自動(dòng)化精加工刀具，以徑向磨損量NB作為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)4、刀具耐用度（1）刀具使用壽命T（耐用度）

刀具刃磨后開(kāi)始切削到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的切削時(shí)間。單位：min

刀具總使用壽命＝刀具使用壽命×刃磨次數(shù)（2）刀具使用壽命與切削速度的關(guān)系

工件、刀具材料和刀具幾何形狀確定后，v對(duì)T影響最大。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得經(jīng)驗(yàn)公式：v

Tm=A

指數(shù)m

表示v對(duì)

T的影響程度，Y合金,m=0.2~0.4;HSS,

m=0.1~0.125。m越小，則v對(duì)

T的影響越大。系數(shù)A

，與刀具、工件材料和切削條件有關(guān)。（3）刀具使用壽命與切削用量的關(guān)系經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)得類(lèi)似關(guān)系式：f

Tn=C1

ap

Tp=C2

綜合可得到切削用量與刀具使用壽命的關(guān)系式：T=

CT

v1/mf

1/nap1/p令x=1/m，y=1/n，z=1/p，則

T=

CT

vxf

y

apz用YT5車(chē)削σb=0.637GPa碳鋼時(shí)，

T=

CT

v5

f

2.25

ap0.75由上式看出，切削用量↑，

T

↓，其中速度v對(duì)T影響最大，進(jìn)給量f次之，背吃刀量ap影響最小，與對(duì)溫度θ影響一致。5.刀具耐用度的合理選擇原則刀具耐用度的選擇依據(jù)最大生產(chǎn)率耐用度tp

：依據(jù)單件工序工時(shí)最低原則制定的刀具耐用度。經(jīng)濟(jì)耐用度tc

：依據(jù)單件工序成本最低原則制定的刀具耐用度。（1）.工序費(fèi)用與刀具耐用度的關(guān)系（2）.最大生產(chǎn)率耐用度tp原則單件工序工時(shí)最低，令dtw/dt=0tm：工序切削加工工時(shí)；tct：一次換刀所需時(shí)間；tot：除換刀以外的輔助時(shí)間；t：刀具耐用度（3）.經(jīng)濟(jì)耐用度tc原則單件工序費(fèi)用＝加工費(fèi)用＋換刀費(fèi)用＋刀具使用成本＋輔助費(fèi)用tm：工序切削加工工時(shí)；tct：一次換刀所需時(shí)間；tot：除換刀以外的輔助時(shí)間；M：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)工序分?jǐn)偟钠髽I(yè)費(fèi)用；Ct：刀具成本；t：刀具耐用度單件工序成本最低，令dC/dt=0其中m是刀具耐用度Vtm＝A中的指數(shù)，tc對(duì)于的速度為經(jīng)濟(jì)切削速度vc4.兩種刀具耐用度的比較

一般情況下，多采用刀具經(jīng)濟(jì)耐用度；

只有當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)緊迫或出現(xiàn)不平衡等薄弱環(huán)節(jié)時(shí)，才選用最大生產(chǎn)率耐用度。第三節(jié)提高生產(chǎn)率的途徑一、工件材料的切削加工性指材料被加工成合格零件的難易程度,是一個(gè)相對(duì)的概念

1、衡量材料切削加工性的方法

以刀具使用壽命T或切削速度vT來(lái)衡量

相同切削條件比T

；T一定，比速度vT

或切除材料體積

以切削力或切削溫度來(lái)衡量

粗加工、機(jī)床剛性或功率不足用力或功率;導(dǎo)熱差用溫度以已加工表面質(zhì)量來(lái)衡量

以斷屑性能來(lái)衡量

自動(dòng)機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)線等，斷屑性能是主要指標(biāo)

常用的衡量指標(biāo)：

（1）.切削速度vT：當(dāng)?shù)毒呤褂脡勖鼮門(mén)(min)時(shí)切削某種材料所允許的切削速度。

vT越高，材料的切削加工性越好。通常取T

=

60

min，

vT寫(xiě)作v60

；難加工材料，vT為v15或v30。（2）.相對(duì)加工性Kr：以σb=0.637GPa的45鋼的v60作為基準(zhǔn)，寫(xiě)作(v60)j，將某種材料的v60與其相比的比值，即

Kr

＝

v60/(v60)j

Kr僅反映不同材料對(duì)刀具使用壽命的影響程度，并未反映表面粗糙度和斷屑問(wèn)題，僅對(duì)選擇切削速度有指導(dǎo)意義。若以某材料的Kr乘以45鋼的切削速度即得該材料的許用切削速度。

2、工件材料的物理力學(xué)性能對(duì)加工性的影響例45鋼

1Cr18Ni9Ti

3、常用金屬材料的切削加工性（1）有色金屬普通鋁及鋁合金、銅及銅合金，強(qiáng)度硬度低，導(dǎo)熱性好，易切削。（2）鑄鐵白口鑄鐵硬度高（HBS600)，難切削；灰口鑄鐵硬度適中，強(qiáng)度塑性小，切削力較小，但高硬度碳化物對(duì)刀具有擦傷，崩碎切屑，切削力熱集中刀刃上且有波動(dòng)，刀具磨損率并不低，應(yīng)采用低于加工鋼的切削速度。球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵的強(qiáng)度塑性比灰鐵高，切削性良好工件表面若有硬皮應(yīng)進(jìn)行退火處理。（3）結(jié)構(gòu)鋼

碳素結(jié)構(gòu)鋼切削加工性取決于含碳量。

低碳鋼硬度低，塑韌性高，變形大，斷屑難，粘屑，加工表面粗糙，加工性較差；

高碳鋼硬度高，塑性低，切削力大，溫度高，刀具耐用度低，加工性差；

中碳鋼性能適中，加工性良好。合金結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度硬度提高，切削加工性變差。（4）難加工材料高強(qiáng)度硬度，高塑性韌性或高脆性，耐高溫，導(dǎo)熱性差。切削力大，溫度高，刀具磨損快，斷屑難，加工性差。4、改善切削加工性的途徑（1）改善材料切削加工性調(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（2）改善切削加工條件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。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；選擇切削加工性好的材料狀態(tài)

低碳鋼選冷拔狀態(tài)；中碳鋼選熱軋狀態(tài)二、切削液1．切削液的作用（1）潤(rùn)滑作用切削液能在刀具的前、后刀面與工件之間形成一層潤(rùn)滑薄膜，可減少或避免刀具與工件或切屑間的直接接觸，減輕摩擦和黏結(jié)程度，因而可以減輕刀具的磨損，提高工件表面的加工質(zhì)量。切削速度對(duì)切削液的潤(rùn)滑效果影響最大，一般速度越高，切削液的潤(rùn)滑效果越低。切削厚度越大，材料強(qiáng)度越高，潤(rùn)滑效果越差。（2）冷卻作用流出切削區(qū)的切削液帶走大量的熱量，從而降低工件與刀具的溫度，提高刀具耐用度，減少熱變形，提高加工精度。不過(guò)切削液對(duì)刀具與切屑界面的影響不大，試驗(yàn)表明，切削液只能縮小刀具與切屑界面的高溫區(qū)域，并不能降低最高溫度，一般的澆注方法主要冷卻切屑。切削液如噴注到刀具副后面處，將對(duì)刀具和工件的冷卻效果更好。切削液的冷卻性能取決于它的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、汽化熱、氣化速度及流量、流速等。切削液自身溫度對(duì)冷卻效果影響很大。（3）清洗作用

在車(chē)、銑、磨削、鉆等加工時(shí)，常澆注和噴射切削液來(lái)清洗機(jī)床上的切屑和雜物，并將切屑和雜物帶走。

（4）防銹作用

一些切削液中加入了防銹添加劑，它能與金屬表面起化學(xué)反應(yīng)而生成一層保護(hù)膜，從而起到防銹的作用。2．切削液添加劑及切削液分類(lèi)（1）切削液添加劑①、油性添加劑

作用：?jiǎn)渭兊V物油與金屬的吸附力差，潤(rùn)滑效果不好，如在礦物油中添加油性添加劑，將改善潤(rùn)滑作用。動(dòng)植物油、皂類(lèi)、胺類(lèi)等與金屬吸附力強(qiáng)，形成的物理吸附油膜較牢固，是理想的油性添加劑。物理吸附油膜在溫度較高時(shí)將失去吸附能力，因此一般油性添加劑切削液在200℃以下使用。②、極壓添加劑主要利用添加劑中的化合物，在高溫下與加工金屬快速反應(yīng)形成化學(xué)吸附膜，從而起固體潤(rùn)滑劑作用。目前常用的添加劑中一般含氯、硫和磷等化合物。由于化學(xué)吸附膜與金屬結(jié)合牢固，一般在400℃～800℃高溫仍起作用。硫與氯的極壓切削油分別對(duì)有色金屬和鋼鐵有腐蝕作用，應(yīng)注意合理使用。③、乳化液

乳化液是一種有機(jī)化合物，它使礦物油微小顆粒穩(wěn)定分散在水中，形成穩(wěn)定的水包油乳化液。表面活性劑除起乳化作用外，還能吸附在金屬表面，形成潤(rùn)滑膜，起潤(rùn)滑作用。（2）切削液的種類(lèi)非水溶性切削油切削液乳化液水溶性水溶液①、切削油切削油分為兩類(lèi)：

A、以礦物油為基體加入油性添加劑的混和油，一般用于低速切削有色金屬及磨削中；

B、極壓切削油，是在礦物油中添加極壓添加劑制成，適用于重切削和難加工材料的切削。②、乳化液乳化液：用乳化油加70％～98％的水稀釋而成的乳白色或半透明狀液體，它由切削油加乳化劑制成。乳化液具有良好的冷卻和潤(rùn)滑性能。乳化液的稀釋程度根據(jù)用途定。濃度高潤(rùn)滑效果好，但冷卻效果差；濃度低，冷卻效果好，潤(rùn)滑效果差。③、水溶液水溶液的主要成分是水，為具有良好的防銹性能和一定的潤(rùn)滑性能，常加入一定的添加劑（如亞硝酸鈉、硅酸鈉等）。常用的水溶液有電介質(zhì)水溶液和表面活性水溶液。

A、電介質(zhì)水溶液是在水中加入電介質(zhì)作為防銹劑；

B、表面活性水溶液是加入皂類(lèi)等表面活性物質(zhì)，增強(qiáng)水溶液的潤(rùn)滑作用。3．切削液的選用原則（1）粗加工

粗加工時(shí)，切削用量大，產(chǎn)生的切削熱量多，容易使刀具迅速磨損。此類(lèi)加工一般采用冷卻作用為主的切削液，如離子型切削液或3％～5％乳化液。切削速度較低時(shí)，刀具以機(jī)械磨損為主，宜選用潤(rùn)滑性能為主的切削液；速度較高時(shí)，刀具主要是熱磨損，應(yīng)選用冷卻為主的切削液。硬質(zhì)合金刀具耐熱性好，熱裂敏感，可以不用切削液。如采用切削液，必須連續(xù)、充分澆注，以免冷熱不均產(chǎn)生熱裂紋而損傷刀具。

（2）精加工精加工時(shí)，切削液的主要作用：提高工件表面加工質(zhì)量和加工精度。加工一般鋼件，在較低的速度（6.0m/min～30m/min）情況下，宜選用極壓切削油或10％～12％極壓乳化液，以減小刀具與工件之間的摩擦和粘結(jié)，抑制積屑瘤。精加工銅及其合金、鋁及合金或鑄鐵時(shí)：宜選用粒子型切削液或10％～12％乳化液，以10％～12％極壓乳化液，以降低加工表面粗糙度。注意：A、加工銅材料時(shí)，不宜采用含硫切削液，因?yàn)榱驅(qū)︺~有腐蝕作用。B、加工鋁時(shí)，也不適于采用含硫與氯的切削液，因?yàn)檫@兩種元素宜與鋁形成強(qiáng)度高于鋁的化合物，反而增大刀具與切屑間的摩擦。也不宜采用水溶液，因高溫時(shí)水會(huì)使鋁產(chǎn)生針孔。（3）難加工材料的切削一般處于高溫高壓的邊界潤(rùn)滑摩擦狀態(tài)，應(yīng)選用潤(rùn)滑性能好的極壓切削油或高濃度的極壓乳化液。當(dāng)用硬質(zhì)合金刀具高速切削時(shí)，可選用冷卻作用為主的低濃度乳化液。

三、刀具幾何參數(shù)的合理選擇

刀具的切削角度刀面的形式切削刃的形式刃區(qū)形式

刀具的幾何參數(shù)

所謂刀具的”合理“幾何參數(shù)，是指在保證加工質(zhì)量的前提下，能夠獲得最高刀具耐用度，從而能夠達(dá)到提高切削效率，降低生產(chǎn)成本的目的的幾何參數(shù)。全面考慮，綜合分析

1.前角的選擇

(1).前角的作用

γ0↑→變形程度↓→F↓q↓→θ↓→T↑振動(dòng)↓質(zhì)量↑

刀刃和刀頭強(qiáng)度↓散熱面積容熱體積↓斷屑困難在一定的條件下，存在一個(gè)合理值對(duì)于不同的刀具材料和工件材料，T隨γ0的變化趨勢(shì)為駝峰形。高速鋼的合理前角比Y合金的大。加工塑材的合理前角比脆材的大2.合理前角的選擇原則①粗加工、斷續(xù)切削、刀材強(qiáng)度韌性低工材強(qiáng)度硬度高，選較小的前角；②工材塑韌性大、系統(tǒng)剛性差，易振動(dòng)或機(jī)床功率不足，選較大的前角；③成形刀具、自動(dòng)線刀具取小前角；④Aγ磨損增大前角，Aα磨損減小前角（二）后角的選擇

1.后角的作用

α0↑→rn↓鋒利、

lα↓摩擦F↓→

質(zhì)量↑

VB一定，磨損體積↑→T↑但NB↑

刀頭強(qiáng)度↓散熱體積↓重磨體積↑

在一定的條件下，存在一個(gè)合理值2.合理后角的選擇原則①粗加工、斷續(xù)切削、工材強(qiáng)度硬度高，選較小后角,已用大負(fù)前角應(yīng)↑α0

；②精加工取較大后角，保證表面質(zhì)量；③成形、復(fù)雜、尺寸刀具取小后角；④系統(tǒng)剛性差，易振動(dòng)，取較小后角；⑤工材塑性大取較大后角，脆材↓α0

（三）主偏角的選擇

1.主偏角的作用

κr↓→ac↓aw↑→單位刃長(zhǎng)負(fù)荷↓→

T↑

刀尖強(qiáng)度↑散熱體積↑，Ra↓

Fp↑→變形↑加工精度↓，易振動(dòng)→Ra↑，T↓

在一定的條件下，存在一個(gè)合理值2.合理主偏角的選擇原則①主要看系統(tǒng)剛性。若剛性好，不易變形和振動(dòng)，κr取較小值；若剛性差（細(xì)長(zhǎng)軸），κr取較大值（90°）；②考慮工件形狀、切屑控制、減小沖擊等，車(chē)臺(tái)階軸，取

90°；鏜盲孔＞90°；κr小切屑成長(zhǎng)螺旋屑不易斷；較小κr，改善刀具切入條件，不易造成刀尖沖擊。（四）副偏角的選擇副偏角的主要作用是形成已加工表面。

副偏角↓→

Ra↓刀尖強(qiáng)度↑散熱體積↑

副刃工作長(zhǎng)度↑→

摩擦↑Fp↑易振