第2章 金屬切削過程

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1、 第二章 金屬切削過程第一節(jié)第一節(jié) 金屬切削刀具基礎(chǔ)金屬切削刀具基礎(chǔ)金屬切削加工的目的：金屬切削加工的目的：使被加工零件的尺寸精度、形狀和位置精度、表使被加工零件的尺寸精度、形狀和位置精度、表面質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)與使用要求面質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)與使用要求。金屬切削加工要切除工件上多余的金屬，形成已加工表面，必須具備兩個基本條件：切削運(yùn)動(造型運(yùn)動)和刀具(幾何形態(tài))。造型運(yùn)動的復(fù)雜程度將影響機(jī)床的結(jié)構(gòu)。刀具的復(fù)雜程度將影響刀具刃磨制造的難易程度，同時也會促進(jìn)刀具材料、刀具制造工藝的發(fā)展。一、金屬切削加工的基本概念一、金屬切削加工的基本概念 1.切削運(yùn)動切削運(yùn)動（1）主運(yùn)動主運(yùn)動由機(jī)床或人力提供的刀具與工件之

2、間主要的相對運(yùn)動,它使刀具切削刃及其鄰近的刀具表面切入工件材料，使被切削層轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?從而形成工件的新表面。在切削運(yùn)動中，主運(yùn)動速度最高、耗功最大，是切下切屑所必須的基本運(yùn)動。主運(yùn)動方向主運(yùn)動方向切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的瞬時主運(yùn)動方向。切削速度切削速度vc切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的主運(yùn)動的瞬時速度。刀具與工件之間附加的相對運(yùn)動,它配合主運(yùn)動依次地或連續(xù)不斷地切除切屑,從而形成具有所需幾何特性的已加工表面。進(jìn)給運(yùn)動可由刀具完成(如車削)，也可由工件完成(如銑削)，可以是間歇的（如刨削）,也可以是連續(xù)的（如車削）。（2）進(jìn)給運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動方向進(jìn)給運(yùn)動方向切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的瞬時進(jìn)給方

3、向。進(jìn)給速度進(jìn)給速度vf 切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的進(jìn)給運(yùn)動的瞬時速度。主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動合成的運(yùn)動稱為合成切削運(yùn)動。（3）合成切削運(yùn)動）合成切削運(yùn)動各種切削加工的切削運(yùn)動各種切削加工的切削運(yùn)動切削刃相對于工件的運(yùn)動過程切削刃相對于工件的運(yùn)動過程,就是表面形成過程。就是表面形成過程。在這個過程中在這個過程中,切削刃相對于工切削刃相對于工件的運(yùn)動軌跡面就是工件上的加工表件的運(yùn)動軌跡面就是工件上的加工表面和已加工表面。面和已加工表面。有兩個要素，一是切削刃有兩個要素，一是切削刃,二是二是切削運(yùn)動。切削運(yùn)動。不同的切削運(yùn)動的組合不同的切削運(yùn)動的組合,即可形成即可形成各種工件表面。各種工件表面。2、切削

4、加工過程中的工件表面、切削加工過程中的工件表面 車削加工是一種最常見的、典型的切削加工方法。車削加工過程中工件上有三個不斷變化著的表面。（1）待加工表面待加工表面工件上待切除的表面。（2）已）已加工表面加工表面工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的新表面。（3）過渡表面）過渡表面工件上切削刃正在切削的表面。它是待加工表面和已加工表面之間的過渡表面。3、切削要素、切削要素切削要素主要指控制切削過程的切削用量要素和在切削過程中由余量變成切屑的切削層參數(shù)。（1）切削用量要素）切削用量要素切削速度切削速度對切削運(yùn)動定量描述的重要指標(biāo)之一。外圓車削的切削速度為vc=dwn/1000進(jìn)給量進(jìn)給量是指刀具在進(jìn)給運(yùn)動方向上

5、相對工件的位移量。當(dāng)主運(yùn)動是回轉(zhuǎn)運(yùn)動時，進(jìn)給量指工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周，兩者沿進(jìn)給方向的相對位移量，單位為mm/r；當(dāng)主運(yùn)動是直線運(yùn)動時，進(jìn)給量指刀具或工件每往復(fù)直線運(yùn)動一次，兩者沿進(jìn)給方向的相對位移量，單位為mm/str或mm/單行程；對于多齒的旋轉(zhuǎn)刀具對于多齒的旋轉(zhuǎn)刀具(如銑刀、切齒刀如銑刀、切齒刀)，常用每齒進(jìn)給量常用每齒進(jìn)給量 f fz z，單位為單位為mm/zmm/z或或mm/mm/齒。齒。它與進(jìn)給量它與進(jìn)給量f f的關(guān)系為的關(guān)系為 f f=z=zf fz z 車削時進(jìn)給速度車削時進(jìn)給速度v vf f可由下式計(jì)算可由下式計(jì)算 v vf f=f fn n銑削時進(jìn)給速度為銑削時進(jìn)給速度為

6、v vf f=f fn=zn=zf fz zn n合成切削速度合成切削速度v ve e可表達(dá)為可表達(dá)為 v vc c=v=ve e+v+vf f 背吃刀量背吃刀量a ap p在基面上垂直于進(jìn)給運(yùn)動方向測量的切削層最大尺寸,外圓車削:ap(dw-dm)/2 v vc c、f f、a ap p 構(gòu)成了普通外圓車削的構(gòu)成了普通外圓車削的切削用量三要切削用量三要素素。材料切除率，用材料切除率，用Q Qz z表示表示三要素的乘積作為衡量指標(biāo)，單位為mm3/min，Qz=1000vcfap（2 2）切削層參數(shù)切削層參數(shù) 切削層是指在切削過程中，切削層是指在切削過程中，由刀具在切削部分的一個單一由刀具在切削

7、部分的一個單一動作（或指切削部分切過工件動作（或指切削部分切過工件的一個單程，或指只產(chǎn)生一圈的一個單程，或指只產(chǎn)生一圈過渡表面的動作）所切除的工過渡表面的動作）所切除的工件材料層件材料層（圖22）。切削層公稱厚度切削層公稱厚度h hD D 垂直于正在加工的垂直于正在加工的表面（過渡表面）度量表面（過渡表面）度量的切削層參數(shù)。的切削層參數(shù)。h hD Df fsinKsinKr r切削層公稱寬度切削層公稱寬度b bD D平行于正在加平行于正在加工的表面（過工的表面（過渡表面）度量渡表面）度量的切削層參數(shù)。的切削層參數(shù)。b bD Da ap psinKsinKr r圖圖 車削時的切削層尺寸車削時的切

8、削層尺寸切削層公稱橫截面積切削層公稱橫截面積A AD D在切削層參數(shù)平面內(nèi)度量的橫截面積。ADhDbD=apf上述公式中可看出上述公式中可看出 h hD D、b bD D均與主偏角有均與主偏角有關(guān)，但切削層公稱橫截面積關(guān)，但切削層公稱橫截面積A AD D只與只與h hD D、b bD D或或f f、a ap p有關(guān)。有關(guān)。二、刀具角度二、刀具角度（一）刀具的構(gòu)成（一）刀具的構(gòu)成 由工作部分和非工作部分構(gòu)成。由工作部分和非工作部分構(gòu)成。車刀的工作部分(刀頭)比較簡單，只由切削部分構(gòu)成，非工作部分就是車刀的柄部(或刀桿)。不論刀具結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，就其單刀齒切削部分，都可以看成由外圓車刀的切削部分演變

9、而來，本節(jié)以外圓車刀為例來介紹其幾何參數(shù)。前刀面前刀面A：刀具上切屑流經(jīng)的表面。刀具上切屑流經(jīng)的表面。主后刀面主后刀面A：刀具上與加工刀具上與加工 （過渡）表面相（過渡）表面相 對的表面，同前對的表面，同前 刀面相交形成主刀面相交形成主 切削刃的后刀面。切削刃的后刀面。前刀面前刀面主后刀面主后刀面副后刀面副后刀面副后刀面副后刀面A：刀具上與已加工刀具上與已加工 表面相對的表面，表面相對的表面，同前刀面相交形同前刀面相交形 成副切削刃的后成副切削刃的后 刀面。刀面。刀具切削部分的基本定義刀具切削部分的基本定義:三面、兩刃、一尖三面、兩刃、一尖刀尖刀尖主切削刃：主切削刃：始于切削刃上主偏始于切削刃

10、上主偏角為零的點(diǎn)，至少有一段擬用來角為零的點(diǎn)，至少有一段擬用來在工件上切出過渡表面的整段切在工件上切出過渡表面的整段切削刃，即前刀面與主后刀面的交削刃，即前刀面與主后刀面的交線。承擔(dān)主要切削任務(wù)。線。承擔(dān)主要切削任務(wù)。副切削刃：副切削刃：始于切削刃始于切削刃上主偏角為零的點(diǎn)并向背上主偏角為零的點(diǎn)并向背離主切削刃方向延伸的切離主切削刃方向延伸的切削刃，即前刀面與副后刀削刃，即前刀面與副后刀面的交線，起一定的切削面的交線，起一定的切削作用。作用。主切削刃主切削刃刀尖：刀尖：主切削刃與副切削刃的連接處相當(dāng)少的一部分主切削刃與副切削刃的連接處相當(dāng)少的一部分切削刃。為增加刀尖強(qiáng)度，通常磨成一小段過渡圓弧

11、。切削刃。為增加刀尖強(qiáng)度，通常磨成一小段過渡圓弧。三面、兩刃、一尖三面、兩刃、一尖副后刀面副后刀面前刀面前刀面副切削刃副切削刃主后刀面主后刀面兩刃、一尖：兩刃、一尖：（二）刀具標(biāo)注角度（二）刀具標(biāo)注角度1 1刀具標(biāo)注角度參考系刀具標(biāo)注角度參考系在設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測量時，用于定義刀具幾何參數(shù)的參考系稱為刀具靜止參考系或標(biāo)注角度參考系。在該參考系中定義的角度稱為刀具的標(biāo)注角度。靜止參考系中最常用的刀具標(biāo)注角度參考系是正交平正交平面參考系面參考系,其它參考系有法平面參考系、假定工作平面參考系等。正交平面正交平面切削平面切削平面基面基面a、基面基面Pr：通過切削刃選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)假定主運(yùn)動方：通過

12、切削刃選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)假定主運(yùn)動方向向 的平面。它平行于刀具安裝的一個平面。的平面。它平行于刀具安裝的一個平面。b、切削平面切削平面Ps：通過切削刃選定點(diǎn)，與切削刃相切并同時垂：通過切削刃選定點(diǎn)，與切削刃相切并同時垂直直 于基面的平面。于基面的平面。c、正交平面正交平面Po：通過切削刃選定點(diǎn)并同時垂直：通過切削刃選定點(diǎn)并同時垂直于于 基面和切削平面的平面?；婧颓邢髌矫娴钠矫妗＃? 1）基面中測量的刀具角度）基面中測量的刀具角度1）主偏角r 主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動速度vf 方向之間的夾角。2）副偏角r 副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動速度vf反方向之間的夾角。2 2刀具標(biāo)注角度刀具

13、標(biāo)注角度主偏角主偏角r r副偏角副偏角r r在基面內(nèi)測量在基面內(nèi)測量（2 2）正交平面中測量的刀具角度）正交平面中測量的刀具角度1)前角O 前面與基面之間的夾角。2)后角o 后面與切削平面之間的夾角。前角前角0基面投影線基面投影線前刀面投影線前刀面投影線切削平面切削平面投影線投影線主后刀面主后刀面投影線投影線后角后角0（3）切削平面中測量的刀具角度）切削平面中測量的刀具角度1）刃傾角s 主切削刃與基面之間的夾角。它在切削平面內(nèi)標(biāo)注或測量，但有正負(fù)之分。當(dāng)主切削刃與基面平行時s=0；當(dāng)?shù)都恻c(diǎn)相對基面處于主切削刃上的最高點(diǎn)時s 0；反之s 0。基面投影線基面投影線主切削刃主切削刃刃傾角刃傾角s3.

14、刀具工作角度刀具工作角度刀具在工作參考系中確定的角度稱為刀具工作角度。研究刀具工作角度的變化趨勢，對刀具的設(shè)計(jì)、改進(jìn)、革新有重要的指導(dǎo)意義。與靜態(tài)系統(tǒng)中正交平面參考系建立的定義和程序相似，不同點(diǎn)就在于它以合成切削運(yùn)動e或刀具安裝位置條件來確定工作參考系的基面pre。由于工作基面的變化，將帶來工作切削平面pse的變化，從而導(dǎo)致工作前角oe、工作后角oe 的變化。(1)工作基面pre 通過切削刃上的考查點(diǎn)，垂直于合成切削運(yùn)動速度方向的平面。(2)工作切削平面pse通過切削刃上的考查點(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通過切削刃上的考查點(diǎn)，同時垂直于工作基面、工作切削平面

15、的平面。1 1）橫向進(jìn)給運(yùn)動對工作前、后角的影響）橫向進(jìn)給運(yùn)動對工作前、后角的影響（1 1）進(jìn)給運(yùn)動對工作前、后角的影響）進(jìn)給運(yùn)動對工作前、后角的影響進(jìn)給量進(jìn)給量f 越大，越大，越大；工件切越大；工件切削直徑越小，削直徑越小，越大；從而工作越大；從而工作前角前角oeoe增大、增大、工作后角工作后角oeoe減減小。小。2 2）軸向進(jìn)給運(yùn)動對工作前、后角的影響）軸向進(jìn)給運(yùn)動對工作前、后角的影響 軸向進(jìn)給車外圓時，合成切削運(yùn)動產(chǎn)生的加工軌跡，oe=o+oe=o-從而使工作前角oe增大、工作后角oe 減小。v用刃傾角s=0車刀車削外圓時，由于車刀的刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置發(fā)生變化，工

16、作前角oe增大，而工作后角oe減小。v若切削刃低于工件中心，則工作角度的變化情況正好相反。v加工內(nèi)表面時，情況與加工外表面相反。（2 2）刀具安裝位置對刀具工作角度的影響刀具安裝位置對刀具工作角度的影響1)1)刀尖安裝高低對工作前、后角的影響刀尖安裝高低對工作前、后角的影響v當(dāng)?shù)稐U中心線與進(jìn)給運(yùn)動方向不垂直且逆時針轉(zhuǎn)動G角時，工作主偏角將增大，工作副偏角將減小。2 2）刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響）刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響三、刀具材料三、刀具材料 金屬切削過程除了要求刀具具有適當(dāng)?shù)膸缀谓饘偾邢鬟^程除了要求刀具具有適當(dāng)?shù)膸缀螀?shù)外，還要求刀具材料對工件要有良好的切削參數(shù)外，還要求

17、刀具材料對工件要有良好的切削性能。性能。刀具切削性能的優(yōu)劣，不僅取決于刀具切削刀具切削性能的優(yōu)劣，不僅取決于刀具切削部分的幾何參數(shù)，還取決于刀具切削部分所選配部分的幾何參數(shù)，還取決于刀具切削部分所選配的刀具材料。的刀具材料。金屬切削過程中的加工質(zhì)量、加工效率、加金屬切削過程中的加工質(zhì)量、加工效率、加工成本，在很大程度上取決于刀具材料的合理選工成本，在很大程度上取決于刀具材料的合理選擇。因此，材料、結(jié)構(gòu)和幾何形狀是構(gòu)成刀具切擇。因此，材料、結(jié)構(gòu)和幾何形狀是構(gòu)成刀具切削性能評估的三要素。削性能評估的三要素。（一）（一）刀具材料應(yīng)具備的性能刀具材料應(yīng)具備的性能（1 1）高的硬度和耐磨性）高的硬度和耐

18、磨性（2 2）足夠的強(qiáng)度和韌性）足夠的強(qiáng)度和韌性（3 3）高的耐熱性與化學(xué)穩(wěn)定性）高的耐熱性與化學(xué)穩(wěn)定性（4 4）有鍛造、焊接、熱處理、磨削加工等良好的工藝性有鍛造、焊接、熱處理、磨削加工等良好的工藝性（5 5）導(dǎo)熱性好，有利于切削熱傳導(dǎo)，降低切削區(qū)溫度，導(dǎo)熱性好，有利于切削熱傳導(dǎo)，降低切削區(qū)溫度，延長刀具壽命，便于刀具的制造，資源豐富，價格低廉。延長刀具壽命，便于刀具的制造，資源豐富，價格低廉。（二）（二）常用刀具材料常用刀具材料工具鋼工具鋼包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼。硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金有鎢鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金和鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金。陶瓷陶瓷超硬刀具材料超硬刀具材料 推廣使

19、用新型刀具材料如涂層刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼等。1 1高速鋼高速鋼它是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高它是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金鋼。合金鋼。熱處理后硬度可達(dá)熱處理后硬度可達(dá)62626 67HRC,7HRC,抗彎強(qiáng)度約抗彎強(qiáng)度約3.33.3GPaGPa，有較高的熱穩(wěn)定性有較高的熱穩(wěn)定性 、耐磨性、耐磨性 、耐熱性。切削溫度、耐熱性。切削溫度在在500500650650C C時仍能進(jìn)行切削。時仍能進(jìn)行切削。由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別適合于制由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別適合于制造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成形

20、車刀、銑刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。按用途可分為：通用高速鋼和高性能高速鋼。按制造工藝可分為:熔煉高速鋼、粉末冶金高速鋼和表面涂層高速鋼。按基本化學(xué)成份可分為:鎢系和鉬系。（1 1）高速鋼的分類）高速鋼的分類 （2）常用高速鋼的牌號與性能）常用高速鋼的牌號與性能v通用型高速鋼 W18Cr4V(18-4-1)由于鎢價高，熱塑性差，碳化物分布不均勻等原因，目前國內(nèi)外已很少采用。v高性能高速鋼 高性能高速鋼是指在通用型高速鋼中增加碳、釩、鈷或鋁等合金元素，使其常溫硬度可達(dá)6770HRC，耐磨性與熱穩(wěn)定性進(jìn)一步提高?？梢杂糜诩庸げ讳P鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強(qiáng)度鋼等

21、難加工材料。典型牌號有M42、501。v粉末冶金高速鋼 粉末冶金高速鋼是用高壓氬氣或純氮?dú)忪F化熔融的高速鋼鋼水而得到細(xì)小的高速鋼粉末，然后再熱壓鍛軋制成。適用于制造精密刀具、大尺寸(滾刀、插齒刀)刀具、復(fù)雜成形刀具、拉刀等。高速鋼的主要物理力學(xué)性能見表2-1(p25)。硬質(zhì)合金以其優(yōu)良的性能被廣泛用作刀具材料。硬質(zhì)合金以其優(yōu)良的性能被廣泛用作刀具材料。大多數(shù)車刀、端銑刀等均由硬質(zhì)合金制造；大多數(shù)車刀、端銑刀等均由硬質(zhì)合金制造；硬質(zhì)合金是由高硬度和高熔點(diǎn)的金屬碳化物硬質(zhì)合金是由高硬度和高熔點(diǎn)的金屬碳化物(碳化碳化鎢鎢WCWC、碳化鈦碳化鈦TiCTiC、碳化鉭碳化鉭TaCTaC、碳化鈮碳化鈮NbC

22、NbC等等)和金和金屬粘結(jié)劑屬粘結(jié)劑(CoCo、MoMo、NiNi等等)用粉末冶金工藝制成。用粉末冶金工藝制成。硬質(zhì)合金刀具常溫硬度為硬質(zhì)合金刀具常溫硬度為89899393HRAHRA，化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達(dá)好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達(dá)80080010001000C C。硬質(zhì)合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高硬質(zhì)合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高5 51010倍倍 。2 2硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金鎢鈷類（鎢鈷類（WC+Co）；）；鎢鈦鈷類（鎢鈦鈷類（WC+TiC+Co）；）；添 加 稀 有 金 屬 碳 化 物 類添 加 稀 有 金 屬 碳 化 物 類（WC+T

23、iC+TaC+（NbC）+Co）；）；碳化鈦基類（碳化鈦基類（TiC+WC+Ni+Mo）。）。（1 1）硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的分類的分類 （2）常用硬質(zhì)合金的牌號及其性能）常用硬質(zhì)合金的牌號及其性能v鎢鈷類硬質(zhì)合金 代號為YG，屬K類。合金中含鈷量愈高，韌性愈好，適合于粗加工，反之用于精加工。YG(K)類硬質(zhì)合金，有較好的韌性、磨削性、導(dǎo)熱性，適合于加工產(chǎn)生崩碎切屑及有沖擊載荷的脆性金屬材料。v鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金 代號為YT，屬P類。它以WC為基體,添加TiC，用Co作粘結(jié)劑燒結(jié)而成。合金中TiC含量提高，Co含量就低，其硬度、耐磨性和耐熱性進(jìn)一步提高，但抗彎強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、特別是沖擊韌性明顯下降，適

24、合于精加工。v鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金 代號為YW，屬M(fèi)類。它在YT(P)類硬質(zhì)合金中加入TaC或NbC，這樣可提高抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、抗氧化能力、耐磨性和高溫硬度等。它既適用于加工脆性材料，又適用于加工塑性材料。v常用硬質(zhì)合金的牌號與性能見表常用硬質(zhì)合金的牌號與性能見表2-2（p27)。3 3涂層刀具材料涂層刀具材料在韌牲較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韌性。常用的涂層材料有TiC、TiN、Al203及其復(fù)合材料等,涂層厚度隨刀具材料不同而異。（1 1）TiCTiC涂層涂層 硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削時能產(chǎn)生氧化鈦膜，減

25、小摩擦及刀具磨損。（2 2）TiNTiN涂層涂層 在高溫時能產(chǎn)生氧化膜，與鐵基材料摩擦系數(shù)較小，抗粘結(jié)性能好，并能有效降低切削溫度。（3 3）TiCTiCTiNTiN復(fù)合涂層復(fù)合涂層第一層涂TiC，與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂TiN,減少表面層與工件間的摩擦。（4 4）TiC-AlTiC-Al2 20 03 3復(fù)合涂層復(fù)合涂層第一層涂TiC,與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂Al203可使刀具表面具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性能。目前單涂層刀片已很少應(yīng)用，大多采用目前單涂層刀片已很少應(yīng)用，大多采用TiC-TiN復(fù)復(fù)合涂層或合涂層或TiC-Al2O3-TiN三復(fù)合涂層。三復(fù)合涂層。4其它刀具材

26、料其它刀具材料以氧化鋁或以氮化硅為以氧化鋁或以氮化硅為基體再添加少量金屬，在基體再添加少量金屬，在高溫下燒結(jié)而成的一種刀高溫下燒結(jié)而成的一種刀具材料。具材料。其優(yōu)點(diǎn)是硬度高，耐磨其優(yōu)點(diǎn)是硬度高，耐磨性、耐高溫性能好，有良性、耐高溫性能好，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性，與金屬的親合力小、性，與金屬的親合力小、抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散能力強(qiáng)；抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散能力強(qiáng)；其缺點(diǎn)是脆性大、抗彎其缺點(diǎn)是脆性大、抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，易強(qiáng)度低，沖擊韌性差，易崩刃，所以使用范圍受到崩刃，所以使用范圍受到限制；限制；可用于鋼、鑄鐵類零件可用于鋼、鑄鐵類零件的車削、銑削加工。的車削、銑削加工。（1）陶瓷

27、刀具材料）陶瓷刀具材料（2）金剛石刀具材料）金剛石刀具材料 碳的同素異形體，在高溫、高壓下由石墨轉(zhuǎn)碳的同素異形體，在高溫、高壓下由石墨轉(zhuǎn)化而成，是目前人工制造出的最堅(jiān)硬物質(zhì)?；?，是目前人工制造出的最堅(jiān)硬物質(zhì)。由于硬度極高由于硬度極高，耐磨性好，切削刃口鋒利，耐磨性好，切削刃口鋒利，刃部表面摩擦系數(shù)較小，不易產(chǎn)生粘結(jié)或積屑刃部表面摩擦系數(shù)較小，不易產(chǎn)生粘結(jié)或積屑瘤，可用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷等硬度達(dá)瘤，可用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷等硬度達(dá)6570HRC的材料。的材料。也可用于加工高硬度的非金屬材料，如石材、也可用于加工高硬度的非金屬材料，如石材、壓縮木材、玻璃等，還可加工有色金屬，如鋁壓縮木材、玻

28、璃等，還可加工有色金屬，如鋁硅合金材料以及復(fù)合難加工材料的精加工或超硅合金材料以及復(fù)合難加工材料的精加工或超精加工。精加工。缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差，強(qiáng)度低、脆性大，缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差，強(qiáng)度低、脆性大，對振動敏感，只宜微量切削，與鐵有強(qiáng)烈對振動敏感，只宜微量切削，與鐵有強(qiáng)烈的化學(xué)親合力，不能用于加工鋼材。的化學(xué)親合力，不能用于加工鋼材。（3）立方氮化硼）立方氮化硼立方氮化硼（立方氮化硼（CBN）是一種人工合是一種人工合成的新型刀具材料，它由六方氮化硼成的新型刀具材料，它由六方氮化硼在高溫、高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)化而成。在高溫、高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)化而成。它有很高的硬度及耐磨性，熱穩(wěn)定它有很高的硬度及耐磨性，熱

29、穩(wěn)定性好，化學(xué)惰性大，與鐵系金屬在性好，化學(xué)惰性大，與鐵系金屬在1300時不易起化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)熱性好，時不易起化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)熱性好，摩擦系數(shù)低。摩擦系數(shù)低。因此可用于高溫合金、冷硬鑄鐵、因此可用于高溫合金、冷硬鑄鐵、淬硬鋼等難加工材料的加工。淬硬鋼等難加工材料的加工。應(yīng)當(dāng)指出，加工一般材料大量使應(yīng)當(dāng)指出，加工一般材料大量使用的仍是用的仍是普通高速鋼及硬質(zhì)合金普通高速鋼及硬質(zhì)合金，只有在加工難加工材料時，才考慮只有在加工難加工材料時，才考慮選用新牌號合金或高性能高速鋼，選用新牌號合金或高性能高速鋼，在加工高硬度材料或精密加工時，在加工高硬度材料或精密加工時，才考慮選用超硬材料。才考慮選用超硬材料。第

30、二節(jié)第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié) 金屬切削過程中的變形金屬切削過程中的變形金屬切削過程中的變形金屬切削過程中的變形金屬切削過程中的變形金屬切削過程中的變形 研究、掌握并能靈活應(yīng)用金屬切削基本理論研究、掌握并能靈活應(yīng)用金屬切削基本理論,對有效控制切削過程、保證加工精度和表面質(zhì)對有效控制切削過程、保證加工精度和表面質(zhì)量，提高切削效率、降低生產(chǎn)成本，合理改進(jìn)、量，提高切削效率、降低生產(chǎn)成本，合理改進(jìn)、設(shè)計(jì)刀具幾何參數(shù)，減輕工人的勞動強(qiáng)度等有設(shè)計(jì)刀具幾何參數(shù)，減輕工人的勞動強(qiáng)度等有重要的指導(dǎo)意義。重要的指導(dǎo)意義。一、切屑的形成過程一、切屑的形成過程1切削變形的力學(xué)本質(zhì)切削變形的力學(xué)本質(zhì) 切削金屬形成

31、切屑的切削金屬形成切屑的過程是一個類似于金屬材過程是一個類似于金屬材料受擠壓作用，產(chǎn)生塑性料受擠壓作用，產(chǎn)生塑性變形進(jìn)而產(chǎn)生剪切滑移的變形進(jìn)而產(chǎn)生剪切滑移的變形過程變形過程。2切屑三個變形區(qū)切屑三個變形區(qū) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)時的切根據(jù)實(shí)驗(yàn)時的切削層變形圖片可繪制削層變形圖片可繪制如圖所示的切削變形如圖所示的切削變形模型，模型，其變形大致可其變形大致可分為三個變形區(qū)。分為三個變形區(qū)。1.第一變形區(qū)第一變形區(qū) 塑性變形從始滑移面塑性變形從始滑移面OA開始至終滑移面開始至終滑移面OM終了，之間終了，之間形成形成AOM塑性變形區(qū)，由于塑性變形的主要特點(diǎn)是晶格間的塑性變形區(qū)，由于塑性變形的主要特點(diǎn)是晶格間的剪切滑

32、移，所以剪切滑移，所以AOM叫剪切區(qū)，也稱為叫剪切區(qū)，也稱為第一變形區(qū)（第一變形區(qū)（）。）。切屑沿刀具前面排出時會進(jìn)一步受到前刀面的阻礙，在切屑沿刀具前面排出時會進(jìn)一步受到前刀面的阻礙，在刀具和切屑界面之間存在強(qiáng)烈的擠壓和摩擦，使切屑底部靠刀具和切屑界面之間存在強(qiáng)烈的擠壓和摩擦，使切屑底部靠近前刀面處的金屬發(fā)生近前刀面處的金屬發(fā)生“纖維化纖維化”的二次變形。這部分區(qū)域的二次變形。這部分區(qū)域稱為稱為第二變形區(qū)（第二變形區(qū)（）。2.第二變形區(qū)第二變形區(qū) 在已加工表面上與刀具后面擠壓、摩擦形成的變形區(qū)在已加工表面上與刀具后面擠壓、摩擦形成的變形區(qū)域稱為域稱為第三變形區(qū)（第三變形區(qū)（）。由于刀具刃口不

33、可能絕對鋒利由于刀具刃口不可能絕對鋒利,鈍圓半徑的存在使切鈍圓半徑的存在使切削層參數(shù)中公稱切削厚度不可能完全切除，會有很小一部削層參數(shù)中公稱切削厚度不可能完全切除，會有很小一部分被擠壓到已加工表面，與刀具后刀面發(fā)生摩擦，并進(jìn)一分被擠壓到已加工表面，與刀具后刀面發(fā)生摩擦，并進(jìn)一步產(chǎn)生彈、塑性變形，從而影響已加工表面質(zhì)量。步產(chǎn)生彈、塑性變形，從而影響已加工表面質(zhì)量。3.第三變形區(qū)第三變形區(qū) 二、切削變形程度二、切削變形程度切屑的變形程度切屑的變形程度反映了切削力、反映了切削力、切削熱的大?。∏邢鳠岬拇笮?！也反映出切削表也反映出切削表面的粗糙度！面的粗糙度！z 用切削厚度壓縮比用切削厚度壓縮比 hh

34、ch/hD(1)表示表示在其它條件不變時，在其它條件不變時，h 愈大，表明切屑變形程度愈大，表明切屑變形程度愈大，切削力愈大，切屑溫度愈高，表面愈粗糙。愈大，切削力愈大，切屑溫度愈高，表面愈粗糙。也可用切屑變形系數(shù)也可用切屑變形系數(shù)lD/lch(1)表示表示增大前角、降低材料的塑性都可以減小增大前角、降低材料的塑性都可以減小h 或或1.變形系數(shù)變形系數(shù) h 剪切角剪切角 剪切面剪切面積積變形程度變形程度切削力切削力。剪切面剪切面 p與切削速度與切削速度(主運(yùn)動主運(yùn)動)方向之間的夾角稱為方向之間的夾角稱為剪切角，用剪切角，用表示表示 2.剪切角剪切角四、四、積屑瘤的形成及其對切削過程的影響積屑瘤

35、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,常在刀具前面刃口處粘常在刀具前面刃口處粘結(jié)一些工件材料結(jié)一些工件材料,形成一塊硬度很高的楔塊，稱之為形成一塊硬度很高的楔塊，稱之為積屑瘤積屑瘤。產(chǎn)生這種現(xiàn)象，是產(chǎn)生這種現(xiàn)象，是滯流層金屬不斷堆積的結(jié)果。滯流層金屬不斷堆積的結(jié)果。積屑瘤的產(chǎn)生以及它的積聚高度與金屬材料的硬化程度有積屑瘤的產(chǎn)生以及它的積聚高度與金屬材料的硬化程度有關(guān)，也與刀刃前區(qū)的溫度和壓力狀況有關(guān)。關(guān)，也與刀刃前區(qū)的溫度和壓力狀況有關(guān)。3）影響積屑瘤的因素）影響積屑瘤的因素2）積屑瘤的形成原因）積屑瘤的形成原因1）什么是積屑瘤）什么是積屑瘤圖圖31

36、2 積屑瘤高度與切削速度關(guān)系示意圖積屑瘤高度與切削速度關(guān)系示意圖4）積屑瘤對切削過程的影響）積屑瘤對切削過程的影響 v實(shí)際前角增大；實(shí)際前角增大；v增大切削厚度；增大切削厚度；v使加工表面粗糙度增大；使加工表面粗糙度增大；v對刀具壽命的影響。對刀具壽命的影響。一般積屑瘤對切削加工過程的影響是不利一般積屑瘤對切削加工過程的影響是不利的，的，在精加工時應(yīng)盡可能避免積屑瘤的產(chǎn)生，在精加工時應(yīng)盡可能避免積屑瘤的產(chǎn)生，但在粗加工時，有時可充分利用積屑瘤。但在粗加工時，有時可充分利用積屑瘤。采用低速或高速切削，采用低速或高速切削，由于切削速度是通過切削溫度由于切削速度是通過切削溫度影響積屑瘤的，以切削影響

37、積屑瘤的，以切削45鋼為例，在低速鋼為例，在低速vc3m/min和較高速度和較高速度vc60m/min范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)都較小，故范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)都較小，故不易形成積屑瘤；不易形成積屑瘤；采用高潤滑性的切削液，采用高潤滑性的切削液，使摩擦和粘結(jié)減少；使摩擦和粘結(jié)減少；適當(dāng)減少進(jìn)給量、增大刀具前角；適當(dāng)減少進(jìn)給量、增大刀具前角；適當(dāng)提高工件材料的硬度；適當(dāng)提高工件材料的硬度；提高刀具的刃磨質(zhì)量；提高刀具的刃磨質(zhì)量；合理調(diào)節(jié)各切削參數(shù)間關(guān)系，以防止形成中溫區(qū)域。合理調(diào)節(jié)各切削參數(shù)間關(guān)系，以防止形成中溫區(qū)域。5）抑制或消除積屑瘤的措施）抑制或消除積屑瘤的措施五、影響切屑變形的主要因素五、影響切屑變形的

38、主要因素1.工件材料的力學(xué)性能工件材料的力學(xué)性能 材料強(qiáng)度越高，塑性越材料強(qiáng)度越高，塑性越小，則變形系數(shù)越小，切削小，則變形系數(shù)越小，切削變形減小（變形減?。▓D圖圖圖圖圖）。）。2.切削用量切削用量（1）切削速度）切削速度 切削速度是通過積屑瘤的生長消失過程影響切削變形大小的。切削速度是通過積屑瘤的生長消失過程影響切削變形大小的。在積屑瘤增長的速度范圍內(nèi)在積屑瘤增長的速度范圍內(nèi),因積屑瘤導(dǎo)致實(shí)際工作前角增加、因積屑瘤導(dǎo)致實(shí)際工作前角增加、剪切角剪切角增大、變形系數(shù)減小。增大、變形系數(shù)減小。在積屑瘤消失的速度范圍內(nèi)，實(shí)際工作前角不斷減小、變形系在積屑瘤消失的速度范圍內(nèi)，實(shí)際工作前角不斷減小、變形

39、系數(shù)數(shù)不斷上升至最大值，此時積屑瘤完全消失。不斷上升至最大值，此時積屑瘤完全消失。（圖圖圖圖圖圖）在無積屑瘤的切削速度范圍，切削速度愈高，變形系數(shù)愈小。在無積屑瘤的切削速度范圍，切削速度愈高，變形系數(shù)愈小。切削鑄鐵等脆性金屬時切削鑄鐵等脆性金屬時,一般不產(chǎn)生積屑瘤。隨著切削速度增大，一般不產(chǎn)生積屑瘤。隨著切削速度增大，變形系數(shù)逐漸地減小。變形系數(shù)逐漸地減小。圖圖 工件材料強(qiáng)度對變形系數(shù)的影響工件材料強(qiáng)度對變形系數(shù)的影響圖圖 切削速度對變形系數(shù)的影響切削速度對變形系數(shù)的影響（2）進(jìn)給量）進(jìn)給量 當(dāng)進(jìn)給量當(dāng)進(jìn)給量f增大時，切削層增大時，切削層厚度厚度hD增大，切屑的平均增大，切屑的平均變形減小，變

40、形系數(shù)變形減小，變形系數(shù)減小減小(圖圖圖圖圖圖)。3.刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)（1）前角）前角0前角增大，剪切角前角增大，剪切角增大，增大，而剪切角越大，則變形而剪切角越大，則變形系數(shù)系數(shù)減小。減小。變形系數(shù)與前角之間的變形系數(shù)與前角之間的關(guān)系如關(guān)系如圖圖圖圖圖圖所示。所示。(2)刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑r刀尖圓弧半徑越大，刀尖圓弧半徑越大，變形系數(shù)變形系數(shù)越大，切削越大，切削變形越大。（變形越大。（圖圖圖圖圖圖）圖圖 切削厚度與變形系數(shù)的關(guān)系切削厚度與變形系數(shù)的關(guān)系圖圖 前角對變形系數(shù)的影響前角對變形系數(shù)的影響圖圖 刀尖圓弧半徑對變形系數(shù)的影響刀尖圓弧半徑對變形系數(shù)的影響帶狀切屑帶狀切屑 最

41、常見的屑型之一（最常見的屑型之一（圖圖圖圖圖圖a a a）。）。外形特征：外形特征：它的內(nèi)表面是光滑的，外表面是毛茸茸的。它的內(nèi)表面是光滑的，外表面是毛茸茸的。形成條件：形成條件：一般加工塑性金屬材料，當(dāng)切削厚度較小、切削速一般加工塑性金屬材料，當(dāng)切削厚度較小、切削速 度較高、刀具前角較大時，會得到此類切屑。度較高、刀具前角較大時，會得到此類切屑。優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)：點(diǎn)：切削過程平穩(wěn)，切削力波動較小，已加工表面粗糙切削過程平穩(wěn)，切削力波動較小，已加工表面粗糙 度較小。度較小。缺缺 點(diǎn)：點(diǎn)：紊亂狀切屑纏繞在刀具或工件上影響加工過程。紊亂狀切屑纏繞在刀具或工件上影響加工過程。第三節(jié)第三節(jié) 切屑的類型及控制切

42、屑的類型及控制一、切削類型一、切削類型擠裂擠裂(節(jié)狀節(jié)狀)切屑切屑 外形特征：外形特征：刀屑接觸面有裂紋，外表面是鋸齒形。刀屑接觸面有裂紋，外表面是鋸齒形。形成條件：形成條件：這類切屑之所以呈鋸齒形，是由于它的第一變這類切屑之所以呈鋸齒形，是由于它的第一變形區(qū)較寬，在剪切滑移過程中滑移量較大。大多在低速、形區(qū)較寬，在剪切滑移過程中滑移量較大。大多在低速、大進(jìn)給、切削厚度較大、刀具前角較小時產(chǎn)生大進(jìn)給、切削厚度較大、刀具前角較小時產(chǎn)生(圖圖圖圖圖圖b b b)。單元單元(粒狀粒狀)切屑切屑 在擠裂在擠裂(節(jié)狀節(jié)狀)切屑產(chǎn)生的前提下切屑產(chǎn)生的前提下,當(dāng)進(jìn)一當(dāng)進(jìn)一步降低切削速度，增大進(jìn)給量，減小前角

43、時則出現(xiàn)單元步降低切削速度，增大進(jìn)給量，減小前角時則出現(xiàn)單元(粒粒狀狀)切屑切屑(圖圖圖圖圖圖c c c)。崩碎切屑崩碎切屑 切削脆性金屬切削脆性金屬(鑄鐵鑄鐵)時，常見的呈不規(guī)則細(xì)粒時，常見的呈不規(guī)則細(xì)粒狀的切屑。產(chǎn)生這種切屑會使切削過程不平穩(wěn)，易損壞刀狀的切屑。產(chǎn)生這種切屑會使切削過程不平穩(wěn)，易損壞刀具，使已加工表面粗糙。工件材料越是脆硬、進(jìn)給量越大具，使已加工表面粗糙。工件材料越是脆硬、進(jìn)給量越大則越容易產(chǎn)生這種切屑則越容易產(chǎn)生這種切屑(圖圖圖圖圖圖d d d)。(1)采用斷屑槽采用斷屑槽 使切屑應(yīng)變增大，切屑卷曲半徑減小。常使切屑應(yīng)變增大，切屑卷曲半徑減小。常見有折線形、直線圓弧形和全

44、圓弧形。見有折線形、直線圓弧形和全圓弧形。(2)改變刀具角度改變刀具角度 增加主偏角增加主偏角Kr，減小前角，減小前角0，有利于斷屑。有利于斷屑。刃傾角刃傾角s可控制切屑的流向?？煽刂魄行嫉牧飨颉?3)調(diào)整切削用量調(diào)整切削用量 提高進(jìn)給量提高進(jìn)給量f使切屑厚度增加，有利于斷屑，使切屑厚度增加，有利于斷屑，但會使表面粗糙度增大。降低切削速度可使切削變形增大，有但會使表面粗糙度增大。降低切削速度可使切削變形增大，有利于斷屑，但會降低材料切除效率。利于斷屑，但會降低材料切除效率。二、切削類型控制二、切削類型控制第四節(jié)第四節(jié) 切削力切削力一、切削力的來源、切削合力及分力、切削功率一、切削力的來源、切削

45、合力及分力、切削功率 切削過程中，刀具施加于切削過程中，刀具施加于工件使工件材料產(chǎn)生變形，并工件使工件材料產(chǎn)生變形，并使多余材料變?yōu)榍行妓璧牧Γ苟嘤嗖牧献優(yōu)榍行妓璧牧?，稱為切削力。稱為切削力。1.切削力的來源切削力的來源切削力來自于金屬切削過程中克服被加工切削力來自于金屬切削過程中克服被加工材料的彈、塑性變形抗力和摩擦阻力。材料的彈、塑性變形抗力和摩擦阻力。2.2.切削力的分解切削力的分解 通常將合力通常將合力F分解分解為相互垂直的三個分為相互垂直的三個分力：力：切削力切削力 Fc、進(jìn)給進(jìn)給力力 Ff、背向力背向力 Fp(圖圖圖圖圖圖)。切削力切削力Fz(Fc)（舊稱主切削力，用（舊稱主

46、切削力，用Fz表表示）示）總切削力在主運(yùn)動總切削力在主運(yùn)動方向的分力，是計(jì)算機(jī)床方向的分力，是計(jì)算機(jī)床切削功率、選配機(jī)床電機(jī)、切削功率、選配機(jī)床電機(jī)、校核機(jī)床主軸、設(shè)計(jì)機(jī)床校核機(jī)床主軸、設(shè)計(jì)機(jī)床部件及計(jì)算刀具強(qiáng)度等必部件及計(jì)算刀具強(qiáng)度等必不可少的參數(shù)。不可少的參數(shù)。背向力背向力 Fy（Fp）進(jìn)給力進(jìn)給力Fx(Ff)舊稱徑向分力，用舊稱徑向分力，用Fy表表示示 總切削力在垂直總切削力在垂直于工作平面方向的分力于工作平面方向的分力，是進(jìn)行加工精度分析，是進(jìn)行加工精度分析、計(jì)算工藝系統(tǒng)剛度以、計(jì)算工藝系統(tǒng)剛度以及分析工藝系統(tǒng)振動時及分析工藝系統(tǒng)振動時，所必須的參數(shù)。，所必須的參數(shù)。舊稱軸向分力，用舊

47、稱軸向分力，用Fx表示表示總切削力在進(jìn)給方向的總切削力在進(jìn)給方向的分力，是設(shè)計(jì)、校核機(jī)床分力，是設(shè)計(jì)、校核機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)，計(jì)算機(jī)床進(jìn)給進(jìn)給機(jī)構(gòu)，計(jì)算機(jī)床進(jìn)給功率不可缺少的參數(shù)功率不可缺少的參數(shù)圖圖 切削力的分解切削力的分解計(jì)算切削功率計(jì)算切削功率 Pc是用于核算加工成本和計(jì)算能量消是用于核算加工成本和計(jì)算能量消耗，并在設(shè)計(jì)機(jī)床時根據(jù)它來選擇機(jī)床主電動機(jī)功率。耗，并在設(shè)計(jì)機(jī)床時根據(jù)它來選擇機(jī)床主電動機(jī)功率。主運(yùn)動消耗的切削功率主運(yùn)動消耗的切削功率 PcFcc/6010-3（kW）機(jī)床電機(jī)功率機(jī)床電機(jī)功率 PE=Pcm（m0.750.85）。）。3切削功率切削功率切削力的大小計(jì)算有理論公式和經(jīng)驗(yàn)公式

48、。理論公式通常切削力的大小計(jì)算有理論公式和經(jīng)驗(yàn)公式。理論公式通常供定性分析用，一般使用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算切削力。供定性分析用，一般使用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算切削力。常用的經(jīng)驗(yàn)公式分為兩類：一類是用指數(shù)公式計(jì)算，另一常用的經(jīng)驗(yàn)公式分為兩類：一類是用指數(shù)公式計(jì)算，另一類是按單位切削力進(jìn)行計(jì)算。類是按單位切削力進(jìn)行計(jì)算。在金屬切削中廣泛應(yīng)用指數(shù)公式計(jì)算切削力。不同的加工在金屬切削中廣泛應(yīng)用指數(shù)公式計(jì)算切削力。不同的加工方式和加工條件下，切削力計(jì)算的指數(shù)公式可在切削用量手冊方式和加工條件下，切削力計(jì)算的指數(shù)公式可在切削用量手冊中查得。車削時的切削分力及切削功率的指數(shù)公式見中查得。車削時的切削分力及切削功率的指數(shù)公式見

49、表表表表表表。若已知單位切削力若已知單位切削力kc，即可求得單位切削功率，即可求得單位切削功率ps。表。表3-1為為硬質(zhì)合金外圓車刀切削常用金屬時的單位切削力和單位切削功硬質(zhì)合金外圓車刀切削常用金屬時的單位切削力和單位切削功率。實(shí)際切削條件與表中不符時率。實(shí)際切削條件與表中不符時,必須引入修正系數(shù)加以修正，必須引入修正系數(shù)加以修正，有關(guān)修正系數(shù)可參見相關(guān)手冊。有關(guān)修正系數(shù)可參見相關(guān)手冊。在實(shí)際應(yīng)用工作中，切削力的計(jì)算可查閱有關(guān)手冊。在實(shí)際應(yīng)用工作中，切削力的計(jì)算可查閱有關(guān)手冊。二、切削力的經(jīng)驗(yàn)公式二、切削力的經(jīng)驗(yàn)公式三、影響切削力的因素三、影響切削力的因素1.工件材料工件材料影響較大的因素主要

50、是工件材料影響較大的因素主要是工件材料的強(qiáng)度、硬度和塑性。的強(qiáng)度、硬度和塑性。材料的強(qiáng)度、硬度越高，則屈服材料的強(qiáng)度、硬度越高，則屈服強(qiáng)度越高，切削力越大。強(qiáng)度越高，切削力越大。在強(qiáng)度、硬度相近的情況下，材在強(qiáng)度、硬度相近的情況下，材料的塑性、韌性越大，則刀具前面料的塑性、韌性越大，則刀具前面上的平均摩擦系數(shù)越大，切削力也上的平均摩擦系數(shù)越大，切削力也就越大。就越大。2.切削用量切削用量進(jìn)給量進(jìn)給量f和背吃刀量和背吃刀量ap 進(jìn)給量進(jìn)給量f和背吃刀量和背吃刀量ap增加，使切增加，使切削力削力Fc增加，但影響程度不同。增加，但影響程度不同。進(jìn)給量進(jìn)給量f 增大時，切削力有所增增大時，切削力有所增

51、加；而背吃刀量加；而背吃刀量ap增大時，切削增大時，切削刃上的切削負(fù)荷也隨之增大，即刃上的切削負(fù)荷也隨之增大，即切削變形抗力和刀具前面上的摩切削變形抗力和刀具前面上的摩擦力均成正比的增加。擦力均成正比的增加。切削速度在切削速度在520m/min區(qū)域內(nèi)增加時，積屑瘤高度逐漸區(qū)域內(nèi)增加時，積屑瘤高度逐漸增加，切削力減?。辉黾?，切削力減?。磺邢魉俣壤^續(xù)在切削速度繼續(xù)在2035m/min范圍內(nèi)增加，積屑瘤逐漸范圍內(nèi)增加，積屑瘤逐漸消失，切削力增加；消失，切削力增加；在切削速度大于在切削速度大于35m/min時，由于切削溫度上升，摩擦?xí)r，由于切削溫度上升，摩擦系數(shù)減小，切削力下降。一般切削速度超過系數(shù)減

52、小，切削力下降。一般切削速度超過90m/min時，時，切削力無明顯變化。切削力無明顯變化。在切削脆性金屬工件材料時，因塑性變形很小，刀屑界在切削脆性金屬工件材料時，因塑性變形很小，刀屑界面上的摩擦也很小，所以切削速度面上的摩擦也很小，所以切削速度c 對切削力對切削力Fc無明顯的無明顯的影響。影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，如果刀具材料和機(jī)床性能許可，采用高在實(shí)際生產(chǎn)中，如果刀具材料和機(jī)床性能許可，采用高速切削，既能提高生產(chǎn)效率，又能減小切削力。速切削，既能提高生產(chǎn)效率，又能減小切削力。切削速度切削速度c 前角的影響前角的影響:o 切削變形切削變形切削力切削力。（塑性材料）。（塑性材料）負(fù)倒棱的影響：（負(fù)倒

53、棱的影響：（圖圖321）負(fù)倒棱參數(shù)負(fù)倒棱參數(shù)大大提高了正前角大大提高了正前角刀具的刃口強(qiáng)度，但同時也增加了負(fù)倒棱前角刀具的刃口強(qiáng)度，但同時也增加了負(fù)倒棱前角(負(fù)前角負(fù)前角)參加切參加切削的比例，負(fù)前角的絕對值削的比例，負(fù)前角的絕對值切削變形程度切削變形程度切削力切削力；主偏角的影響：（主偏角的影響：（圖圖322）Fy=FxycosKr Fx=FxySinKr Kr Fy,Fx 刃傾角的影響刃傾角的影響：（：（圖圖323）s Fy,Fx,Fz基本不變基本不變刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑r 切削刃圓弧部分的長度切削刃圓弧部分的長度切削變形切削變形切切削力削力。此外此外r增大，整個主切削刃上各點(diǎn)主偏角的

54、平均值減小，增大，整個主切削刃上各點(diǎn)主偏角的平均值減小，從而使從而使Fp增大、增大、Ff 減小。減小。3.刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)圖圖321 負(fù)倒棱對切削力的影響負(fù)倒棱對切削力的影響圖圖322 主偏角不同時主偏角不同時Fxy力的分解力的分解 （a）Kr小小 （b）Kr大大kr1Krkr2FpFf圖圖323 刃傾角對切削力的影響刃傾角對切削力的影響4.刀具磨損刀具磨損5.切削液切削液6.刀具材料刀具材料 刀具材料與被加工材料刀具材料與被加工材料間的摩擦系數(shù)，影響到摩擦間的摩擦系數(shù)，影響到摩擦力的變化，直接影響著切削力的變化，直接影響著切削力的變化。力的變化。第五節(jié)第五節(jié) 切削熱和切削溫度切削熱和

55、切削溫度一、切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)一、切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)金屬切削過程的三個變形區(qū)就是產(chǎn)生切削熱金屬切削過程的三個變形區(qū)就是產(chǎn)生切削熱的三個熱源的三個熱源(圖圖圖圖圖圖)。在這三個變形區(qū)中，刀具克。在這三個變形區(qū)中，刀具克服金屬服金屬彈、塑性變形抗力彈、塑性變形抗力所作的功和克服所作的功和克服摩摩擦抗力擦抗力所作的功，絕大部分轉(zhuǎn)化為切削熱。所作的功，絕大部分轉(zhuǎn)化為切削熱。切削熱向切削熱向切屑、工件、刀具切屑、工件、刀具以及以及周圍的介周圍的介質(zhì)質(zhì)傳導(dǎo)，使它們的溫度上升，從而導(dǎo)致切削區(qū)傳導(dǎo)，使它們的溫度上升，從而導(dǎo)致切削區(qū)內(nèi)的切削溫度上升。內(nèi)的切削溫度上升。圖圖 切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)切

56、削熱由切屑、工件、刀具及周圍介質(zhì)向外傳導(dǎo)切削熱由切屑、工件、刀具及周圍介質(zhì)向外傳導(dǎo)cvFcQ 式中式中 Q單位時間產(chǎn)生的熱量，單位：單位時間產(chǎn)生的熱量，單位：J/s；Fc切削力，單位：切削力，單位：N；vc切削速度單位：切削速度單位：m/s。工件材料的導(dǎo)熱系數(shù)工件材料的導(dǎo)熱系數(shù)刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)周圍介質(zhì)周圍介質(zhì)加工方法加工方法切屑切屑工件工件刀具刀具車削車削5080%1040%5%銑削銑削70%50%15%磨削磨削4%80%12%二、切削溫度的測定方法二、切削溫度的測定方法 1.自然熱電偶法自然熱電偶法 自然熱電偶法是利用工自然熱電偶法是利用工件材料和刀具材料化學(xué)成份件材料和

57、刀具材料化學(xué)成份的不同而構(gòu)成熱電偶的兩極，的不同而構(gòu)成熱電偶的兩極，并分別連接測量儀表，組成并分別連接測量儀表，組成測量電路，刀具切削工件的測量電路，刀具切削工件的切削區(qū)域產(chǎn)生高溫形成熱端，切削區(qū)域產(chǎn)生高溫形成熱端，刀具與工件為熱電偶冷端，刀具與工件為熱電偶冷端，冷、熱端之間熱電勢由儀表冷、熱端之間熱電勢由儀表（毫伏計(jì)）測定。切削溫度（毫伏計(jì)）測定。切削溫度越高，測得熱電勢越大，它越高，測得熱電勢越大，它們之間得對應(yīng)關(guān)系可利用專們之間得對應(yīng)關(guān)系可利用專用裝置經(jīng)標(biāo)定得到。用裝置經(jīng)標(biāo)定得到。2.人工熱電偶法人工熱電偶法 人工熱電偶法是將兩種預(yù)人工熱電偶法是將兩種預(yù)先經(jīng)過標(biāo)定的金屬絲組成熱電先經(jīng)過標(biāo)

58、定的金屬絲組成熱電偶，熱電偶的熱端焊接在刀具偶，熱電偶的熱端焊接在刀具或工件需要測定溫度的指定點(diǎn)或工件需要測定溫度的指定點(diǎn)上，冷端通過導(dǎo)線串聯(lián)在電位上，冷端通過導(dǎo)線串聯(lián)在電位差計(jì)或毫伏表上。根據(jù)儀表上差計(jì)或毫伏表上。根據(jù)儀表上的指示值和熱電偶標(biāo)定曲線，的指示值和熱電偶標(biāo)定曲線，可測得指定點(diǎn)的溫度。可測得指定點(diǎn)的溫度。三、影響切削溫度的因素三、影響切削溫度的因素 1.工件材料工件材料 材料的材料的強(qiáng)度強(qiáng)度、硬度硬度越高，越高，則切削抗力越大，消耗的功越則切削抗力越大，消耗的功越多，產(chǎn)生的熱就越多；多，產(chǎn)生的熱就越多；導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)越小，傳散的熱越小，傳散的熱越少，切削區(qū)的切削溫度就越越少，切削

59、區(qū)的切削溫度就越高。高。2.切削用量切削用量 切削溫度與切削用量的關(guān)系切削溫度與切削用量的關(guān)系式為：式為：CVc Zf yap x三個影響指數(shù)三個影響指數(shù) zyx，說明切，說明切削速度對切削溫度的影響最大，削速度對切削溫度的影響最大，背吃刀量對切削溫度的影響最小背吃刀量對切削溫度的影響最小。Vc增大，前刀面摩擦熱增大，前刀面摩擦熱來不及向切屑和刀具內(nèi)部來不及向切屑和刀具內(nèi)部傳導(dǎo)；傳導(dǎo)；f增大，切屑變厚，增大，切屑變厚，由切屑帶走的熱量增多；由切屑帶走的熱量增多；ap增大，刀刃工作長度增增大，刀刃工作長度增大，散熱條件改善。大，散熱條件改善。3.刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)4.刀具磨損刀具磨損 5.

60、切削液切削液 1)前角前角o塑性變形和摩擦塑性變形和摩擦切削溫度切削溫度（圖圖圖圖圖圖）。但前角）。但前角不能太大，否則刀具切削部分不能太大，否則刀具切削部分的鍥角過小，容熱、散熱體積的鍥角過小，容熱、散熱體積減小，切削溫度反而上升。減小，切削溫度反而上升。2)主偏角主偏角r切削刃工作接觸切削刃工作接觸長度長度，切削寬度，切削寬度bD，散熱條，散熱條件變差，故切削溫度件變差，故切削溫度（圖圖）。）。刀具主后面磨損刀具主后面磨損時，后角減小，后面時，后角減小，后面與工件間摩擦加劇。與工件間摩擦加劇。刃口磨損時，切屑形刃口磨損時，切屑形成過程的塑性變形加成過程的塑性變形加劇，使切削溫度增大。劇，使

61、切削溫度增大。利用切削液的潤滑功能利用切削液的潤滑功能降低摩擦系數(shù)，減少切削熱降低摩擦系數(shù)，減少切削熱的產(chǎn)生，也可利用它的冷卻的產(chǎn)生，也可利用它的冷卻功用吸收大量的切削熱，所功用吸收大量的切削熱，所以采用切削液是降低切削溫以采用切削液是降低切削溫度的重要措施。度的重要措施。圖圖 前角與切削溫度的關(guān)系前角與切削溫度的關(guān)系第六節(jié)第六節(jié) 刀具磨損和刀具壽命刀具磨損和刀具壽命一、刀具磨損形態(tài)和磨損機(jī)制一、刀具磨損形態(tài)和磨損機(jī)制（1）刀具磨損形態(tài)）刀具磨損形態(tài) 切削塑性材料時，如果切削塑性材料時，如果切削速度和切削厚度較大，切削速度和切削厚度較大，在刀具前刀面上經(jīng)常會磨出在刀具前刀面上經(jīng)常會磨出一個月牙

62、洼（一個月牙洼（圖例圖例）。）。1）前刀面磨損）前刀面磨損2）后刀面磨損）后刀面磨損 加工脆性材料或在切削速度加工脆性材料或在切削速度較低、切削厚度較?。ㄝ^低、切削厚度較?。╤D01mm），由于前刀面上刀屑），由于前刀面上刀屑間的作用相對較弱，主要發(fā)生后間的作用相對較弱，主要發(fā)生后刀面磨損（刀面磨損（圖例圖例）。）。3）邊界磨損）邊界磨損 切削鋼料時，常在主切削刃靠近工件外皮處以及刀尖處的后刀切削鋼料時，常在主切削刃靠近工件外皮處以及刀尖處的后刀面上，磨出較深的溝紋，這就是邊界磨損（面上，磨出較深的溝紋，這就是邊界磨損（圖例圖例）。加工鑄、鍛等）。加工鑄、鍛等外皮粗糙的工件，也容易發(fā)生邊界磨損

63、。外皮粗糙的工件，也容易發(fā)生邊界磨損。圖圖3-27 刀具的磨損形態(tài)刀具的磨損形態(tài)2、刀具磨損的原因、刀具磨損的原因1.硬質(zhì)點(diǎn)磨損硬質(zhì)點(diǎn)磨損 2.粘結(jié)磨損粘結(jié)磨損 3.擴(kuò)散磨損擴(kuò)散磨損 切削時，切屑、工件材料中含切削時，切屑、工件材料中含有一些碳化物、氮化物和氧化物有一些碳化物、氮化物和氧化物等硬質(zhì)點(diǎn)以及積屑瘤碎片等，可等硬質(zhì)點(diǎn)以及積屑瘤碎片等，可在刀具表面刻劃出溝紋，這就是在刀具表面刻劃出溝紋，這就是磨料磨損。磨料磨損。切削時，切屑、工件與前、后刀面之切削時，切屑、工件與前、后刀面之間存在很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦，形成新間存在很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦，形成新鮮表面接觸而發(fā)生冷焊粘結(jié)。由于切屑在鮮表

64、面接觸而發(fā)生冷焊粘結(jié)。由于切屑在滑移過程中產(chǎn)生剪切破壞，帶走刀具材料，滑移過程中產(chǎn)生剪切破壞，帶走刀具材料，從而造成粘結(jié)磨損。從而造成粘結(jié)磨損。在切削高溫下，使工件與刀具材料中的合在切削高溫下，使工件與刀具材料中的合金元素在固態(tài)下相互擴(kuò)散置換造成的刀具磨金元素在固態(tài)下相互擴(kuò)散置換造成的刀具磨損，稱為擴(kuò)散磨損損，稱為擴(kuò)散磨損4.化學(xué)磨損化學(xué)磨損 在一定溫度下，刀具材料與某些周圍介質(zhì)起化學(xué)在一定溫度下，刀具材料與某些周圍介質(zhì)起化學(xué)作用，在刀具表面形成一層硬度較低的化合物，被切作用，在刀具表面形成一層硬度較低的化合物，被切屑或工件擦掉而形成磨損，稱為化學(xué)磨損。屑或工件擦掉而形成磨損，稱為化學(xué)磨損。二

65、、刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)二、刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)1.刀具磨損過程刀具磨損過程初期磨損階段（初期磨損階段（）正常磨損階段（正常磨損階段（）劇烈磨損階段（劇烈磨損階段（）2.刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 刀具磨損到一定限刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用，這度就不能繼續(xù)使用，這個磨損限度稱為磨鈍標(biāo)個磨損限度稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的具體數(shù)準(zhǔn)。磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的具體數(shù)值可從切削用量手冊中值可從切削用量手冊中查得。查得。圖圖3-30圖圖3-30 刀具的磨損過程刀具的磨損過程 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO推薦硬質(zhì)合金外圓車刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，可以推薦硬質(zhì)合金外圓車刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，可以是以下任何一種：是以下任何一種：（1）VB=

66、0.3mm；（2）如果主后刀面為無規(guī)則磨損，取）如果主后刀面為無規(guī)則磨損，取VB max=0.6mm；（3）前面磨損量）前面磨損量KT=0.06+0.3f（f為進(jìn)給量）為進(jìn)給量）在金屬切削的科學(xué)研究中多數(shù)按后刀面磨損寬度在金屬切削的科學(xué)研究中多數(shù)按后刀面磨損寬度VB來制定來制定磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的兩點(diǎn)考慮：磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的兩點(diǎn)考慮：充分利用正常磨損階段的磨損量，適用于粗加工和半精充分利用正常磨損階段的磨損量，適用于粗加工和半精加工。加工。根據(jù)加工精度和表面質(zhì)量要求規(guī)定磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)加工精度和表面質(zhì)量要求規(guī)定磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。三、刀具壽命（刀具耐用度）三、刀具壽命（刀具耐用度）1.刀具耐用度的定義刀具耐用度的定義刀具耐用度（現(xiàn)稱刀具壽命）是指一把刃磨刀具耐用度（現(xiàn)稱刀具壽命）是指一把刃磨好的新刀從投入使用直至達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)歷好的新刀從投入使用直至達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)歷的實(shí)際切削時間。用的實(shí)際切削時間。用T表示。表示。刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件材料的切削加工性及刀具幾何參數(shù)是否合理的材料的切削加工性及刀具幾何參數(shù)是否合理的重要參數(shù)。重要參