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第二章金属切削过程第二章金属切削过程的基本规律的基本规律第1页，共110页，编辑于2022年，星期三第二章第二章 金属切削过程的基本规律金属切削过程的基本规律第一节第一节 金属的切削过程金属的切削过程第二节第二节 切削力与切削功率切削力与切削功率第三节第三节 切削热与切削温度切削热与切削温度第四节第四节 刀具的磨损及使用寿命刀具的磨损及使用寿命第五节第五节 刀具合理几何参数的选择刀具合理几何参数的选择第六节第六节 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性第七节第七节 切削用量的选择切削用量的选择第2页，共110页，编辑于2022年，星期三第一节第一节 金属的切削过程金属的切削过程一、概述一、概述 宏宏观观上，上，金属切削过程是指：用刀具从工件上切除多金属切削过程是指：用刀具从工件上切除多余的金属层，使工件在尺寸、形状和表面质量方面都符合余的金属层，使工件在尺寸、形状和表面质量方面都符合预定要求的一种加工过程。预定要求的一种加工过程。此此过过程在常温下程在常温下进进行，称行，称为为冷加工。冷加工。研究金属切削研究金属切削过过程的程的规规律首先要从金属切削律首先要从金属切削过过程中金属程中金属层层受力受力变变形破坏的力学原理开始。形破坏的力学原理开始。第3页，共110页，编辑于2022年，星期三一、概述一、概述第4页，共110页，编辑于2022年，星期三一、概述一、概述1.刀具挤压工件，产生变形刀具挤压工件，产生变形2.滑移滑移3.挤裂挤裂4.切离切离第5页，共110页，编辑于2022年，星期三一、概述一、概述 金属切削过程：就是工件的被切削层金属在刀具前金属切削过程：就是工件的被切削层金属在刀具前刀面的推移下，沿着剪切面刀面的推移下，沿着剪切面(即滑移面即滑移面)产生剪切变形并产生剪切变形并转变为切屑的过程。转变为切屑的过程。第6页，共110页，编辑于2022年，星期三二、切削变形区二、切削变形区第7页，共110页，编辑于2022年，星期三二、切削变形区二、切削变形区第8页，共110页，编辑于2022年，星期三二、切削变形区二、切削变形区第9页，共110页，编辑于2022年，星期三二、切削变形区二、切削变形区第10页，共110页，编辑于2022年，星期三二、切削变形区二、切削变形区第11页，共110页，编辑于2022年，星期三三、切屑的类型三、切屑的类型1.带状切屑：带状切屑：产生条件：产生条件：切切削削塑塑性性材材料料、切切削削速速度度高高、切切削削厚厚度度较较小、前角大。小、前角大。形状：形状：连连绵绵不不断断呈呈带带状状，切切屑屑底底面面很很光光滑滑而而背背面面呈呈毛毛茸状。茸状。形成原因：形成原因：切切削削速速度度高高，切切削削层层未未及及充充分分变变形形即即变变为为切切屑屑，剪剪切切面面上上的的应应力力还还未未达达到到破破坏坏值值，因因此此，只只有有塑塑性性滑滑移移而而无无断断裂裂；前前角角大大，则则刀刀具具锋锋利利；h hD D小小则则切切削削力力小小。故故易易得带状切屑。得带状切屑。特点：特点：切切削削过过程程变变形形小小，切切削削力力小小且且稳稳定定；已已加加工工表表面面粗粗糙糙度度较较小小。对生产安全有危害。对生产安全有危害。第12页，共110页，编辑于2022年，星期三第13页，共110页，编辑于2022年，星期三三、切屑的类型三、切屑的类型2.挤裂切屑挤裂切屑(节状切屑节状切屑)：形状：形状：宏宏观观上上自自然然连连接接，但但外外表表面面呈呈锯锯齿齿形，如竹节状。形，如竹节状。产生条件：产生条件：切切削削塑塑性性材材料料、切切削削速速度度中中等等、切切削削厚厚度度较较厚厚、前前角角较较小。小。形成原因：形成原因：切切削削层层经经过过充充分分变变形形全全过过程程，最最后后被被挤裂。挤裂。特点：特点：切切屑屑冷冷硬硬度度高高，脆脆且且易易断，便于处理；断，便于处理；变变形形相相对对较较大大，切切削削力力波动较大，易产生振动；波动较大，易产生振动；已加工表面粗糙度较大。已加工表面粗糙度较大。第14页，共110页，编辑于2022年，星期三第15页，共110页，编辑于2022年，星期三三、切屑的类型三、切屑的类型3.单元切屑：单元切屑：形状：形状：切切屑屑沿沿挤挤裂裂面面完完全断开成单元状。全断开成单元状。产生条件：产生条件：材材料料塑塑性性很很差差、切切速速低低、hD大大、前角小。前角小。形成原因：形成原因：整整个个剪剪切切面面上上剪剪应应力力超超过过材材料料的的破破坏坏强度极限。强度极限。特点：特点：切切削削力力波波动动很很大大，有有振振动动；已已加加工工表表面面粗粗糙度大，且有振纹。糙度大，且有振纹。第16页，共110页，编辑于2022年，星期三第17页，共110页，编辑于2022年，星期三三、切屑的类型三、切屑的类型4.蹦碎切屑：蹦碎切屑：形状：形状：切切屑屑呈呈不不规规则则的的碎碎块状。块状。产生条件：产生条件：切削脆性材料。切削脆性材料。形成原因：形成原因：材材料料塑塑性性差差，抗抗拉拉强强度度低低，受受前前刀刀面面挤挤压压时时几几乎乎没没有有塑塑性性变变形形便便脆脆断断成成不不规规则则的的碎块。碎块。特点：特点：切切削削过过程程不不平平稳稳，切切削削力力波波动动大大，有有冲冲击击，振振动动大大，已已加加工表面粗糙。工表面粗糙。第18页，共110页，编辑于2022年，星期三第19页，共110页，编辑于2022年，星期三四、切屑的变形及影响因素四、切屑的变形及影响因素1.变形系数：变形系数：厚度变形系数：厚度变形系数：式中：式中：hch切屑厚度切屑厚度 hD 切削层厚度切削层厚度 第20页，共110页，编辑于2022年，星期三四、切屑的变形及影响因素四、切屑的变形及影响因素1.变形系数：变形系数：长度变形系数：长度变形系数：式中：式中：lc 切削层长度切削层长度 lch切屑长度切屑长度 第21页，共110页，编辑于2022年，星期三四、切屑的变形及影响因素四、切屑的变形及影响因素1.变形系数：变形系数：根据体积不变原理：根据体积不变原理：第22页，共110页，编辑于2022年，星期三2.影响切屑变形的因素：影响切屑变形的因素：工件材料：工件材料：刀具角度：刀具角度：切削速度：切削速度：工件塑性工件塑性 延伸率延伸率 O O 刀具锋利刀具锋利塑性变形塑性变形 V 第23页，共110页，编辑于2022年，星期三五、积屑瘤五、积屑瘤第24页，共110页，编辑于2022年，星期三五、积屑瘤五、积屑瘤“在在一一定定的的温温度度和和压压力力下下，切切削削塑塑性性金金属属时时，切切屑屑底底层层与与前前刀刀面面发发生生摩摩擦擦，嵌嵌入入式式结结合合发发生生冷冷焊焊现现象象,使使一一部部分分切切屑屑粘粘结结在在前前刀刀面上，形成面上，形成积屑瘤积屑瘤”。1.1.特点：特点：硬硬度度是是工工件件材材料料的的2 2 3.53.5倍倍，可可以以代代替替刀刀具具切切削。削。周而复始的生长、脱落。周而复始的生长、脱落。2.产生条件：产生条件：切削塑性材料。切削塑性材料。切切削削区区界界面面状状况况符符合合在在刀刀面面上上发发生生冷冷焊焊的的条条件件：适适当当的的温温度度、很很大大的的压压力力和和剧剧烈烈的的摩擦。摩擦。3.对切削过程的影响：对切削过程的影响：积积屑屑瘤瘤代代替替刀刀刃刃进进行行切切削削，保保护护了了刀刀刃刃，增增大大了了前前角角，减减少少了了切切屑屑的的变形，降低了切削力。变形，降低了切削力。积积屑屑瘤瘤形形状状不不规规则则，频频繁繁生生长长脱脱落落，影响尺寸精度和表面质量。影响尺寸精度和表面质量。故：故：粗粗加加工工时时可可人人为为控控制制积积屑屑瘤瘤的的生生长长，使使积屑瘤能稳定存在。积屑瘤能稳定存在。精加工精加工时应抑制积屑瘤的产生。时应抑制积屑瘤的产生。第25页，共110页，编辑于2022年，星期三4.控制措施：控制措施：提高前刀面的光滑程度；提高前刀面的光滑程度；适当增大刀具前角；适当增大刀具前角；提高工件的硬度，降低塑性；提高工件的硬度，降低塑性；采用合适的切削液；采用合适的切削液；避开积屑瘤产生的速度范围。避开积屑瘤产生的速度范围。第26页，共110页，编辑于2022年，星期三避开积屑瘤产生的速度范围避开积屑瘤产生的速度范围避开积屑瘤产生的速度范围避开积屑瘤产生的速度范围第27页，共110页，编辑于2022年，星期三避开积屑瘤产生的速度范围避开积屑瘤产生的速度范围避开积屑瘤产生的速度范围避开积屑瘤产生的速度范围 区区：切切削削速速度度很很低低，形形成成粒粒状状或或节节状状切切屑屑，没没有有积积屑瘤生成。屑瘤生成。第28页，共110页，编辑于2022年，星期三避开积屑瘤产生的速度范围避开积屑瘤产生的速度范围避开积屑瘤产生的速度范围避开积屑瘤产生的速度范围 区区：形形成成带带状状切切屑屑，冷冷焊焊条条件件形形成成，随随着着切切削削速速度度的的提提高高积积屑瘤的高度也增高。屑瘤的高度也增高。第29页，共110页，编辑于2022年，星期三避开积屑瘤产生的速度范围避开积屑瘤产生的速度范围避开积屑瘤产生的速度范围避开积屑瘤产生的速度范围 区区：积积屑屑瘤瘤高高度度随随着着切切削削速速度度的的提提高高而而减减小小，当当达达到到区右区右边边界界时时，积积屑瘤消失。屑瘤消失。第30页，共110页，编辑于2022年，星期三避开积屑瘤产生的速度范围避开积屑瘤产生的速度范围避开积屑瘤产生的速度范围避开积屑瘤产生的速度范围 区区：切切削削速速度度进进一一步步提提高高，由由于于切切削削温温度度较较高高而而冷冷焊焊消消失失，此此时时积积屑屑瘤瘤不不再再存存在了。在了。第31页，共110页，编辑于2022年，星期三第二节第二节 切削力与切削功率切削力与切削功率 切削力是指由于刀具切削工件而产生的工切削力是指由于刀具切削工件而产生的工件和刀具之间的相互作用力。件和刀具之间的相互作用力。第32页，共110页，编辑于2022年，星期三第二节第二节 切削力与切削功率切削力与切削功率 切削力是切削过程中产生的重要物理现象，对切削过程有着多方切削力是切削过程中产生的重要物理现象，对切削过程有着多方面的重要影响。面的重要影响。它直接影响切削时消耗的功率和产生的热量，并引起工艺系它直接影响切削时消耗的功率和产生的热量，并引起工艺系统的变形和振动。统的变形和振动。切削力过大时，还会造成刀具、夹具或机床的损坏。切削过程中切削力过大时，还会造成刀具、夹具或机床的损坏。切削过程中消耗功所转化成的切削热则会使刀具磨损加快，工艺系统产生热变形消耗功所转化成的切削热则会使刀具磨损加快，工艺系统产生热变形并恶化已加工表面质量。并恶化已加工表面质量。掌握切削力的变化规律，计算切削力的数值，不仅是设计机床、掌握切削力的变化规律，计算切削力的数值，不仅是设计机床、刀具、夹具的重要依据，而且对分析、解决切削加工生产中的实际问刀具、夹具的重要依据，而且对分析、解决切削加工生产中的实际问题有重要的指导意义。题有重要的指导意义。第33页，共110页，编辑于2022年，星期三第二节第二节 切削力与切削功率切削力与切削功率一、切削力的来源：一、切削力的来源：1.工件、切屑的变形抗力工件、切屑的变形抗力2.刀刀具具与与切切屑屑、工工件件与与刀刀具之间的摩擦阻力具之间的摩擦阻力第34页，共110页，编辑于2022年，星期三二、切削力的分解二、切削力的分解第35页，共110页，编辑于2022年，星期三三、切削力的测量原理三、切削力的测量原理测定切削力大都采用应变片测力仪。测定切削力大都采用应变片测力仪。基本原理是在弹性变形元件上贴应变片组成电桥，测量拉压应力应变。基本原理是在弹性变形元件上贴应变片组成电桥，测量拉压应力应变。常用八角环式测力仪。常用八角环式测力仪。第36页，共110页，编辑于2022年，星期三四、切削力的计算四、切削力的计算由实验获得经验公式：由实验获得经验公式：注意：注意：计算公式由实验测得，式中的各项应按照实验时的单位计算。计算公式由实验测得，式中的各项应按照实验时的单位计算。即：即：aP：mm，f：mm/r手册中的数据为特定切削条件下测得的数据，当实际的条件与手册中的数据为特定切削条件下测得的数据，当实际的条件与实验公式条件不符时，应加修正系数。实验公式条件不符时，应加修正系数。第37页，共110页，编辑于2022年，星期三四、切削力的计算四、切削力的计算负倒棱的影响：负倒棱的影响：br/fbr/f第38页，共110页，编辑于2022年，星期三五、单位切削力五、单位切削力“单位面积上的主切削力单位面积上的主切削力”：估算切削力：估算切削力：第39页，共110页，编辑于2022年，星期三切削力公式比较切削力公式比较对碳钢对碳钢45材料：材料：经验公式：经验公式：估算切削力：估算切削力：第40页，共110页，编辑于2022年，星期三六、切削功率六、切削功率机床总功率：机床总功率：第41页，共110页，编辑于2022年，星期三单位切削功率单位切削功率“单位时间内切下单位体积金属所需的功率单位时间内切下单位体积金属所需的功率”第42页，共110页，编辑于2022年，星期三第三节第三节 切削热与切削温度切削热与切削温度一、产生原因：一、产生原因：切削层的弹性及塑性切削层的弹性及塑性变形。变形。切屑与前刀面，工件切屑与前刀面，工件与后刀面的摩擦。与后刀面的摩擦。第一变形区：60%的热量第43页，共110页，编辑于2022年，星期三第三节第三节 切削热与切削温度切削热与切削温度二、切削热的传递：二、切削热的传递：Q=Q屑屑+Q刀刀+Q工工+Q介介在不使用冷却液的情况下：在不使用冷却液的情况下：Q屑屑Q刀刀Q工工Q介介 车削加工时，车削加工时，5086由切屑带走，由切屑带走，4010传入刀具，传入刀具，93传入工件，传入工件，1左右通过辐射传入空气。左右通过辐射传入空气。钻削加工时，钻削加工时，28由切屑带走，由切屑带走，15传入刀具，传入刀具，52传入工件，传入工件，5左右传入周围介质。左右传入周围介质。第44页，共110页，编辑于2022年，星期三三、切削温度三、切削温度1.切削温度分布：切削温度分布：2.切削温度：切削温度：“指切削区（切屑与前刀面接触区）的平均温度第45页，共110页，编辑于2022年，星期三3.切削温度的测量切削温度的测量 常用热电偶法。两种不同的金属材料组成封闭回常用热电偶法。两种不同的金属材料组成封闭回路，当两节点有温差时，会产生温差热电势路，当两节点有温差时，会产生温差热电势 (T1-T0)第46页，共110页，编辑于2022年，星期三3.切削温度的测量切削温度的测量 1)1)人工热电偶人工热电偶 用两种热电位差较高的金属组成测温结点，测用两种热电位差较高的金属组成测温结点，测量点温度。例如，在刀具上打孔到接近前刀面，测量点温度。例如，在刀具上打孔到接近前刀面，测点温。点温。第47页，共110页，编辑于2022年，星期三3.切削温度的测量切削温度的测量 2)2)自然热电偶自然热电偶 利用刀具和工件本身两种不同材料组成热电偶，由利用刀具和工件本身两种不同材料组成热电偶，由于两端温度不同，产生温差热电势。这种方法测出的是于两端温度不同，产生温差热电势。这种方法测出的是切削区平均温度，需事先标定。切削区平均温度，需事先标定。第48页，共110页，编辑于2022年，星期三200以下切屑呈银白色220切屑呈淡黄色270切屑呈暗红色290300 切屑呈暗蓝色320 切屑呈蓝色350 切屑呈蓝灰色400 切屑呈灰白色500 切屑呈紫黑色切削碳钢时：切削碳钢时：3.切削温度的测量切削温度的测量 第49页，共110页，编辑于2022年，星期三四、影响切削温度的因素分析四、影响切削温度的因素分析1.工件材料工件材料:HB、b b切削抗力切削抗力功耗功耗热处理HBb正火18760100%调质22975125%淬火44HRC148145%45#钢为例：钢为例：第50页，共110页，编辑于2022年，星期三2.切削用量对切削温度的影响：切削用量对切削温度的影响：vc、f、ap 用用YT15刀具，切削刀具，切削45#钢时钢时(b b=75kg/cm=75kg/cm2 2)四、影响切削温度的因素分析四、影响切削温度的因素分析第51页，共110页，编辑于2022年，星期三3.刀具几何角度对切削温度的影响：刀具几何角度对切削温度的影响：四、影响切削温度的因素分析四、影响切削温度的因素分析 刀刀具具几几何何参参数数(如如前前角角、刃刃倾倾角角、刀刀尖尖圆圆角角、刀刀尖尖负负倒倒棱棱、刀刀具具磨磨损损等等)对对切切削削温温度度的的影影响响有有时时也也是是两两种种作作用用相相互互制制约约和和矛矛盾的。盾的。刀具前角增大，切削变形及摩擦减小，切削力减小，有利于降低刀具前角增大，切削变形及摩擦减小，切削力减小，有利于降低温度，但前角太大则刀具切削刃单薄，散热条件差，也有使刀具温度温度，但前角太大则刀具切削刃单薄，散热条件差，也有使刀具温度升高的因素，因此存在着一个有利于切削温度的优化的前角值。升高的因素，因此存在着一个有利于切削温度的优化的前角值。第52页，共110页，编辑于2022年，星期三五、控制切削温度的措施五、控制切削温度的措施1.正确使用冷却液：正确使用冷却液：1)1)切削液的种类切削液的种类水溶液水溶液乳化液乳化液切削油切削油第53页，共110页，编辑于2022年，星期三五、控制切削温度的措施五、控制切削温度的措施1.正确使用冷却液：正确使用冷却液：2)2)切削液的切削液的选选用用一般，磨削时温度高，用水溶液。一般，磨削时温度高，用水溶液。车削时用乳化液。车削时用乳化液。精加工时用润滑性能好的切削液，极压切削液等。精加工时用润滑性能好的切削液，极压切削液等。切铸铁时一般不加切削液。切铸铁时一般不加切削液。用用硬硬质质合合金金刀刀具具时时，因因其其高高温温硬硬度度高高，可可不不加加切切削削液，但要加液，但要加时应时应注意要注意要连续连续不断不断地地加，以防止加，以防止热热裂。裂。第54页，共110页，编辑于2022年，星期三五、控制切削温度的措施五、控制切削温度的措施2.合理选择切削用量：合理选择切削用量：在满足工艺要求的前提下，取小的在满足工艺要求的前提下，取小的v vC C，较大的较大的a ap p、f f。3.改善刀具几何条件：改善刀具几何条件：O O第55页，共110页，编辑于2022年，星期三第四节第四节 刀具的磨损及使用寿命刀具的磨损及使用寿命 切切削削过过程程中中，刀刀具具与与工工件件、切切屑屑的的接接触触面面上上存存在在巨巨大大的的压压力力，相相当当高高的的温温度度和和剧剧烈烈的的摩摩擦擦，在在这这种种条条件件下下，刀刀面面上上一一些些材材料料的的微微粒粒在在切切削削过过程程中中会会逐逐渐渐地地被被工工件件或或切切屑屑擦伤带走，这种现象称为刀具磨损。擦伤带走，这种现象称为刀具磨损。上上述述的的刀刀具具磨磨损损属属刀刀具具的的正正常常磨磨损损。此此外外，还还有有刀刀具具的的非非正正常常磨磨损损(刀刀具具破破损损)，如如由由于于冲冲击击、振振动动、热热效效应应等等原因致使刀具崩刃、卷刃、断裂、表面剥落而损坏。原因致使刀具崩刃、卷刃、断裂、表面剥落而损坏。第56页，共110页，编辑于2022年，星期三第四节第四节 刀具的磨损及使用寿命刀具的磨损及使用寿命一、刀具的磨损形式一、刀具的磨损形式：1 1前、后刀面同时磨损前、后刀面同时磨损2 2后刀面磨后刀面磨损损3 3前刀面磨前刀面磨损损第57页，共110页，编辑于2022年，星期三1 1 1 1前、后刀面同时磨损前、后刀面同时磨损前、后刀面同时磨损前、后刀面同时磨损第58页，共110页，编辑于2022年，星期三1 1 1 1前、后刀面同时磨损前、后刀面同时磨损前、后刀面同时磨损前、后刀面同时磨损第59页，共110页，编辑于2022年，星期三1 1 1 1前、后刀面同时磨损前、后刀面同时磨损前、后刀面同时磨损前、后刀面同时磨损第60页，共110页，编辑于2022年，星期三1 1 1 1前、后刀面同时磨损前、后刀面同时磨损前、后刀面同时磨损前、后刀面同时磨损当用较高的切削速度和较大的当用较高的切削速度和较大的切削厚度切削塑性金属材料时，切削厚度切削塑性金属材料时，将发生前、后刀面同时磨损。将发生前、后刀面同时磨损。第61页，共110页，编辑于2022年，星期三2 2 2 2后刀面磨后刀面磨后刀面磨后刀面磨损损损损第62页，共110页，编辑于2022年，星期三2 2 2 2后刀面磨后刀面磨后刀面磨后刀面磨损损损损当切削脆性金属材料或以较小当切削脆性金属材料或以较小的切削厚度切削塑性材料时，的切削厚度切削塑性材料时，将发生后刀面磨损。将发生后刀面磨损。第63页，共110页，编辑于2022年，星期三3 3 3 3前刀面磨前刀面磨前刀面磨前刀面磨损损损损第64页，共110页，编辑于2022年，星期三3 3 3 3前刀面磨前刀面磨前刀面磨前刀面磨损损损损当以很大的切削厚度（当以很大的切削厚度（h hD D0.5mm0.5mm），且切削速度较高的），且切削速度较高的条件下切削塑件较大的材料条件下切削塑件较大的材料时，将发生前刀面磨损。时，将发生前刀面磨损。第65页，共110页，编辑于2022年，星期三二、刀具磨损机理二、刀具磨损机理 引起刀具磨损的原因很多，既有机械摩擦作用，又有切引起刀具磨损的原因很多，既有机械摩擦作用，又有切削力、切削热作用下的物理、化学作用。归纳起来主要有以削力、切削热作用下的物理、化学作用。归纳起来主要有以下四种原因。下四种原因。第66页，共110页，编辑于2022年，星期三二、刀具磨损机理二、刀具磨损机理1.磨料磨损磨料磨损(机械磨损机械磨损)工工件件和和切切屑屑中中的的硬硬质质点点（如如碳碳化化物物）以以及及不不断断脱脱落落的的积积屑屑瘤瘤碎片划擦刀面产生磨损。碎片划擦刀面产生磨损。磨磨料料磨磨损损在在各各种种切切削削速速度度下下都都会会发发生生，对对于于切切削削脆脆性性材材料料和和在在低低速速条条件件下下工工作作的的刀刀具具，如如拉拉刀刀、丝丝锥锥、板板牙牙等等，磨磨料料磨磨损损是刀具磨损的主要原因。是刀具磨损的主要原因。第67页，共110页，编辑于2022年，星期三二、刀具磨损机理二、刀具磨损机理2.粘结磨损粘结磨损(冷焊磨损冷焊磨损)切切屑屑与与刀刀具具在在压压力力和和摩摩擦擦条条件件下下冷冷焊焊粘粘结结，然然后后相相互互被被拉拉开开，产生表面破坏伤痕。产生表面破坏伤痕。粘粘结结磨磨损损的的程程度度主主要要取取决决于于工工件件与与刀刀具具材材料料之之间间的的亲亲合合能能力力和和温温度度，两两种种材材料料的的亲亲合合能能力力越越强强，越越容容易易发发生生粘结磨损。另外，在中温条件下，粘结磨损较为严重。粘结磨损。另外，在中温条件下，粘结磨损较为严重。第68页，共110页，编辑于2022年，星期三二、刀具磨损机理二、刀具磨损机理3.扩散磨损：扩散磨损：工工件件材材料料和和刀刀具具在在高高温温下下（90090010001000）化化学学元元素素相互扩散造成的磨损。相互扩散造成的磨损。第69页，共110页，编辑于2022年，星期三二、刀具磨损机理二、刀具磨损机理3.扩散磨损：扩散磨损：扩扩散散磨磨损损的的速速率率主主要要取取决决于于刀刀具具与与工工件件材材料料间间的的亲亲合合能能力力和和两两者者接接触触面面上上的的温温度度。温温度度是是影影响响扩扩散散磨磨损损的的最最主主要要的的因因素素，随随着着切切削削温温度度的的提提高高，扩扩散散磨磨损损会会迅速增加。迅速增加。第70页，共110页，编辑于2022年，星期三二、刀具磨损机理二、刀具磨损机理4.氧化磨损：氧化磨损：刀刀具具上上的的表表面面膜膜被被切切屑屑或或工工件件表表面面划划擦擦掉掉后后，在在高高温温下下（700700800800）与与空空气气中中的的氧氧作作用用产产生生松松脆脆氧氧化化物物，造造成成刀具磨损。刀具磨损。一一般般来来说说，在在刀刀屑屑接接触触区区内内，空空气气不不易易进进入入，故故氧氧化化磨磨损损多多发发生生在在主主、副副切切削削刃刃的的工工作作边边界附近，造成边界磨损。界附近，造成边界磨损。第71页，共110页，编辑于2022年，星期三综上所述：综上所述：切削速度切削速度(温度温度)对刀具磨损具有决定性的影响：对刀具磨损具有决定性的影响：高高速速(温温)时时扩扩散散磨磨损损和和氧氧化化磨磨损损强强度度较较高高；中中低低速速(温温)时时冷冷焊焊磨磨损损占主占主导导地位；磨料磨地位；磨料磨损损在不同速在不同速(温温)度下都存在。度下都存在。第72页，共110页，编辑于2022年，星期三三、磨损过程三、磨损过程第73页，共110页，编辑于2022年，星期三三、磨损过程三、磨损过程注注意意：在在实实际际生生产产中中，必必须须控控制制刀刀具具不不能能进进入入剧剧烈烈磨磨损损阶阶段。段。在在进进入入急急剧剧磨磨损损阶阶段段以以前前，就就要要换换刀刀或或重重磨磨，否否则则，不不仅仅会会恶恶化化工工件件加加工工质质量量，重重磨磨时时消消耗耗过过多多的的刀刀具具材材料料和和增增加加磨磨刀刀时时间间与与费费用用，严严重重时时还还会会造造成成产产品品、设设备备和和人身事故。人身事故。第74页，共110页，编辑于2022年，星期三四、刀具的磨钝标准四、刀具的磨钝标准“指指后后刀刀面面磨磨损损带带中中间间部部分分平平均均磨磨损损量量允允许许达达到到的的最最大大磨磨损损尺尺寸寸”。以以VB表示表示第75页，共110页，编辑于2022年，星期三四、刀具的磨钝标准四、刀具的磨钝标准“指指后后刀刀面面磨磨损损带带中中间间部部分分平平均均磨磨损损量量允允许许达达到到的的最最大大磨磨损损尺尺寸寸”。以以VB表示表示考虑因素：考虑因素：刀具材料：强度高时，刀具材料：强度高时，VB可取大值。可取大值。工艺系统刚性：工艺系统刚性差，工艺系统刚性：工艺系统刚性差，VB应取小值。应取小值。工工件件材材料料：切切削削难难加加工工材材料料(如如高高温温合合金金、不不锈锈钢钢、钛钛合合金金等等)，一一般般应应取较小的取较小的VB值，加工一般材料，值，加工一般材料，VB可取大些。可取大些。加工精度和表面质量：加工精度和表面质量要求高时，加工精度和表面质量：加工精度和表面质量要求高时，VB应取小值。应取小值。工件尺寸：加工大型工件，工件尺寸：加工大型工件，为为避免避免频频繁繁换换刀，刀，VBVB应应取大取大值值。第76页，共110页，编辑于2022年，星期三四、刀具的磨钝标准四、刀具的磨钝标准第77页，共110页，编辑于2022年，星期三五、刀具的使用寿命五、刀具的使用寿命“刀具从开始切削一直到磨损量达到磨钝标准为止的总的切刀具从开始切削一直到磨损量达到磨钝标准为止的总的切削时间削时间”。记为：。记为：T切削用量与刀具使用寿命的关系：切削用量与刀具使用寿命的关系：第78页，共110页，编辑于2022年，星期三五、刀具的使用寿命五、刀具的使用寿命当用硬质合金外圆车刀切削当用硬质合金外圆车刀切削b0.75GPa的碳钢时，的碳钢时，f0.75mm/r时，经验公式为：时，经验公式为：可见：可见：vC对对T的的影影响响最最大大，f次次之之，aP最最小小。在在优优选选切切削削用用量量以以提提高高生生产产率率时时，首首先先应应尽尽量量选选大大的的aP，然然后后根根据据加加工工条条件件和和要要求求选选允允许许最最大大的的f，最后根据，最后根据T选取合理的选取合理的vC。第79页，共110页，编辑于2022年，星期三五、刀具的使用寿命五、刀具的使用寿命粗加工时：粗加工时：硬质合金：硬质合金：车车 刀：刀：60 min60 min 端面铣刀：端面铣刀：120120180 min180 min 高速钢：高速钢：普通车刀：普通车刀：60 min60 min 成形车刀：成形车刀：120 min120 min 钻钻 头：头：8080120 min120 min 齿轮刀具：齿轮刀具：200200300 min300 min精加工时：精加工时：常以走刀次数或加工零件个数表示刀具使用寿命。常以走刀次数或加工零件个数表示刀具使用寿命。第80页，共110页，编辑于2022年，星期三六、刀具合理使用寿命的选择六、刀具合理使用寿命的选择1.最大生产率使用寿命：最大生产率使用寿命：TP“根据单件工序工时最短的原则来确定根据单件工序工时最短的原则来确定Tp”。第81页，共110页，编辑于2022年，星期三六、刀具合理使用寿命的选择六、刀具合理使用寿命的选择2.经济使用寿命：经济使用寿命：TC“根据单件工序成本最低的原则来确定根据单件工序成本最低的原则来确定Tc”。式中：式中：m：指数。：指数。对于高速钢：对于高速钢：m=0.10.125，硬质合金：硬质合金：m=0.10.4，陶瓷刀具：陶瓷刀具：m=0.20.4 tct：换刀一次所需时间；：换刀一次所需时间；Ct：刀具成本；：刀具成本；M：该工序单位时间内机床折旧费及所分担的全厂开支。：该工序单位时间内机床折旧费及所分担的全厂开支。第82页，共110页，编辑于2022年，星期三第五节第五节 刀具合理几何参数的选择刀具合理几何参数的选择刀具合理几何参数：刀具合理几何参数：在保证加工质量的前提下，能够满足刀具使在保证加工质量的前提下，能够满足刀具使用寿命长、生产效率高、加工成本低的刀具几何用寿命长、生产效率高、加工成本低的刀具几何参数。参数。第83页，共110页，编辑于2022年，星期三一、前角的作用一、前角的作用1.直接影响刀具的锋利程度直接影响刀具的锋利程度刀具锋利刀具锋利切屑变形程度切屑变形程度切削力切削力前角前角2.直接影响切削刃的强度和刀头强度直接影响切削刃的强度和刀头强度前角前角刀刃及刀头强度刀刃及刀头强度易蹦刃易蹦刃楔角楔角3.直接影响切屑的形状和断屑效果直接影响切屑的形状和断屑效果前角前角切屑变形程度切屑变形程度易断屑易断屑切削热切削热表面质量表面质量第84页，共110页，编辑于2022年，星期三前角选择原则前角选择原则1.工件材料：工件材料：脆性材料：脆性材料：O O小；塑性材料：小；塑性材料：O O大大工件的强度、硬度低：工件的强度、硬度低：O O大大2.刀具材料：刀具材料：刀具的刀具的强度、韧性越好：强度、韧性越好：O O大大3.加工条件：加工条件：粗加工粗加工/断续时：断续时：O O小；精加工时：小；精加工时：O O大大碳钢一般可取碳钢一般可取1020，铸铁一般可取，铸铁一般可取015。第85页，共110页，编辑于2022年，星期三“锐字当先、锐中求固锐字当先、锐中求固”前角选择总原则前角选择总原则第86页，共110页，编辑于2022年，星期三二、后角的作用二、后角的作用 后角的主要作用是减少后刀面与加工工件之间后角的主要作用是减少后刀面与加工工件之间的摩擦和磨损。但后角过大，会削弱切削刃、刀头的摩擦和磨损。但后角过大，会削弱切削刃、刀头的强度和散热能力。的强度和散热能力。通常通常O O=5=5 1212 在相同磨钝标准在相同磨钝标准VBVB下，增下，增大后角可以延长刀具使用寿大后角可以延长刀具使用寿命。命。第87页，共110页，编辑于2022年，星期三后角选择原则后角选择原则1.工件材料：工件材料：2.刀具材料：刀具材料：刀具的刀具的强度、韧性较大，则强度、韧性较大，则O O可选大值可选大值3.加工条件：加工条件：粗加工时：粗加工时：O O小；精加工时：小；精加工时：O O大大工件的工件的强度、硬度较大，则强度、硬度较大，则O O可选小值可选小值工件的塑性工件的塑性较大，则较大，则O O可选大值可选大值粗加工时，一般可取粗加工时，一般可取661010，精加工时，一般可取精加工时，一般可取881212。第88页，共110页，编辑于2022年，星期三三、主偏角、副偏角的作用三、主偏角、副偏角的作用1.影响残留面积的高度影响残留面积的高度、Rmax2.影响三个切削分力的大小和比例关系影响三个切削分力的大小和比例关系(Kr)第89页，共110页，编辑于2022年，星期三三、主偏角、副偏角的作用三、主偏角、副偏角的作用3.主偏角影响切屑层的形状主偏角影响切屑层的形状在在f、ap相同的情况下：相同的情况下：b bD D刀刃工作长度刀刃工作长度单位位负荷荷第90页，共110页，编辑于2022年，星期三主、副偏角选择原则主、副偏角选择原则1.工件材料：工件材料：2.工艺系统刚性：工艺系统刚性：刚性好，则刚性好，则取小取小值。3.加工条件：加工条件：粗加工时：粗加工时：大；精加工时：大；精加工时：小小硬度硬度主偏角主偏角常用的数值为常用的数值为30、45、60、75、90、93。副偏角副偏角一般取一般取5 15。第91页，共110页，编辑于2022年，星期三主、副偏角选择总原则：主、副偏角选择总原则：在不产生振动的条件下，取小值。在不产生振动的条件下，取小值。第92页，共110页，编辑于2022年，星期三四、刃倾角的作用四、刃倾角的作用1.1.影响切屑的流向：影响切屑的流向：s 0s 0时，切屑流向待加工面；时，切屑流向待加工面；s 0s 0s 0刃倾角选择原则刃倾角选择原则第95页，共110页，编辑于2022年，星期三第六节第六节 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性 材料的切削加工性是指：对某种材料进行切削加工材料的切削加工性是指：对某种材料进行切削加工的难易程度。的难易程度。良好的切削加工性的内容：良好的切削加工性的内容：在相同的切削条件下，刀具有较高的使用寿命；或在相同的切削条件下，刀具有较高的使用寿命；或在一定的刀具使用寿命下，能采用较高的切削速度。在一定的刀具使用寿命下，能采用较高的切削速度。在相同的切削条件下，切削力或切削功率小，切削温在相同的切削条件下，切削力或切削功率小，切削温度低。度低。容易获得良好的表面加工质量。容易获得良好的表面加工质量。容易控制切屑的形状或容易断屑。容易控制切屑的形状或容易断屑。第96页，共110页，编辑于2022年，星期三以刀具使用寿命以刀具使用寿命T T的相对比值作为指标的相对比值作为指标以相同刀具使用寿命以相同刀具使用寿命T T下切削速度下切削速度V V的相对比值作为指标的相对比值作为指标一、衡量材料切削加工性的指标一、衡量材料切削加工性的指标 材料的切削加工性是一个相对的概念。材料的切削加工性是一个相对的概念。通通常常在在讨讨论论钢钢材材的的切切削削加加工工性性时时，以以4545钢钢为为比比较较基基准准；而而讨讨论论铸铸铁铁这这样样的的脆脆性性材材料料时时，则则以以灰灰铸铁为比较基准。铸铁为比较基准。具体的评价指标主要有以下几种：具体的评价指标主要有以下几种：第97页，共110页，编辑于2022年，星期三相对加工性相对加工性Kr：一、衡量材料切削加工性的指标一、衡量材料切削加工性的指标 式中：式中：V V6060 某种材料其刀具使用寿命为某种材料其刀具使用寿命为60min60min时时 的切削速度；的切削速度；(V(V6060)j j 切削切削4545钢，刀具使用寿命为钢，刀具使用寿命为60min60min时时 的切削速度。的切削速度。第98页，共110页，编辑于2022年，星期三相对切削加工性及其分级相对切削加工性及其分级 第99页，共110页，编辑于2022年，星期三二、影响材料切削加工性的因素二、影响材料切削加工性的因素 1.1.材料物理和机械性能的影响材料物理和机械性能的影响硬度和强度硬度和强度塑性和韧性塑性和韧性导热性导热性线膨胀系数线膨胀系数金属材料的硬度和强度越高，切削力越大，切削温度越高，刀具磨损越快，故切削加工性越差。材料的导热系数越大，切削时的散热越好，有利于降低切削温度，故切削加工性越好。第100页，共110页，编辑于2022年，星期三2.2.材料化学成分的影响材料化学成分的影响 碳钢中含碳量或普钢中合金成分碳钢中含碳量或普钢中合金成分(如如Cr、Ni、Mo等等)强度、硬度强度、硬度 导热性导热性 加工性加工性 含量