第2章 金属切削基本原理精选文档.ppt

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1、第第2章章 金属切削基本原理金属切削基本原理本讲稿第一页，共一百五十六页第第2章章金属切削基本原理金属切削基本原理n教学目标：n金属切削就是用刀具把工件表面上多余的金属切掉，以获金属切削就是用刀具把工件表面上多余的金属切掉，以获得需要的工件形状和尺寸。切削过程的实质是工件切削层得需要的工件形状和尺寸。切削过程的实质是工件切削层在刀具前刀面的挤压下产生塑性变形，变成切屑的复杂过在刀具前刀面的挤压下产生塑性变形，变成切屑的复杂过程。在这个过程中的许多物理现象如：切削力、切削热和程。在这个过程中的许多物理现象如：切削力、切削热和刀具的磨损与刀具寿命、卷屑与断屑等，都与金属的变形刀具的磨损与刀具寿命、

2、卷屑与断屑等，都与金属的变形有密切的关系，都会影响加工质量、生产率和生产成本。有密切的关系，都会影响加工质量、生产率和生产成本。通过本章的学习，要了解金属切削基本原理，掌握金属切通过本章的学习，要了解金属切削基本原理，掌握金属切削变形过程的规律，从而主动地加以有效的控制，以便创削变形过程的规律，从而主动地加以有效的控制，以便创造出更先进的加工方法和高效率的切削刀具，以适应现代造出更先进的加工方法和高效率的切削刀具，以适应现代制造技术发展的需要。制造技术发展的需要。本讲稿第二页，共一百五十六页第第2章章金属切削基本原理金属切削基本原理n教学重点和难点：n切削变形切削变形n切削力切削力n切削热切削

3、热n刀具磨损刀具磨损n刀具几何参数选择刀具几何参数选择n切削用量选择切削用量选择本讲稿第三页，共一百五十六页第第2章章金属切削基本原理金属切削基本原理n案例导入：n要加工如图要加工如图2.1所示短轴。怎样才能把多余的材料去掉所示短轴。怎样才能把多余的材料去掉？要多大的切削力？如何选择刀具的几何参数和切削？要多大的切削力？如何选择刀具的几何参数和切削用量？用量？本讲稿第四页，共一百五十六页第第2章章金属切削基本原理金属切削基本原理n图2.1短轴本讲稿第五页，共一百五十六页第第2章章金属切削基本原理金属切削基本原理n2.1 金属切削过程金属切削过程n2.2切削力切削力n2.3 切削热与切削温度切削

4、热与切削温度n2.4刀具磨损与刀具耐用度刀具磨损与刀具耐用度n2.5磨削机理磨削机理n2.6刀具几何参数与切削用量的选择刀具几何参数与切削用量的选择n2.7 实训实训n2.8习题习题 本讲稿第六页，共一百五十六页2.1 金属切削过程金属切削过程n2.1.1 切削变形与切屑的形成切削变形与切屑的形成n2.1.2 切屑的类型切屑的类型n2.1.3切削变形程度的表示方法切削变形程度的表示方法n2.1.4前刀面上的摩擦与积屑瘤前刀面上的摩擦与积屑瘤n2.1.5已加工表面的形成过程已加工表面的形成过程n2.1.6影响切屑变形的主要因素影响切屑变形的主要因素本讲稿第七页，共一百五十六页2.1 金属切削过程

5、金属切削过程n金属切削过程是指将工件上多余的金属层，通过切削加工金属切削过程是指将工件上多余的金属层，通过切削加工被刀具切除而形成切屑的过程。研究切削过程的物理本质被刀具切除而形成切屑的过程。研究切削过程的物理本质及其变化规律，对提高切削加工生产率，保证加工质量，及其变化规律，对提高切削加工生产率，保证加工质量，降低加工成本有着很重要的意义。降低加工成本有着很重要的意义。本讲稿第八页，共一百五十六页2.1.1 切削变形与切屑的形成切削变形与切屑的形成n1.切削层与切削层参数n在切削过程中，主运动一个切削循环内，刀具从工件上所在切削过程中，主运动一个切削循环内，刀具从工件上所切除的金属层称为切削

6、层。如图切除的金属层称为切削层。如图2.2所示，车削时工件旋所示，车削时工件旋转一周，刀具从位置转一周，刀具从位置II移到了移到了I，I与与II之间的材料层即为之间的材料层即为切削层。切削层。本讲稿第九页，共一百五十六页2.1.1 切削变形与切屑的形成切削变形与切屑的形成n图2.2 切削用量和切削层参数本讲稿第十页，共一百五十六页2.1.1 切削变形与切屑的形成切削变形与切屑的形成n切削层的参数有：切削层的参数有：n1）切削层公称厚度）切削层公称厚度hD（mm）指垂直于过渡表面测量的切削层尺寸，即相指垂直于过渡表面测量的切削层尺寸，即相邻两过渡表面间的距离。邻两过渡表面间的距离。hD反映了切削

7、刃单位长度上的切削负荷。由图反映了切削刃单位长度上的切削负荷。由图2.2可知可知nhD f sinr（2-1)n2）切削层公称宽度）切削层公称宽度bD（mm）指沿过渡表面测量的切削层尺寸。指沿过渡表面测量的切削层尺寸。bD反映了反映了切削刃参加切削的长度。由图切削刃参加切削的长度。由图2.2可知可知nbD ap/sinr (2-2)n3）切削层公称横截面积）切削层公称横截面积AD（mm2）指在切削层尺寸平面里测量的横截面积。指在切削层尺寸平面里测量的横截面积。即为切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积。由图即为切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积。由图2.2可知可知nAD hD bD ap f

8、(2-3)本讲稿第十一页，共一百五十六页2.1.1 切削变形与切屑的形成切削变形与切屑的形成n2.切削变形的本质n从材料力学中得知，金属材料受挤压时，其内部材料产生应力从材料力学中得知，金属材料受挤压时，其内部材料产生应力应变（图应变（图2.3所示），在大约与受力方向成所示），在大约与受力方向成45（图中和（图中和方向即剪切方向）的斜截面内剪应力最大，开始是弹性变形，当方向即剪切方向）的斜截面内剪应力最大，开始是弹性变形，当剪应力达到材料的屈服极限时，剪切变形进入塑性流动阶段，材剪应力达到材料的屈服极限时，剪切变形进入塑性流动阶段，材料内部沿着剪切面发生相对滑移，材料就被压扁（塑性材料）或料内

9、部沿着剪切面发生相对滑移，材料就被压扁（塑性材料）或剪断（脆性材料）。剪断（脆性材料）。n切削加工与上述挤压相似，只是在切削加工时，受切削层下方切削加工与上述挤压相似，只是在切削加工时，受切削层下方（线以下）材料的阻碍，切削层材料不能沿方向滑移，（线以下）材料的阻碍，切削层材料不能沿方向滑移，只能沿剪切面向上滑移，于是，切削层材料就转变为切屑，见只能沿剪切面向上滑移，于是，切削层材料就转变为切屑，见图图2.4。本讲稿第十二页，共一百五十六页2.1.1 切削变形与切屑的形成切削变形与切屑的形成n图2.3金属的挤压与切削本讲稿第十三页，共一百五十六页2.1.1 切削变形与切屑的形成切削变形与切屑的

10、形成n图2.4切削过程示意图本讲稿第十四页，共一百五十六页2.1.1 切削变形与切屑的形成切削变形与切屑的形成n3.切屑的形成过程与三个变形区n如图如图2.5所示，在刀具切入工件后，由于切削刃和前刀面所示，在刀具切入工件后，由于切削刃和前刀面的推挤，工件材料内部的每一点都要产生一定的内应力，的推挤，工件材料内部的每一点都要产生一定的内应力，离刀具愈近的地方，应力愈大。离刀具愈近的地方，应力愈大。n第一变形区第一变形区是切屑形成的主要区域是切屑形成的主要区域(图图2.6中中区区)，在刀，在刀具前面推挤下，切削层金属发生塑性变形。具前面推挤下，切削层金属发生塑性变形。本讲稿第十五页，共一百五十六页

11、2.1.1 切削变形与切屑的形成切削变形与切屑的形成n图2.5 第一变形区金属的滑移本讲稿第十六页，共一百五十六页2.1.1 切削变形与切屑的形成切削变形与切屑的形成n图2.6 金属切削过程中的滑移线和流线示意图本讲稿第十七页，共一百五十六页2.1.1 切削变形与切屑的形成切削变形与切屑的形成n第二变形区：第二变形区：切屑沿前面流动时，进一步受到刀具前面的挤压，在刀具前面与切屑底切屑沿前面流动时，进一步受到刀具前面的挤压，在刀具前面与切屑底层之间产生了剧烈摩擦，使切屑底层的金属晶粒纤维化，其方向基本上和刀具前面层之间产生了剧烈摩擦，使切屑底层的金属晶粒纤维化，其方向基本上和刀具前面平行。这个变

12、形区域称为第二变形区平行。这个变形区域称为第二变形区(图图2.6中中区区)。第二变形区对切削过程也会。第二变形区对切削过程也会产生较显著的影响。产生较显著的影响。n第三变形区：第三变形区：切削层金属被刀具切削刃和前面从工件基体材料上剥离下来，进入第一和切削层金属被刀具切削刃和前面从工件基体材料上剥离下来，进入第一和第二变形区；同时，工件基体上留下的材料表层经过刀具钝圆切削刃和刀具后面的挤压、第二变形区；同时，工件基体上留下的材料表层经过刀具钝圆切削刃和刀具后面的挤压、摩擦，使表层金属产生纤维化和非晶质化，并使其显微硬度提高；并且在刀具后面离开摩擦，使表层金属产生纤维化和非晶质化，并使其显微硬度

13、提高；并且在刀具后面离开后，已加工表面表层和深层金属都要产生回弹，从而产生表面残留应力，这些变形过程后，已加工表面表层和深层金属都要产生回弹，从而产生表面残留应力，这些变形过程都是在第三变形区都是在第三变形区(图图2.6中中区区)内完成的，也是已加工表面形成的过程。第三变内完成的，也是已加工表面形成的过程。第三变形区内的摩擦与变形情况，直接影响着已加工表面的质量。形区内的摩擦与变形情况，直接影响着已加工表面的质量。n这三个变形区不是独立的，它们有紧密的内在联系和相互影响。这三个变形区不是独立的，它们有紧密的内在联系和相互影响。本讲稿第十八页，共一百五十六页2.1.2 切屑的类型切屑的类型n由于

14、工件材料以及切削条件不同，切削变形的程度也就不由于工件材料以及切削条件不同，切削变形的程度也就不同，因而所产生的切屑形态也就多种多样。其基本类型如同，因而所产生的切屑形态也就多种多样。其基本类型如图图2.7示，即带状切屑、节状切屑、粒状切屑和崩碎切示，即带状切屑、节状切屑、粒状切屑和崩碎切屑四类。屑四类。本讲稿第十九页，共一百五十六页2.1.2 切屑的类型切屑的类型n图2.7 切屑类型本讲稿第二十页，共一百五十六页2.1.2 切屑的类型切屑的类型n1.带状切屑n带状切屑是最常见的一种切屑。它的形状像一条连绵带状切屑是最常见的一种切屑。它的形状像一条连绵不断的带子，底部光滑，背部呈毛茸状。一般加

15、工塑不断的带子，底部光滑，背部呈毛茸状。一般加工塑性材料，当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角性材料，当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，得到的切屑往往是带状切屑。出现带状切屑较大时，得到的切屑往往是带状切屑。出现带状切屑时，切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗时，切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度值较小。糙度值较小。本讲稿第二十一页，共一百五十六页2.1.2 切屑的类型切屑的类型n2.挤裂切屑n挤裂切屑又称节状切屑。切屑上各滑移面大部分被剪断，尚有挤裂切屑又称节状切屑。切屑上各滑移面大部分被剪断，尚有小部分连在一起，犹如节骨状。它的外弧面呈锯齿形，内弧面小部分连

16、在一起，犹如节骨状。它的外弧面呈锯齿形，内弧面有时有裂纹。其原因是由于它的第一变形区较宽，在剪切滑移有时有裂纹。其原因是由于它的第一变形区较宽，在剪切滑移过程中滑移量较大。由滑移变形所产生的加工硬化使剪切力增过程中滑移量较大。由滑移变形所产生的加工硬化使剪切力增加，在局部地方达到材料的破裂强度。这种切屑在切削速度较加，在局部地方达到材料的破裂强度。这种切屑在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小的情况下产生。出现节状切低、切削厚度较大、刀具前角较小的情况下产生。出现节状切屑时，切削过程不平稳，切削力有波动，已加工表面粗糙度值屑时，切削过程不平稳，切削力有波动，已加工表面粗糙度值较大。较大。本

17、讲稿第二十二页，共一百五十六页2.1.2 切屑的类型切屑的类型n3.单元切屑(粒状切屑)n切屑沿剪切面完全断开，因而切屑呈梯形的单元状切屑沿剪切面完全断开，因而切屑呈梯形的单元状(粒状粒状)。当切削塑。当切削塑性材料，在切削速度极低时产生这种切屑。出现单元切屑时切削力波动性材料，在切削速度极低时产生这种切屑。出现单元切屑时切削力波动大，已加工表面粗糙度值大。大，已加工表面粗糙度值大。n以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到。生产中最常见以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到。生产中最常见的是带状切屑，有时得到挤裂切屑，单元切屑则很少见。切屑的的是带状切屑，有时得到挤裂切屑，单元切屑则很

18、少见。切屑的形态是随切削条件的改变而转化的。在形成挤裂切屑的情况下，形态是随切削条件的改变而转化的。在形成挤裂切屑的情况下，若减小刀具前角，降低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到若减小刀具前角，降低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到单元切屑；反之，则可得到带状切屑。单元切屑；反之，则可得到带状切屑。本讲稿第二十三页，共一百五十六页2.1.2 切屑的类型切屑的类型n4.崩碎切屑n切削脆性材料时，由于材料的塑性很小且抗拉强度低，被切金属层切削脆性材料时，由于材料的塑性很小且抗拉强度低，被切金属层在前刀面的推挤下未经塑性变形就在拉应力状态下脆断，形成不规在前刀面的推挤下未经塑性变形就在拉应力状态

19、下脆断，形成不规则的碎块状切屑。它与工件基体分离的表面很不规则，切削力波动则的碎块状切屑。它与工件基体分离的表面很不规则，切削力波动很大，切削振动大，加工表面凹凸不平，表面粗糙度值很大。很大，切削振动大，加工表面凹凸不平，表面粗糙度值很大。n在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，使形成在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，使形成“可接受可接受”的良好屑形。从切屑控制的角度出发国际标准化组织的良好屑形。从切屑控制的角度出发国际标准化组织（ISO）制定了切屑分类标准，如表）制定了切屑分类标准，如表2.1所示。所示。本讲稿第二十四页，共一百五十六页2.1.2 2.

20、1.2 切屑的类型切屑的类型切屑的类型切屑的类型本讲稿第二十五页，共一百五十六页2.1.3切削变形程度的表示方法切削变形程度的表示方法n1.相对滑移n如图如图2.8所示，当切削层单元平行四边形产生剪切变形为所示，当切削层单元平行四边形产生剪切变形为时，沿剪切面产生的滑移量为时，沿剪切面产生的滑移量为s。相对滑移。相对滑移的大小为：的大小为：n或或本讲稿第二十六页，共一百五十六页2.1.3切削变形程度的表示方法切削变形程度的表示方法n图2.8 相对滑移本讲稿第二十七页，共一百五十六页2.1.3切削变形程度的表示方法切削变形程度的表示方法n2.变形系数（切屑厚度压缩比）n在生产实践中在生产实践中,

21、切屑厚度切屑厚度hch通常要大于切削厚度通常要大于切削厚度,而切屑长度而切屑长度lch则则小于切削长度小于切削长度lc,如图如图2.9所示。由于切削宽度与切屑宽度差异很所示。由于切削宽度与切屑宽度差异很小小,根据体积不变的原则根据体积不变的原则,变形系数可由下式计算变形系数可由下式计算:n n本讲稿第二十八页，共一百五十六页2.1.3 切削变形程度的表示方法切削变形程度的表示方法n图2.9 切屑的变形本讲稿第二十九页，共一百五十六页2.1.4前刀面上的摩擦与积屑瘤前刀面上的摩擦与积屑瘤n1.前刀面上的摩擦n切削时，切削层经第一区变形后沿前刀面排出，受到前刀面的挤压和摩擦变形切削时，切削层经第一

22、区变形后沿前刀面排出，受到前刀面的挤压和摩擦变形加剧，进入第二变形区。切屑在流经前刀面时，在高温高压的作用下产生剧烈加剧，进入第二变形区。切屑在流经前刀面时，在高温高压的作用下产生剧烈的摩擦，致使刀具前刀面与切屑底层产生粘结现象，也称冷焊这种摩擦与一的摩擦，致使刀具前刀面与切屑底层产生粘结现象，也称冷焊这种摩擦与一般金属接触面间的摩擦不同。如图般金属接触面间的摩擦不同。如图2.10所示，刀屑接触区分为粘结区和滑动区所示，刀屑接触区分为粘结区和滑动区两部分。粘结区的摩擦为金属间的内摩擦，是金属内部的剪切滑移，这部分的两部分。粘结区的摩擦为金属间的内摩擦，是金属内部的剪切滑移，这部分的切向应力等于

23、被切材料的剪切屈服点切向应力等于被切材料的剪切屈服点 。滑动区的摩擦为外摩擦，即滑动摩擦，。滑动区的摩擦为外摩擦，即滑动摩擦，这部分的切向应力随着远离切削刃由这部分的切向应力随着远离切削刃由 逐渐减小至零。而刀屑接触面上正应力逐渐减小至零。而刀屑接触面上正应力分布是刃口处最大，远离刃口处变小，直至减小至零。所以前刀面上各点的摩分布是刃口处最大，远离刃口处变小，直至减小至零。所以前刀面上各点的摩擦是不同的。擦是不同的。本讲稿第三十页，共一百五十六页2.1.4前刀面上的摩擦与积屑瘤前刀面上的摩擦与积屑瘤n图2.10 切屑和前刀面摩擦特性本讲稿第三十一页，共一百五十六页2.1.4前刀面上的摩擦与积屑

24、瘤前刀面上的摩擦与积屑瘤n2.积屑瘤n1）积屑瘤的形成）积屑瘤的形成n由于刀屑接触面很洁净，切削塑性材料时，在粘结摩擦和滞留的作用下，由于刀屑接触面很洁净，切削塑性材料时，在粘结摩擦和滞留的作用下，当前刀面上的温度和压力适宜时，切屑底层金属粘结前刀面的刃口附近当前刀面上的温度和压力适宜时，切屑底层金属粘结前刀面的刃口附近（即所谓的（即所谓的“冷焊冷焊”），形成硬度很高（是工件材料的），形成硬度很高（是工件材料的23倍倍)的一的一个楔块，称为积屑瘤，见图个楔块，称为积屑瘤，见图2.11。积屑瘤的大小常用积屑瘤的。积屑瘤的大小常用积屑瘤的高度高度Hb表示。表示。本讲稿第三十二页，共一百五十六页2.

25、1.4前刀面上的摩擦与积屑瘤前刀面上的摩擦与积屑瘤n图2.11 积屑瘤前角和伸出量本讲稿第三十三页，共一百五十六页2.1.4前刀面上的摩擦与积屑瘤前刀面上的摩擦与积屑瘤n2）积屑瘤对切削过程的影响）积屑瘤对切削过程的影响n增大前角，减小切削力增大前角，减小切削力积屑瘤在刀面上增大了刀具的实际工作积屑瘤在刀面上增大了刀具的实际工作前角，可减小切屑变形，减小切削力。前角，可减小切屑变形，减小切削力。n影响尺寸精度影响尺寸精度积屑瘤前端伸出刀刃外，使切削厚度增加积屑瘤前端伸出刀刃外，使切削厚度增加了，影响工件尺寸精度。了，影响工件尺寸精度。n增大表面粗糙度值增大表面粗糙度值高度不稳定的积屑瘤会在工件

26、表面上划高度不稳定的积屑瘤会在工件表面上划出沟痕和挤歪已有沟痕，脱落后的积屑瘤颗粒会嵌在已加工表出沟痕和挤歪已有沟痕，脱落后的积屑瘤颗粒会嵌在已加工表面上，增大表面粗糙度值。面上，增大表面粗糙度值。n减小刀具磨损减小刀具磨损积屑瘤象帽子保护着切削刃，代替切削刃、积屑瘤象帽子保护着切削刃，代替切削刃、前刀面和后刀面进行切削，减小刀具的磨损。前刀面和后刀面进行切削，减小刀具的磨损。本讲稿第三十四页，共一百五十六页2.1.4前刀面上的摩擦与积屑瘤前刀面上的摩擦与积屑瘤n3）影响积屑瘤的主要因素）影响积屑瘤的主要因素n主要取决于切削温度。此外，接触面间的压力、粗糙程度、粘结强度等因素都与形主要取决于切

27、削温度。此外，接触面间的压力、粗糙程度、粘结强度等因素都与形成积屑瘤的条件有关。成积屑瘤的条件有关。n工件材料工件材料塑性越大，切削温度越高，越容易形成积屑瘤。可以采用正火或塑性越大，切削温度越高，越容易形成积屑瘤。可以采用正火或调质处理避免积屑瘤的生成。调质处理避免积屑瘤的生成。n切削速度切削速度实验表明，采用低速（实验表明，采用低速（3m/min）或较高速（）或较高速（40m/min）切削时，不易产生积屑瘤，如图）切削时，不易产生积屑瘤，如图2.12示。示。n刀具前角刀具前角增大前角，可以减小切屑变形、切削力和摩擦，降低切削温度，增大前角，可以减小切屑变形、切削力和摩擦，降低切削温度，抑制

28、积屑瘤的生成。抑制积屑瘤的生成。n另外，使用切削液可有效降低切削温度和摩擦，抑制积屑瘤的产生。另外，使用切削液可有效降低切削温度和摩擦，抑制积屑瘤的产生。本讲稿第三十五页，共一百五十六页2.1.4前刀面上的摩擦与积屑瘤前刀面上的摩擦与积屑瘤n图2.12 切削速度与积屑瘤高度的关系本讲稿第三十六页，共一百五十六页2.1.5已加工表面的形成过程已加工表面的形成过程n刀具切削刃的刃口实际上无法磨得绝对锋利，总存在刃口圆弧，刀具切削刃的刃口实际上无法磨得绝对锋利，总存在刃口圆弧，如图如图2.13所示，刃口圆弧半径为所示，刃口圆弧半径为 。切削时由于刃口圆弧的切削和。切削时由于刃口圆弧的切削和挤压摩擦作

29、用，使刃口前区的金属内部产生复杂的塑性变形。通常挤压摩擦作用，使刃口前区的金属内部产生复杂的塑性变形。通常以以 O点为分界点，点为分界点，O点以上金属晶体向上滑移形成切屑；点以上金属晶体向上滑移形成切屑；O点以下点以下厚度厚度 的金属层晶体向下滑移绕过刃口形成已加工表面。这层金属被的金属层晶体向下滑移绕过刃口形成已加工表面。这层金属被刃口圆弧挤压后，还继续受到后刀面上小棱面刃口圆弧挤压后，还继续受到后刀面上小棱面CE的摩擦，以及由已加的摩擦，以及由已加工表面弹性恢复层与后刀面上工表面弹性恢复层与后刀面上ED部分接触产生挤压摩擦，使已加部分接触产生挤压摩擦，使已加工表面变形更剧烈。工表面变形更剧

30、烈。本讲稿第三十七页，共一百五十六页2.1.5已加工表面的形成过程已加工表面的形成过程n图2.13 已加工表面变形本讲稿第三十八页，共一百五十六页2.1.6影响切屑变形的主要因素影响切屑变形的主要因素n影响切屑变形的因素很多，主要有：工件材料、刀具前角、影响切屑变形的因素很多，主要有：工件材料、刀具前角、切削速度、切削厚度。切削速度、切削厚度。n1.工件材料n工件材料的强度、硬度越大，切屑变形越小，图工件材料的强度、硬度越大，切屑变形越小，图2.14所示为工件材料的强度对变形系数的影响。所示为工件材料的强度对变形系数的影响。本讲稿第三十九页，共一百五十六页2.1.6影响切屑变形的主要因素影响切

31、屑变形的主要因素n图2.14 材料强度对变形系数的影响本讲稿第四十页，共一百五十六页2.1.6影响切屑变形的主要因素影响切屑变形的主要因素n2.刀具前角n刀具的前角越大，切削刃就越锋利，对切削层金属的刀具的前角越大，切削刃就越锋利，对切削层金属的挤压也就越小，剪切角就越大，所以，切屑变形也就挤压也就越小，剪切角就越大，所以，切屑变形也就越小，如图越小，如图2.15所示。所示。本讲稿第四十一页，共一百五十六页2.1.6影响切屑变形的主要因素影响切屑变形的主要因素n图2.15 前角对变形系数的影响本讲稿第四十二页，共一百五十六页2.1.6影响切屑变形的主要因素影响切屑变形的主要因素n3.切削速度n

32、切削速度主要是通过积屑瘤和切削温度使剪切角变化而影响切削速度主要是通过积屑瘤和切削温度使剪切角变化而影响切屑变形的。如图切屑变形的。如图2.16所示，在切削碳钢等塑性金属时，所示，在切削碳钢等塑性金属时，变形系数随切削速度增大呈波形变化，这是因为在较变形系数随切削速度增大呈波形变化，这是因为在较宽的切削速度范围内，中间有一部分区域会生成积屑宽的切削速度范围内，中间有一部分区域会生成积屑瘤，而高速端和低速端却没有积屑瘤。瘤，而高速端和低速端却没有积屑瘤。本讲稿第四十三页，共一百五十六页2.1.6影响切屑变形的主要因素影响切屑变形的主要因素n图2.16 切削速度对变形系数的影响本讲稿第四十四页，共

33、一百五十六页2.1.6影响切屑变形的主要因素影响切屑变形的主要因素n4.切削厚度n随着切削厚度的增加，摩擦系数减小，随着切削厚度的增加，摩擦系数减小，增大，变形系数增大，变形系数 减小。减小。在无积屑瘤的情况下，越大，在无积屑瘤的情况下，越大，越小，如图越小，如图2.17所示。切屑底所示。切屑底层的金属与前刀面产生剧烈的挤压和摩擦，离前刀面越远，切削层的金属与前刀面产生剧烈的挤压和摩擦，离前刀面越远，切削层变形越小，因此，切削厚度的增加，使切屑的平均变形减小。层变形越小，因此，切削厚度的增加，使切屑的平均变形减小。本讲稿第四十五页，共一百五十六页2.1.6影响切屑变形的主要因素影响切屑变形的主

34、要因素n图2.17 切削厚度对变形系数的影响本讲稿第四十六页，共一百五十六页2.2 切削力切削力n2.2.1 切削力的来源及分解切削力的来源及分解n2.2.2 切削力的测量切削力的测量n2.2.3 切削力和切削功率的计算切削力和切削功率的计算n2.2.4 影响切削力的因素影响切削力的因素本讲稿第四十七页，共一百五十六页2.2 切削力切削力n切削过程中，切削力直接影响着切削热、刀具磨损、刀具耐切削过程中，切削力直接影响着切削热、刀具磨损、刀具耐用度、加工精度和已加工表面质量。在生产中，切削力又用度、加工精度和已加工表面质量。在生产中，切削力又是计算切削功率，制定切削用量，设计机床、刀具、夹具是计

35、算切削功率，制定切削用量，设计机床、刀具、夹具的重要依据。因此，研究和掌握切削力的规律和计算、实的重要依据。因此，研究和掌握切削力的规律和计算、实验方法，对生产实际有重要的实用意义。验方法，对生产实际有重要的实用意义。本讲稿第四十八页，共一百五十六页2.2.1 切削力的来源及分解切削力的来源及分解n1.切削力的来源n加工时，使切削层产生弹性、塑性变形的切削抗力作用加工时，使切削层产生弹性、塑性变形的切削抗力作用在刀具上；前刀面与切屑间、后刀面与已加工表明间的在刀具上；前刀面与切屑间、后刀面与已加工表明间的摩擦力也作用在刀具上，这些力称为切削力。如图摩擦力也作用在刀具上，这些力称为切削力。如图2

36、.18所示。所示。本讲稿第四十九页，共一百五十六页2.2.1 切削力的来源及分解切削力的来源及分解n图2.18 作用在刀具上的切削力本讲稿第五十页，共一百五十六页2.2.1 切削力的来源及分解切削力的来源及分解n2.切削力的分解n图图2.19所示为车削外圆时的切削力。为了便于测量、研究和计算，所示为车削外圆时的切削力。为了便于测量、研究和计算，常将切削合力常将切削合力F分解为三个互相垂直的分力：分解为三个互相垂直的分力：n（1）切削力）切削力 （切向力）（切向力）切削合力在主运动方向的分力。切削合力在主运动方向的分力。n（2）背向力）背向力 （径向力）（径向力）切削合力在加工表面法向方向上的分

37、切削合力在加工表面法向方向上的分力。力。n（3）进给力）进给力 （轴向力）（轴向力）切削合力切削合力F在进给方向的分力。在进给方向的分力。本讲稿第五十一页，共一百五十六页2.2.1 切削力的来源及分解切削力的来源及分解n图2.19 切削力的分解本讲稿第五十二页，共一百五十六页2.2.2 切削力的测量切削力的测量n测力仪的测量原理是测量出变形或电荷，经转换后读测力仪的测量原理是测量出变形或电荷，经转换后读出三个切削分力。目前应用最广的是电阻应变片式测出三个切削分力。目前应用最广的是电阻应变片式测力仪。它的灵敏度高，精度高，量程范围大，可用于力仪。它的灵敏度高，精度高，量程范围大，可用于动态测量和

38、静态测量。动态测量和静态测量。n电阻式测力仪的工作原理是将若干电阻应变片贴在测电阻式测力仪的工作原理是将若干电阻应变片贴在测力仪上弹性元件的不同部位，分别联成电桥，如图力仪上弹性元件的不同部位，分别联成电桥，如图2.20中的中的R1R4。本讲稿第五十三页，共一百五十六页2.2.2 切削力的测量切削力的测量n图2.20 电阻应变片式测力仪本讲稿第五十四页，共一百五十六页2.2.3 切削力和切削功率的计算切削力和切削功率的计算n1.切削力的计算n通过大量实验，用测力仪测得各向分力后，通过数据处理，可得切削力通过大量实验，用测力仪测得各向分力后，通过数据处理，可得切削力的经验公式。生产中切削力的经验

39、公式分两类：一是指数公式；一是按的经验公式。生产中切削力的经验公式分两类：一是指数公式；一是按单位切削力计算的公式。单位切削力计算的公式。n1）计算切削力的指数公式）计算切削力的指数公式本讲稿第五十五页，共一百五十六页2.2.3 切削力和切削功率的计算切削力和切削功率的计算n2）单位切削力的计算公式）单位切削力的计算公式n用单位切削力用单位切削力p来计算主切削力是一种更简便的形式。单位来计算主切削力是一种更简便的形式。单位切削力是指切除单位切削层面积所产生的主切削力。用切削力是指切除单位切削层面积所产生的主切削力。用p表表示为：示为：本讲稿第五十六页，共一百五十六页2.2.3 切削力和切削功率

40、的计算切削力和切削功率的计算n2.切削功率的计算n切削功率切削功率Pc 指在切削过程中所消耗的功率，是各切削分力消耗指在切削过程中所消耗的功率，是各切削分力消耗功率的和。由于主运动方向上的功率消耗最大，通常用主运动消耗功率的和。由于主运动方向上的功率消耗最大，通常用主运动消耗的功率表示切削功率的功率表示切削功率Pc（kW）：）：n则机床电动机所需功率则机床电动机所需功率PE（Kw）为：）为：本讲稿第五十七页，共一百五十六页2.2.4 影响切削力的因素影响切削力的因素n1.工件材料的影响n工件材料的物理力学性能、加工硬化程度、热处理情况都影响切削工件材料的物理力学性能、加工硬化程度、热处理情况都

41、影响切削力的大小，其中影响较大的主要因素是强度、硬度和塑性。工件材力的大小，其中影响较大的主要因素是强度、硬度和塑性。工件材料的强度、硬度越高，则屈服强度越高，切削力越大。在强度、硬料的强度、硬度越高，则屈服强度越高，切削力越大。在强度、硬度相近的情况下，材料的塑性（伸长率）、韧性越大，则刀具前面度相近的情况下，材料的塑性（伸长率）、韧性越大，则刀具前面上的平均摩擦系数越大，切削力也就越大。另外，加工硬化程度大，上的平均摩擦系数越大，切削力也就越大。另外，加工硬化程度大，切削力也增大。切削力也增大。本讲稿第五十八页，共一百五十六页2.2.4 影响切削力的因素影响切削力的因素n2.切削用量的影响

42、n（1）进给量）进给量f和背吃刀量和背吃刀量aPn进给量进给量f和背吃刀量和背吃刀量aP的增加，都使切削面积的增加，都使切削面积D增大，但进给量增大，但进给量f的增加使变形的增加使变形程度减小，切削层单位面积切削力减小，故切削力有所增加；而背吃刀量程度减小，切削层单位面积切削力减小，故切削力有所增加；而背吃刀量aP增加时，切削层单位面积切削力不变，切削刃上的切削负荷也随之增大，即切削变增加时，切削层单位面积切削力不变，切削刃上的切削负荷也随之增大，即切削变形抗力和刀具前面上的摩擦力均成正比的增加。形抗力和刀具前面上的摩擦力均成正比的增加。n（2）切削速度）切削速度vC n积屑瘤的存在与否，决定

43、着切削速度对切削力的影响情况：在积屑瘤生长阶段，积屑瘤的存在与否，决定着切削速度对切削力的影响情况：在积屑瘤生长阶段，vC增加，增加，积屑瘤高度增加，变形程度减小，切削力减小；而积屑瘤的减小会使切削力增大。积屑瘤高度增加，变形程度减小，切削力减小；而积屑瘤的减小会使切削力增大。本讲稿第五十九页，共一百五十六页2.2.4 影响切削力的因素影响切削力的因素n3.刀具几何参数与刀具材料的影响n（1）前角）前角 前角前角增大时，若后角不变，刀具容易切入工件，增大时，若后角不变，刀具容易切入工件，有助于切削变形的减小，使变形抗力减小，所以切削力减小。有助于切削变形的减小，使变形抗力减小，所以切削力减小。

44、n（2）负倒棱）负倒棱 前刀面上的负倒棱能显著提高刀具的刃口强度，前刀面上的负倒棱能显著提高刀具的刃口强度，可以提高刀具寿命；但负倒棱使切削变形增加，所以切削力增可以提高刀具寿命；但负倒棱使切削变形增加，所以切削力增大。大。n（3）主偏角）主偏角 主偏角主偏角r对切削力的影响可以从图对切削力的影响可以从图2.21的实验数的实验数据及式（据及式（2.10）知，主偏角知，主偏角r变大时，会使变大时，会使 减小，减小，增大。增大。本讲稿第六十页，共一百五十六页2.2.4 影响切削力的因素影响切削力的因素n图2.21 主偏角对切削力的影响本讲稿第六十一页，共一百五十六页2.2.4 影响切削力的因素影响

45、切削力的因素n（4）刀尖圆弧半径）刀尖圆弧半径 刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r增大，则切削刃圆弧部分的长度增大，则切削刃圆弧部分的长度增长，切削变形增大，使切削力增大。增长，切削变形增大，使切削力增大。n4.刀具磨损及切削液的影响n刀具后面磨损后，后角为零，作用在后面上的法向力刀具后面磨损后，后角为零，作用在后面上的法向力Fna和摩擦和摩擦力力Ffa都增大，故切削力都增大，故切削力Fc、背向力、背向力Fp增大。增大。n切削过程中采用切削液可减小刀具与工件间及刀、屑间的摩擦，切削过程中采用切削液可减小刀具与工件间及刀、屑间的摩擦，有利于减小切削力。有利于减小切削力。本讲稿第六十二页，共一百五十六页2

46、.3 切削热与切削温度切削热与切削温度n2.3.1 切削热的来源与传导切削热的来源与传导n2.3.2 切削温度切削温度n2.3.3影响切削温度的因素影响切削温度的因素n2.3.4切削液切削液本讲稿第六十三页，共一百五十六页2.3 切削热与切削温度切削热与切削温度n切削热和由它产生的切削温度会使整个工艺系统的温度切削热和由它产生的切削温度会使整个工艺系统的温度升高，一方面会引起工艺系统的变形，另一方面会加速升高，一方面会引起工艺系统的变形，另一方面会加速刀具的磨损，从而影响工件的加工精度、表面质量及刀刀具的磨损，从而影响工件的加工精度、表面质量及刀具的耐用度。因此，研究切削热和切削温度的产生及其

47、具的耐用度。因此，研究切削热和切削温度的产生及其变化规律有很重要的意义。变化规律有很重要的意义。本讲稿第六十四页，共一百五十六页2.3.1 切削热的来源与传导切削热的来源与传导n1.切削热的产生n切削加工时，切削层金属发生弹性变形和塑性变形所消切削加工时，切削层金属发生弹性变形和塑性变形所消耗的能量耗的能量98以上都转换成为热能，这是切削热的一以上都转换成为热能，这是切削热的一个主要来源。另外，刀、屑面间的摩擦以及后刀面与工个主要来源。另外，刀、屑面间的摩擦以及后刀面与工件间的摩擦，是切削热的又一个来源。在三个切削变形件间的摩擦，是切削热的又一个来源。在三个切削变形区都产生切削热，如图区都产生

48、切削热，如图2.22所示。所示。本讲稿第六十五页，共一百五十六页2.3.1 切削热的来源与传导切削热的来源与传导n图2.22 切削热的产生与传导本讲稿第六十六页，共一百五十六页2.3.1 切削热的来源与传导切削热的来源与传导n2.切削热的传导n切削热由切屑、工件、刀具以及周围的介质传导出去。影响热传切削热由切屑、工件、刀具以及周围的介质传导出去。影响热传导的主要因素是工件和刀具材料的导热系数，以及周围介质的状导的主要因素是工件和刀具材料的导热系数，以及周围介质的状况。工件的导热系数越大，则通过工件和切屑传走的热量越多，况。工件的导热系数越大，则通过工件和切屑传走的热量越多，切削区的温度降低，有

49、利于提高刀具的使用寿命，但工件的温度切削区的温度降低，有利于提高刀具的使用寿命，但工件的温度升高了，就会降低工件加工精度。刀具的导热系数越大，则通过升高了，就会降低工件加工精度。刀具的导热系数越大，则通过刀具传走的热量越多，可降低切削区的温度。刀具传走的热量越多，可降低切削区的温度。本讲稿第六十七页，共一百五十六页2.3.2 切削温度切削温度n切削温度一般指切屑与前刀面接触区域的平均温度，由于刀具上各点与切削温度一般指切屑与前刀面接触区域的平均温度，由于刀具上各点与三个热源（三个变形区）的距离不同，因此刀具上各点的温度分布不均三个热源（三个变形区）的距离不同，因此刀具上各点的温度分布不均匀，图

50、匀，图2.23是切屑塑性材料时，刀具、切屑和工件的温度分布示意是切屑塑性材料时，刀具、切屑和工件的温度分布示意图。切屑沿前刀面流出时，热量累积导致温度升高，而热传导又十图。切屑沿前刀面流出时，热量累积导致温度升高，而热传导又十分不利，在距离刀尖一定长度的地方温度最高，刀具磨损也是在此分不利，在距离刀尖一定长度的地方温度最高，刀具磨损也是在此处开始。在切脆性材料时，切屑呈崩碎状，第一区的塑性变形不严处开始。在切脆性材料时，切屑呈崩碎状，第一区的塑性变形不严重，与前刀面的接触长度很短，使第二区的摩擦减小，因此，第一重，与前刀面的接触长度很短，使第二区的摩擦减小，因此，第一区和第二区的温度不高，只有