建材冶金行业 -行业分类→建材治金业-金属切削基本原理.ppt

《建材冶金行业 -行业分类→建材治金业-金属切削基本原理.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建材冶金行业 -行业分类→建材治金业-金属切削基本原理.ppt（134页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、建材冶金行业建材冶金行业-行业分行业分类类建材治金业建材治金业-金属金属切削基本原理切削基本原理金属切削基本原理1金属切削过程2切削力 3切削热与切削温度 4磨削机理 5刀具磨损与刀具耐用度 6刀具几何参数与切削用量的选择 研究金属切削基本原理，对有效控制切削过程、保证加工精度和表面质量、提高切削效率、降低生产成本、促进切削加工技术的发展等都有重要的指导意义。金属切削基本原理知识点：知识点：金属切削过程，金属切削过程，切屑的形成与切削变形，切屑的形成与切削变形，切屑的类型，切屑的类型，影响切削变形的因素；影响切削变形的因素；切削力的来源及分解，切削力的来源及分解，切削力测定和切削力实验公式，切

2、削力测定和切削力实验公式，单位切削力、切削功率，单位切削力、切削功率，影响切削力的因素；影响切削力的因素；切削热的来源与传导，切削热的来源与传导，切削温度，影响切削温度的因素，切削温度，影响切削温度的因素，切削液；切削液；磨削机理；磨削机理；刀具磨损与刀具耐用度；刀具磨损与刀具耐用度；刀具几何参数的选择，切削用量的选择。刀具几何参数的选择，切削用量的选择。金属切削基本原理重点：重点：切屑的形成与切削变形，切屑的形成与切削变形，切削力，切削力，刀具磨损与刀具耐用度，刀具磨损与刀具耐用度，刀具几何参数的选择。刀具几何参数的选择。难点：难点：影响切削变形的因素，影响切削变形的因素，影响切削力的因素，

3、影响切削力的因素，影响切削温度的因素，影响切削温度的因素，刀具几何参数的选择。刀具几何参数的选择。1金属切削过程 金属切削过程是通过切削运动，刀具从工件表面切除多余的金属层、形成已加工表面的过程，也是工件的切削层在前刀面挤压下产生塑性变形、形成切屑而被切下来的过程。出现的物理现象：切削变形、切削力、切削热、刀具磨损 积屑瘤、振动现象等也与切削过程的变形有关影响：直接或间接地影响加工质量和劳动生产率。图2.1金属切削过程中的滑移线和流线示意图1金属切削过程一切屑的形成与切削变形（以塑性金属材料为例以塑性金属材料为例）切屑的形成过程及变形区的划分切屑的形成过程及变形区的划分切屑的形成过程及变形区的

4、划分切屑的形成过程及变形区的划分 II变形区变形区切屑流出，受挤压，剧烈摩擦切屑流出，受挤压，剧烈摩擦切屑沿前刀面排出切屑沿前刀面排出时时，进进一步受到前刀面的一步受到前刀面的挤压挤压和摩擦，使靠和摩擦，使靠近前刀面近前刀面处处的金属的金属纤维纤维化化，其方向基本上和前刀面相平行。其方向基本上和前刀面相平行。III变形区变形区挤压、摩擦，金属回弹，产生残留应力挤压、摩擦，金属回弹，产生残留应力已加工表面受到切削刃已加工表面受到切削刃钝圆钝圆部分和后刀面的部分和后刀面的挤压挤压、摩擦与回、摩擦与回弹弹，造成造成纤维纤维化与加工硬化。化与加工硬化。I变形区变形区剪切滑移，塑性变形剪切滑移，塑性变形

5、从从OA线线开始开始发发生塑性生塑性变变形，到形，到0M线线金属晶粒的剪切滑移基本完成金属晶粒的剪切滑移基本完成，离开离开0M线之后，切削层金属已经变成切屑，并沿着刀具前面流动线之后，切削层金属已经变成切屑，并沿着刀具前面流动。（切屑形成的主要区域）（切屑形成的主要区域）2.1.1 2.1.1 切屑的形成与切削变形切屑的形成与切削变形 第一变形区金属的剪切滑移第一变形区金属的剪切滑移图2.2 第一变形区金属的滑移如图所示：刀具切入工件后，如图所示：刀具切入工件后，工件内部产生一定的内应力，离工件内部产生一定的内应力，离刀具愈近的地方应力愈大。当切刀具愈近的地方应力愈大。当切削层中的某点削层中的

6、某点P逼近逼近1位置时切应位置时切应力达到材料的屈服极限，继续向力达到材料的屈服极限，继续向前移动时，还要沿前移动时，还要沿OA方向滑移变方向滑移变形，其合成运动将使点形，其合成运动将使点P由点由点1的位的位置移动到点置移动到点2的位置，的位置，2与与2/之间的之间的距离即为此时的位移量。距离即为此时的位移量。随着滑移的产生，切应变将逐渐随着滑移的产生，切应变将逐渐加大，点加大，点P继续沿继续沿2、3、各点移动，、各点移动，并沿并沿OB、OC方向滑移，滑移量不方向滑移，滑移量不断增大，切应力也随之增高。当点断增大，切应力也随之增高。当点达到达到4点后，其运动方向已与刀具前点后，其运动方向已与刀

7、具前面平行，滑移将终止。面平行，滑移将终止。OA始剪切面，始剪切面，OM终剪切面终剪切面切屑形成的过程，就其本质来说，被切削的金属层在刀具切削刃和前刀面作用下，因受切屑形成的过程，就其本质来说，被切削的金属层在刀具切削刃和前刀面作用下，因受挤压而产生剪切滑移变形的过程。挤压而产生剪切滑移变形的过程。第一变形区的变形主要是剪切滑移，用相对滑移来衡量变形程度。第一变形区的变形主要是剪切滑移，用相对滑移来衡量变形程度。剪切角剪切角剪切面和切削速度方向之间的夹角。剪切面和切削速度方向之间的夹角。剪切角剪切角剪切面积剪切面积变形程度变形程度切削力切削力。在在OA到到OM之间的区域即为第一变形区，在一般速

8、度范围内，其之间的区域即为第一变形区，在一般速度范围内，其宽度仅为宽度仅为0.02mm0.2mm，故可用一个面表示，称为剪切面。，故可用一个面表示，称为剪切面。第一变形区金属的剪切滑移变形系数 图图2.4变形系数的计算变形系数的计算切屑变形程度可用变形系数（切屑厚度压缩比）来度量切屑变形程度可用变形系数（切屑厚度压缩比）来度量。变形系数越大，表示切出的切屑变形系数越大，表示切出的切屑变厚变短，变形越大。变厚变短，变形越大。图2.5切屑和前刀面摩擦特性3前刀面的挤压摩擦与积屑瘤切屑在流经前刀面时，切屑在流经前刀面时，在高温高压的作用下在高温高压的作用下产生剧烈的摩擦，这种产生剧烈的摩擦，这种摩擦

9、与一般金属接触面摩擦与一般金属接触面间的摩擦不同。间的摩擦不同。如图所示，刀屑接触区如图所示，刀屑接触区分为沾结区和滑移区两分为沾结区和滑移区两部分。部分。在粘结区，切屑的底层与前面呈现冷焊状态，切屑与前面在粘结区，切屑的底层与前面呈现冷焊状态，切屑与前面之间不是一般的外摩擦，这时切屑底层的流速要比上层缓慢之间不是一般的外摩擦，这时切屑底层的流速要比上层缓慢得多，从而在切屑底部形成一个滞流层得多，从而在切屑底部形成一个滞流层。所谓所谓“内摩擦内摩擦”就是指滞流层与上层流屑层内部之间的摩擦，就是指滞流层与上层流屑层内部之间的摩擦，这种内摩擦也就是金属内部的剪切滑移。其摩擦力的大小与这种内摩擦也就

10、是金属内部的剪切滑移。其摩擦力的大小与材料的流动应力特性及粘结面积的大小有关。材料的流动应力特性及粘结面积的大小有关。切屑离开粘结区后进入滑动区。在该区域内刀屑间的摩擦切屑离开粘结区后进入滑动区。在该区域内刀屑间的摩擦仅为外摩擦。仅为外摩擦。刀屑接触面间有二个摩擦区域：粘结刀屑接触面间有二个摩擦区域：粘结(内摩擦内摩擦)区和滑动区和滑动(外外摩擦摩擦)区。区。金属的内摩擦力要比外摩擦力大得多，因此，应着重考虑金属的内摩擦力要比外摩擦力大得多，因此，应着重考虑内摩擦内摩擦。3前刀面的挤压摩擦与积屑瘤积屑瘤积屑瘤积屑瘤积屑瘤图2.6 积屑瘤1）什么是积屑瘤）什么是积屑瘤在中低速切削塑性金属材料时在

11、中低速切削塑性金属材料时,常在刀具前面刃口处粘结一常在刀具前面刃口处粘结一些工件材料些工件材料,形成一块硬度很高的楔块，称之为积屑瘤形成一块硬度很高的楔块，称之为积屑瘤积屑瘤的大小常用积屑瘤积屑瘤的大小常用积屑瘤的高度的高度Hb表示。表示。2 2）积屑瘤的形成原因）积屑瘤的形成原因）积屑瘤的形成原因）积屑瘤的形成原因位置：第二位置：第二变变形区形区3）影响积屑瘤的因素）影响积屑瘤的因素 积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化程度有关，也与刀刃前区的温度和压力状况有关。化程度有关，也与刀刃前区的温度和压力状况有关。条件：条件：切削塑性材料、中等速度

12、、切削塑性材料、中等速度、形成形成带带状切屑状切屑产生这种现象，是滞流层金属不断堆积的结果。产生这种现象，是滞流层金属不断堆积的结果。原因：摩擦塑性原因：摩擦塑性变变形、堆形、堆积积、硬化、硬化。切削加工时，切屑底层金属与前刀面产生强烈的摩擦，当接触面具有适当切削加工时，切屑底层金属与前刀面产生强烈的摩擦，当接触面具有适当的温度和较高的压力时，就会产生沾结（冷焊）而滞留在前刀面上。连续流动的温度和较高的压力时，就会产生沾结（冷焊）而滞留在前刀面上。连续流动的切屑从沾结在前刀面的底层上流过时，在温度、压力适当的情况下也会被阻的切屑从沾结在前刀面的底层上流过时，在温度、压力适当的情况下也会被阻滞在

13、底层上，使沾结层逐渐在前一层上积聚，这样一层层地滞留、沾结，逐渐滞在底层上，使沾结层逐渐在前一层上积聚，这样一层层地滞留、沾结，逐渐形成了一个楔形的积屑瘤。形成了一个楔形的积屑瘤。4）对对切削切削过过程的影响程的影响前角前角 保保护护切削刃切削刃实际背吃刀量和实际背吃刀量和切削厚度切削厚度，加工精度，加工精度 使使已加工面的已加工面的Ra，并容易引起振动。，并容易引起振动。对粗加工有利对粗加工有利在精加工时应尽量避免产生积屑瘤。在精加工时应尽量避免产生积屑瘤。5）抑制或消除积屑瘤的措施）抑制或消除积屑瘤的措施采用低速或高速切削，由于切削速度是通过切削温度影采用低速或高速切削，由于切削速度是通过

14、切削温度影响积屑瘤的，以切削响积屑瘤的，以切削45钢为例，在低速钢为例，在低速vc3m/min和较和较高速度高速度vc40m/min范围内，摩擦系数都较小，故不易形范围内，摩擦系数都较小，故不易形成积屑瘤；成积屑瘤；采用高润滑性的切削液，使摩擦和粘结减少；采用高润滑性的切削液，使摩擦和粘结减少；适当减少进给量、增大刀具前角；适当减少进给量、增大刀具前角；适当提高工件材料的硬度；适当提高工件材料的硬度；提高刀具的刃磨质量；提高刀具的刃磨质量；合理调节各切削参数间关系，以防止形成中温区域。合理调节各切削参数间关系，以防止形成中温区域。4 4已加已加工表面变形与加工硬化工表面变形与加工硬化切削刃的刃

15、口总存在刃口圆弧，如图所切削刃的刃口总存在刃口圆弧，如图所示，由于刃口圆弧的切削和挤压摩擦作示，由于刃口圆弧的切削和挤压摩擦作用，使刃口前区的金属内部产生复杂的用，使刃口前区的金属内部产生复杂的塑性变形。塑性变形。通常以通常以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点以下厚度的金属层向下滑移饶过刃点以下厚度的金属层向下滑移饶过刃口形成已加工表面。挤压摩擦回弹。口形成已加工表面。挤压摩擦回弹。图图2.8已加工表面变形已加工表面变形加工硬化加工硬化加工硬化加工硬化经切削产生的变形使得已加工表面层的金属晶格经切削产生的变形使得已加工表面层的金属晶

16、格产生扭曲、挤裂和啐裂，造成已加工表面的硬度增高的现象产生扭曲、挤裂和啐裂，造成已加工表面的硬度增高的现象（冷硬），使已加工表面出现显微裂纹、残余应力等，降低了（冷硬），使已加工表面出现显微裂纹、残余应力等，降低了加工表面的质量和材料的抗疲劳强度加工表面的质量和材料的抗疲劳强度。鳞刺鳞刺已加工表面上的一种鳞片状毛刺。已加工表面上的一种鳞片状毛刺。影响影响表面粗糙度。表面粗糙度。原因原因较低的切削速度对塑性材料进行切削加工时。较低的切削速度对塑性材料进行切削加工时。措施措施高速切削、减小切削厚度、使用润滑性能好的切削液等。高速切削、减小切削厚度、使用润滑性能好的切削液等。2.1.2切屑的类型切屑

17、的类型挤压挤压剪切剪切应应力力剪切滑移塑性剪切滑移塑性变变形形分离分离切屑切屑2.1.2切屑的类型切屑的类型带状切屑高速挤裂切屑(节状切屑)低速单元切屑(粒状切屑)极低速崩碎切屑脆性材料图2.9切屑类型带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑工件材料以及切削条件不同，切削变形的程度也就不同。四种基本类型1、带状切屑、带状切屑最常见的屑型之一最常见的屑型之一外形特征外形特征：它的形状象一条连绵不断的带子，内表面是光滑的，它的形状象一条连绵不断的带子，内表面是光滑的，外表面是毛茸茸的。外表面是毛茸茸的。形成条件：形成条件：一般加工塑性金属材料，当切削厚度较小、一般加工塑性金属材料，当切削厚度较小、切削速度

18、切削速度较高、刀具前角较大时，会得到此类切屑。较高、刀具前角较大时，会得到此类切屑。优点：优点：切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。缺点缺点：紊乱状切屑缠绕在刀具或工件上影响加工过程。：紊乱状切屑缠绕在刀具或工件上影响加工过程。挤裂挤裂(节状节状)切屑切屑外形特征：刀屑接触面有裂纹，外表面是锯齿形。外形特征：刀屑接触面有裂纹，外表面是锯齿形。形成条件：形成条件：这类切屑之所以呈锯齿形，是由于它的第一变形区较宽，这类切屑之所以呈锯齿形，是由于它的第一变形区较宽，在在剪切滑移过程中滑移量较大。剪切滑移过程中滑移量较大。大多在低速、

19、大进给、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。大多在低速、大进给、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。出现挤裂切屑时，切削过程不平稳，切削力有波动，已加工表面粗糙度较大。出现挤裂切屑时，切削过程不平稳，切削力有波动，已加工表面粗糙度较大。在挤裂在挤裂(节状节状)切屑产生的前提下切屑产生的前提下,当进一步降低切削速度，增大进给量，减当进一步降低切削速度，增大进给量，减小前角时则出现单元小前角时则出现单元(粒状粒状)切屑。切屑。切削力波动大，已加工表面粗糙度大。切削力波动大，已加工表面粗糙度大。切削脆性金属切削脆性金属(铸铁铸铁)时，常见的呈不规则细粒状的切屑。产生时，常见的呈不规则细粒状的切屑。产生这

20、种切屑会使切削过程不平稳，易损坏刀具，使已加工表面粗这种切屑会使切削过程不平稳，易损坏刀具，使已加工表面粗糙。工件材料越是脆硬、进给量越大则越容易产生这种切屑。糙。工件材料越是脆硬、进给量越大则越容易产生这种切屑。单元单元(粒状粒状)切屑切屑崩碎切屑崩碎切屑2.1.32.1.3影响切削变形的因素影响切削变形的因素塑性越大，强度硬度越塑性越大，强度硬度越低，屈服极限低，低，屈服极限低，切屑切屑变形越大变形越大图图2.11材料对变形系数材料对变形系数的影响的影响材料强度越高，塑性越小，材料强度越高，塑性越小，则变形系数越小，切削变则变形系数越小，切削变形减小。形减小。1工件材料工件材料2.2.刀具

21、前角刀具前角前角增大，刃锋利，前角增大，刃锋利，挤压小，剪切角挤压小，剪切角增增大，而剪切角越大大，而剪切角越大切屑变形越小，则变切屑变形越小，则变形系数形系数 减小。减小。图2.12前角对变形系数 的影响变形系数与前角之间的关系如图所示变形系数与前角之间的关系如图所示（1）切削速度）切削速度通过积屑瘤和切削温度使剪切角变化而影响切削通过积屑瘤和切削温度使剪切角变化而影响切削变形的。变形的。切削速度是通过积屑瘤的生长消失过程影响切削变形大小的。切削速度是通过积屑瘤的生长消失过程影响切削变形大小的。在积屑瘤增长的速度范围内在积屑瘤增长的速度范围内 ,因积屑瘤导致实际工作前角增加、剪切因积屑瘤导致

22、实际工作前角增加、剪切角角增大、变形系数减小。增大、变形系数减小。在积屑瘤消失的速度范围内，实际工作前角不断减小、变形系数在积屑瘤消失的速度范围内，实际工作前角不断减小、变形系数 不不断上升至最大值，此时积屑瘤完全消失。断上升至最大值，此时积屑瘤完全消失。在无积屑瘤的切削速度范围，切削速度愈高，变形系数愈小。在无积屑瘤的切削速度范围，切削速度愈高，变形系数愈小。切削铸铁等脆性金属时切削铸铁等脆性金属时,一般不产生积屑瘤。随着切削速度增大，变一般不产生积屑瘤。随着切削速度增大，变形系数逐渐地减小。形系数逐渐地减小。图2.13切削速度对变形系数 的影响（2）进给量）进给量当进给量当进给量f 增大时

23、，增大时，切削层厚度切削层厚度hD增大，增大，切屑的平均变形减切屑的平均变形减小，变形系数小，变形系数减小减小图2.14进给量对变形系数 的影响作业：作业：2.12.32.62.72.2切削力切削过程中，刀具施加于工件使工件材料产生变切削过程中，刀具施加于工件使工件材料产生变形，并使多余材料变为切屑所需的力，称为切削力。形，并使多余材料变为切屑所需的力，称为切削力。切削力直接决定着切削热的产生，并影响刀具磨损、破损、切削力直接决定着切削热的产生，并影响刀具磨损、破损、刀具耐用度、加工精度和已加工表面质量。刀具耐用度、加工精度和已加工表面质量。切削力是计算切削功率，制定切削用量，监控切削状态，切

24、削力是计算切削功率，制定切削用量，监控切削状态，设计和使用机床、刀具、夹具的必要依据。设计和使用机床、刀具、夹具的必要依据。研究切削力的规律和计算方法，有利于分析切削机理，对研究切削力的规律和计算方法，有利于分析切削机理，对生产实际有重要的指导作用。生产实际有重要的指导作用。2.2.12.2.1切削力的来源及分解切削力的来源及分解 两方面：两方面：一是切削一是切削层层金属、切屑和工件表金属、切屑和工件表面面层层金属的金属的弹弹性性变变形、形、塑性塑性变变形所形所产产生的抗生的抗力；力；二是刀具与切屑、二是刀具与切屑、工件表面工件表面间间的摩擦阻的摩擦阻力力图图2。15作用在刀具上的力作用在刀具

25、上的力。1、切削力的来源、切削力的来源2.2.12.2.1切削力的来源及分解切削力的来源及分解1切削力的来源切削力的来源摩擦力摩擦力Fr弹性、塑性变形力弹性、塑性变形力Frn弹性、塑性变形力弹性、塑性变形力Fn摩擦力摩擦力F 切削合力切削合力F切削力来自于金属切削过程中克服被加工材料的弹、塑性变形抗力和摩擦阻力切削力来自于金属切削过程中克服被加工材料的弹、塑性变形抗力和摩擦阻力Fr,rnF,n图图2.16切削力的分解切削力的分解2.切削力的分解（1）切削力）切削力Fc（切向力）（切向力）主运动方向的分力主运动方向的分力与切削速度的方向一致与切削速度的方向一致（2）背向力）背向力F F p p（

26、径向力）（径向力）加工法向方向上的分力加工法向方向上的分力吃刀抗力吃刀抗力（3）进给力）进给力F F f f （轴向力）（轴向力）进给方向的分力进给方向的分力进给抗力进给抗力Fp=Ff,pcoskr;Fp=Ff,psInKrFc是计算切削功率和设计机床的主要依据。是计算切削功率和设计机床的主要依据。F F p p变形、振动，影响加工精度和已加工表面的质量。变形、振动，影响加工精度和已加工表面的质量。F F f f设计进给机构或校核进给系统零件强度的依据。设计进给机构或校核进给系统零件强度的依据。2.2.2切削力测定和切削力实验公式1 1、切削力的测量原理、切削力的测量原理最典型值 =1 =0.

27、75 =0 2.2.计算切削力的实验公式计算切削力的实验公式 切削力切削力 F Fc c=背向力背向力 F Fp p=进给力进给力 F Ff f=2.2.3单位切削力、切削功率1.1.单位切削力单位切削力切除单位切削层面积所产生的主切削力切除单位切削层面积所产生的主切削力 p p切削功率切削功率PcP2.2.切削功率切削功率切削过程中所消耗的功率切削过程中所消耗的功率机床电机所需功率机床电机所需功率PE PE=Pc/（=0.75=0.750.85）校验和选取机床电机的依据校验和选取机床电机的依据2.2.4影响切削力的因素1.工件材料工件材料影响较大的因素主要是工件材料的强度、硬度和塑性。影响较

28、大的因素主要是工件材料的强度、硬度和塑性。材料的强度、硬度越高，则屈服强度越高，切削力越大。材料的强度、硬度越高，则屈服强度越高，切削力越大。在强度、硬度相近的情况下，材料的塑性、韧性越大，则刀具前在强度、硬度相近的情况下，材料的塑性、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。面上的平均摩擦系数越大，切削力也就越大。工件对切削力的影响是通过切削变形、刀具前面上的摩擦而工件对切削力的影响是通过切削变形、刀具前面上的摩擦而起作用的。其中起作用的。其中铝、铜等有色金属虽然塑性很大，但其加工硬化能力差，切削力小。铝、铜等有色金属虽然塑性很大，但其加工硬化能力差，切削力小。加工铸铁时，由

29、于其强度和塑性均比钢小很多，而且产生的崩加工铸铁时，由于其强度和塑性均比钢小很多，而且产生的崩碎切屑与前刀面的接触面积小，摩擦抗力小，所以切削力比钢小。碎切屑与前刀面的接触面积小，摩擦抗力小，所以切削力比钢小。2.切削用量切削用量（1）进给量）进给量f 和背吃刀量和背吃刀量a p进给量进给量f增大时，切削力有所增加；而背吃刀增大时，切削力有所增加；而背吃刀量量a p增大时，切削刃上的切削负荷也随之增大，增大时，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即切削变形抗力和刀具前面上的摩擦力均成正比的增加。的增加。进给量进给量f和背吃刀量和背吃刀量a p增加，使切削力增

30、加，使切削力F c增加，增加，但影响程度不同。但影响程度不同。在实际生产中，可应用这个规律来提高生产率。在消耗在实际生产中，可应用这个规律来提高生产率。在消耗相同的机床功率的前提下，选用更大的进给量切削，可以切相同的机床功率的前提下，选用更大的进给量切削，可以切除更多的金属层材料。除更多的金属层材料。(2)切削速度切削速度c切削速度在切削速度在520m/min区域内增加时，积屑瘤高度逐渐增加，区域内增加时，积屑瘤高度逐渐增加，切削力减小；切削力减小；切削速度继续在切削速度继续在2035m/min范围内增加，积屑瘤逐渐消失，范围内增加，积屑瘤逐渐消失，切削力增加；切削力增加；在切削速度大于在切削

31、速度大于35m/min时，由于切削温度上升，摩擦系数减时，由于切削温度上升，摩擦系数减小，切削力下降。一般切削速度超过小，切削力下降。一般切削速度超过90m/min时，切削力无明显时，切削力无明显变化。变化。在切削脆性金属工件材料时，因塑性变形很小，刀屑界面上的在切削脆性金属工件材料时，因塑性变形很小，刀屑界面上的摩擦也很小，所以切削速度摩擦也很小，所以切削速度c对切削力对切削力Fc无明显的影响。无明显的影响。在切削塑性金属材料时，切削速度对变形系数和切削力在切削塑性金属材料时，切削速度对变形系数和切削力的影响规律是一致的，即由积屑瘤的变化周期及刀的影响规律是一致的，即由积屑瘤的变化周期及刀屑

32、界面屑界面上的摩擦系数的变化情况决定。上的摩擦系数的变化情况决定。在实际生产中，如果刀具材料和机床性能许可，采用高速切削，在实际生产中，如果刀具材料和机床性能许可，采用高速切削，既能提高生产效率，又能减小切削力。既能提高生产效率，又能减小切削力。3.刀具几何参数刀具几何参数前角的影响：前角的影响：前角增大时，若后角不变，刀具容易切入工件，前角增大时，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，所以切削有助于切削变形的减小，使变形抗力减小，所以切削力减小。此外，前角增大，导致剪切角增大并促使切力减小。此外，前角增大，导致剪切角增大并促使切削变形减小，而使切削力减小。削变形

33、减小，而使切削力减小。塑性材料：塑性材料：o切削变形切削变形切削力切削力。脆性材料：增大前角对减小总切削力的作用不显著。脆性材料：增大前角对减小总切削力的作用不显著。负倒棱的影响负倒棱的影响负倒棱的影响负倒棱的影响负倒棱的影响：负倒棱参数大大提高了正前角刀具的刃口强负倒棱的影响：负倒棱参数大大提高了正前角刀具的刃口强度，但同时也增加了负倒棱前角度，但同时也增加了负倒棱前角(负前角负前角)参加切削的比例，负参加切削的比例，负前角的绝对值前角的绝对值切削变形程度切削变形程度切削力切削力；负倒棱对切削力的影响主偏角的影响：主偏角的影响：Fp=FpfcosKrFf=FpfSInKrKrFp,Ff主偏角

34、不同时主偏角不同时Fp、Ff力的分解力的分解（a）Kr小小（b）Kr大大刃倾角的影响刃倾角的影响：sFp,Ff,Fc基本不变基本不变刃倾角对切削力的影响刃倾角对切削力的影响刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径 rr切削刃圆弧部分的长度切削刃圆弧部分的长度切削变形切削变形切削力切削力。此外此外r增大，整个主切削刃上各点主偏角的平均值增大，整个主切削刃上各点主偏角的平均值减小，从而使减小，从而使Fp增大、增大、Ff减小。减小。4.刀具磨损刀具磨损5.刀具材料及切削液刀具材料及切削液刀具材料与被加工材料间的摩擦系数，刀具材料与被加工材料间的摩擦系数，影响到摩擦力的变化，直接影响着切削力影响到摩擦力的变化，直接影

35、响着切削力的变化。的变化。3切削热与切削温度研究切削热的产生和传导规律，揭示影响切削温度的各种研究切削热的产生和传导规律，揭示影响切削温度的各种因素，对保证加工精度、延长刀具寿命具有重要的实用意义。因素，对保证加工精度、延长刀具寿命具有重要的实用意义。切削热和切削温度切削热和切削温度切削加工中的物理现象。切削加工中的物理现象。产生产生切削力所作的功大多数转化为切削热。切削力所作的功大多数转化为切削热。影响影响工艺系统受热而升温，引起工艺系统热变形，工艺系统受热而升温，引起工艺系统热变形，加速刀具磨损。加速刀具磨损。3切削热与切削温度2.3.1切削热的来源与传导切削热的来源与传导弹性、塑性变形功

36、弹性、塑性变形功+摩擦功摩擦功 金属切削过程的三个变形区就是产生切削热的三个热源。在这金属切削过程的三个变形区就是产生切削热的三个热源。在这三个变形区中，刀具克服金属弹、塑性变形抗力所作的功和克服三个变形区中，刀具克服金属弹、塑性变形抗力所作的功和克服摩擦抗力所作的功，绝大部分转化为切削热摩擦抗力所作的功，绝大部分转化为切削热。单单位位时间时间内内产产生的切削生的切削热热：Q=Fc Vc式中式中 Q每秒每秒钟钟内内产产生的切削生的切削热热，w；Fc主切削力，主切削力，N；Vc切削速度，切削速度，m/min。2.3.1切削切削热热的的产产生和生和传导传导车：车：5086切屑，切屑，1040车刀，

37、车刀，39工件，工件，1空气。空气。钻：钻：28切屑，切屑，145刀具，刀具，525工件，工件，5介质。介质。磨：磨：4磨屑，磨屑，12砂轮，砂轮，84工件工件 切削热向切削热向切屑、工件、刀具以及周围的介质切屑、工件、刀具以及周围的介质传导，传导，使它们的温度上升，从而导致切削区内的切削温度上使它们的温度上升，从而导致切削区内的切削温度上升。升。切削热的产生与传导切削热的产生与传导2.3.2 2.3.2 切削温度切削温度：切屑与前刀面接触区域的平均温度切屑与前刀面接触区域的平均温度切屑与前刀面接触区域的平均温度切屑与前刀面接触区域的平均温度,是切削热是切削热是切削热是切削热在工件和刀具上作用

38、的结果。切削温度的高低，在工件和刀具上作用的结果。切削温度的高低，在工件和刀具上作用的结果。切削温度的高低，在工件和刀具上作用的结果。切削温度的高低，决定于切削热产生的多少和传递的快慢。决定于切削热产生的多少和传递的快慢。决定于切削热产生的多少和传递的快慢。决定于切削热产生的多少和传递的快慢。温度分布（温度温度分布（温度场场）图2.18切屑、工件和刀具上的切削温度温度分布温度最高点不在切削温度最高点不在切削刃上，而在距离切削刃有刃上，而在距离切削刃有一小段距离处，这是由于一小段距离处，这是由于剪切变形热及刀屑连续摩剪切变形热及刀屑连续摩擦热的作用，以及刀楔处擦热的作用，以及刀楔处热量集中不易散

39、发所致。热量集中不易散发所致。切削温度的测定方法切削温度的测定方法1.自然热电偶法自然热电偶法 自然热电偶法是利用工件材料和刀具材料化学成份的不同而构成热电偶的两极，并分别连接测量仪表，组成测量电路，刀具切削工件的切削区域产生高温形成热端，刀具与工件为热电偶冷端，冷、热端之间热电势由仪表（毫伏计）测定。切削温度越高，测得热电势越大，它们之间得对应关系可利用专用装置经标定得到。2.人工热电偶法人工热电偶法 人工热电偶法是将两种预先经过标定的金属丝组成热电偶，热电偶的热端焊接在刀具或工件需要测定温度的指定点上，冷端通过导线串联在电位差计或毫伏表上。根据仪表上的指示值和热电偶标定曲线，可测得指定点的

40、温度。最典型值：最典型值：xx 0.10.1，yy 0.20.2，ZZ 0.40.4切削温度对切削加工过程的影响切削温度对切削加工过程的影响1.对刀具材料的影响对刀具材料的影响 高速钢刀具材料的耐热性为高速钢刀具材料的耐热性为600左右，超过该温度刀左右，超过该温度刀具失效。硬质合金刀具材料耐热性好，在高温具失效。硬质合金刀具材料耐热性好，在高温8001000时，强度反而更高，韧性更好。因此适当提高切削温度，时，强度反而更高，韧性更好。因此适当提高切削温度，可防止硬质合金刀具崩刃，延长刀具寿命。可防止硬质合金刀具崩刃，延长刀具寿命。2.对工件尺寸精度的影响对工件尺寸精度的影响 车削工件外圆时，

41、工件受热膨胀，切削后冷却至室车削工件外圆时，工件受热膨胀，切削后冷却至室温，尺寸变小，特别是在精加工和超精密加工时，切削温，尺寸变小，特别是在精加工和超精密加工时，切削温度的变化对工件尺寸精度的影响特别大，因此控制好温度的变化对工件尺寸精度的影响特别大，因此控制好切削温度，是保证加工精度的有效措施。切削温度，是保证加工精度的有效措施。2.3.32.3.3影响切削温度的因素影响切削温度的因素1、切削用量、切削用量（1）切削速度）切削速度vc的影响的影响随着切削速度的提高，切削温度将显著上升。随着切削速度的提高，切削温度将显著上升。原因：原因：切屑沿前刀面流出时，切屑底层与前刀面发生强烈摩擦从而产

42、生大量切屑沿前刀面流出时，切屑底层与前刀面发生强烈摩擦从而产生大量切削热；由于切削速度很高，在一个很短的时间内切屑底层的切削热来不及切削热；由于切削速度很高，在一个很短的时间内切屑底层的切削热来不及向切屑内部传导，而大量积聚在切屑底层，从而是切屑温度显著升高。向切屑内部传导，而大量积聚在切屑底层，从而是切屑温度显著升高。随着切削速度的提高，单位时间内的金属切除量成正比地增加，消耗的随着切削速度的提高，单位时间内的金属切除量成正比地增加，消耗的功增大，故使切削温度上升。功增大，故使切削温度上升。（2）进给量）进给量f的影响的影响随着进给量的增加，单位时间内金属切除量增多，切削热增多，使切削随着进

43、给量的增加，单位时间内金属切除量增多，切削热增多，使切削温度上升。但切削温度随进给量增大而升高的幅度不如切削速度那么显著。温度上升。但切削温度随进给量增大而升高的幅度不如切削速度那么显著。原因：原因：单位切削力和单位切削功率随进给量增大而减小，切除单位体积金属产单位切削力和单位切削功率随进给量增大而减小，切除单位体积金属产生的热量减少了，同时进给量增大后切屑变厚，切屑的热容量增大，由切屑带生的热量减少了，同时进给量增大后切屑变厚，切屑的热容量增大，由切屑带走的热量增多，故切削区的温度上升不甚显著。走的热量增多，故切削区的温度上升不甚显著。（3）背吃刀量）背吃刀量a p的影响的影响可知三个影响指

44、数可知三个影响指数zyx，说明切削速度，说明切削速度对切削温度的影响最大，背吃刀量对切削温度的影对切削温度的影响最大，背吃刀量对切削温度的影响最小。响最小。由切削温度与切削用量的关系式：由切削温度与切削用量的关系式：CVcZfyapxK背吃刀量背吃刀量a a p p对切削温度的影响很小。对切削温度的影响很小。由于由于a a p p增大后，切削区产生的热量虽增加，但切削刃参加增大后，切削区产生的热量虽增加，但切削刃参加增大后，切削区产生的热量虽增加，但切削刃参加增大后，切削区产生的热量虽增加，但切削刃参加工作的长度增加，散热条件改善，故切削温度升高并不明显。工作的长度增加，散热条件改善，故切削温

45、度升高并不明显。工作的长度增加，散热条件改善，故切削温度升高并不明显。工作的长度增加，散热条件改善，故切削温度升高并不明显。切削温度对刀具磨损和耐用度影响很大，由上述规律可知，切削温度对刀具磨损和耐用度影响很大，由上述规律可知，为有效控制切削温度以提高刀具耐用度，选用大的背吃刀量或为有效控制切削温度以提高刀具耐用度，选用大的背吃刀量或进给量比选用大的切削速度有利。进给量比选用大的切削速度有利。2、刀具几何参数、刀具几何参数o塑性变形和摩擦塑性变形和摩擦切切削温度削温度。但前角不能太大，否则刀具但前角不能太大，否则刀具切削部分的锲角过小，容热、切削部分的锲角过小，容热、散热体积减小，切削温度反而

46、散热体积减小，切削温度反而上升上升。前角与切削温度的关系前角与切削温度的关系（1）前角）前角（2）主偏角）主偏角 r切削刃工作切削刃工作接触长度接触长度，切削宽度，切削宽度bD，散热条件变差，散热条件变差，故切削温度故切削温度。r切削刃工作接切削刃工作接触长度触长度，切削宽度，切削宽度bD，散热条件改善，散热条件改善，故切削温度，故切削温度。主偏角与切削温度的关系主偏角与切削温度的关系3.刀具磨损刀具磨损刀具主后面磨损时，后角减小，后面与工件刀具主后面磨损时，后角减小，后面与工件间摩擦加剧。刃口磨损时，切屑形成过程的塑性间摩擦加剧。刃口磨损时，切屑形成过程的塑性变形加剧，使切削温度增大。变形加

47、剧，使切削温度增大。4.工件材料工件材料材料的强度、硬度越高，则切削抗力越大，材料的强度、硬度越高，则切削抗力越大，消耗的功越多，产生的热就越多；消耗的功越多，产生的热就越多；导热系数越小，传散的热越少，切削区的切导热系数越小，传散的热越少，切削区的切削温度就越高。削温度就越高。5.切削液切削液利用切削液的润滑功能降低摩擦系数，减少切削利用切削液的润滑功能降低摩擦系数，减少切削热的产生，也可利用它的冷却功用吸收大量的切削热，热的产生，也可利用它的冷却功用吸收大量的切削热，所以采用切削液是降低切削温度的重要措施。所以采用切削液是降低切削温度的重要措施。2.3.4切削液切削液1.1.切削液的作用切

48、削液的作用（1 1）冷却作用冷却作用 切削液的冷却作用主要靠热传导带走大量的切削热，切削液的冷却作用主要靠热传导带走大量的切削热，从而降低切削温度，提高刀具寿命；减少工件、刀具的热从而降低切削温度，提高刀具寿命；减少工件、刀具的热变形，提高加工精度；降低断续切削时的热应力，防止刀变形，提高加工精度；降低断续切削时的热应力，防止刀具热裂破损等。具热裂破损等。在切削速度高，刀具、工件材料导热性差，热膨胀系在切削速度高，刀具、工件材料导热性差，热膨胀系数较大的情况下，切削液的冷却作用尤显重要。数较大的情况下，切削液的冷却作用尤显重要。（2 2）润滑作用润滑作用 使用切削液后，切屑、工件与刀面之间形成

49、完全的润使用切削液后，切屑、工件与刀面之间形成完全的润滑油膜，成为流体润滑摩擦，此时摩擦系数很小；实际情滑油膜，成为流体润滑摩擦，此时摩擦系数很小；实际情况是属于边界润滑摩擦，其摩擦系数大于流体润滑，但小况是属于边界润滑摩擦，其摩擦系数大于流体润滑，但小于干摩擦。于干摩擦。金属间边界润滑摩擦金属间边界润滑摩擦 Ff摩擦力摩擦力（3 3 3 3）清洗与防锈作用清洗与防锈作用清洗与防锈作用清洗与防锈作用具有冲走切削中产生的碎屑或磨粉的作用具有冲走切削中产生的碎屑或磨粉的作用,可防止划伤可防止划伤已加工表面和机床导轨已加工表面和机床导轨清洗作用清洗作用可减少工件、机床、刀具的腐蚀可减少工件、机床、刀

50、具的腐蚀防锈作用防锈作用还应当价廉，配置方便，稳定性好，不污染环境，也不还应当价廉，配置方便，稳定性好，不污染环境，也不影响人体健康。影响人体健康。2.常用切削液及其选用（1 1）水水溶溶液液水水+防防锈锈剂剂、清清洗洗剂剂、油油性性添添加加剂剂磨磨削削、粗加工粗加工（2 2）乳化液乳化液乳化油乳化油+水水车削、钻削、攻螺纹车削、钻削、攻螺纹（3）切切削削油油矿矿物物油油、+动动植植物物油油滚滚齿齿、插插齿齿、车车螺螺纹纹一般精加工一般精加工（4）极压切削油）极压切削油切削油切削油+硫、氯和磷极压添加剂硫、氯和磷极压添加剂难加难加工材料的精加工工材料的精加工切削液的选用切削液的选用按工件材料选