第2章 金属切削基本原理PPT讲稿.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第1页，共156页，编辑于2022年，星期一第第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，以获得需要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在刀具前刀面的工件形状和尺寸。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，变成切屑的复杂过程。在这个过程中的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、切削热和刀具的磨损与刀具寿命、卷许多物理现象如：切削力、切削热和刀具的磨损与刀具寿命、卷屑与断屑

2、等，都与金属的变形有密切的关系，都会影响加工质量、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。通过本章的学习，要了解金属切削基本原理，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，掌握金属切削变形过程的规律，从而主动地加以有效的控制，以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，以适应现代制造技术发展的需要。造技术发展的需要。第2页，共156页，编辑于2022年，星期一第第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

3、削变形n切削力切削力n切削热切削热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第3页，共156页，编辑于2022年，星期一第第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？第4页，共156页，编辑于2022年，星期一第第2章章金属切削基本原理金属切削基本原理n图2.1短轴第5页，共156页，编辑于2022年，星期一第第2章章金属切削基本原理金属切削基本原理n2

4、.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 第6页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1 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

5、.6影响切屑变形的主要因素影响切屑变形的主要因素第7页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1 金属切削过程金属切削过程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及其变化规律，对提高切削加工生产率，保证加工本质及其变化规律，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。质量，降低加工成本有着很重要的意义。第8页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.1 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

6、层参数n在切削过程中，主运动一个切削循环内，刀具从工件上所切在切削过程中，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层。如图除的金属层称为切削层。如图2.2所示，车削时工件旋转所示，车削时工件旋转一周，刀具从位置一周，刀具从位置II移到了移到了I，I与与II之间的材料层即之间的材料层即为切削层。为切削层。第9页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.1 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第10页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.1 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

7、）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，即相邻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。两过渡表面间的距离。hD反映了切削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反映了切削反映了切削刃参加切削的长度。由图刃参加切削的长度。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。即指在切削

8、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 (2-3)第11页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.1 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应变从材料力学中得知，金属材料受挤压时，其内部材料产生应力应变（图（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（图中和方向（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，当剪应即剪切方向）的斜截面内剪应力最大，开始是弹

9、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，材料内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）或剪断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）。（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。第12页

10、，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.1 切削变形与切屑的形成切削变形与切屑的形成n图2.3金属的挤压与切削第13页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.1 切削变形与切屑的形成切削变形与切屑的形成n图2.4切削过程示意图第14页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.1 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的所示，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，离刀推挤，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。

11、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。第15页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.1 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第16页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.1 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第17页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.1 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

12、前面流动时，进一步受到刀具前面的挤压，在刀具前面与切切屑沿前面流动时，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平行。这个变形区域称为第二变形区刀具前面平行。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。第二变形区对切削过程也会产生较显著的影响。削过程也会产生较显著的影响。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

13、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、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，这些变形过程都是在第三变形区应力，这些变形过程都是在第三变形区(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

14、影响着已加工表面的质量。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。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。第18页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.2 切屑的类型切屑的类型n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，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。其基本类型如图因而所产生的切屑形态也就多种多样。其基本类型如图2.7示，即带状切屑、节状切屑、粒状切屑和崩碎切屑四类。示，即带状切屑、节状切屑、粒状切屑和崩碎切屑四类。第1

15、9页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.2 切屑的类型切屑的类型n图2.7 切屑类型第20页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.2 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不断的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。一般加工塑性材料，当切带子，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、刀具前角较大时，得到的切屑削厚度较小、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。出现带状切屑时，切削过程平稳，切削力往往是带状切屑。出现带状切屑时，切削过程平稳，切

16、削力波动较小，已加工表面粗糙度值较小。波动较小，已加工表面粗糙度值较小。第21页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.2 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

17、，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。第22页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.2 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。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

18、切切削塑性材料，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大，已加工表面粗糙度值大。屑时切削力波动大，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

19、，则可得到带状切屑。单元切屑；反之，则可得到带状切屑。第23页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.2 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，形成不规则的碎块状切屑。它与工件基体分离的表面很不规则，切削不规则的碎块状切屑。它与工件基体分离的表面很不规则，切削力波动很大，切削振动大，加工表面凹凸不平，表面粗糙度值很力波动很大，切削振动大，加工表面凹凸不平，表面粗糙度值很大。

20、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，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的良好屑形。从切屑控制的角度出发国际标准化组织（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。第24页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.2 2.1.2 切屑的类型切屑的类型切屑的类型切屑的类型第25页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.3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所

21、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为时，沿剪切面产生的滑移量为s。相对滑移。相对滑移的的大小为：大小为：n或或第26页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.3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 相对滑移第27页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.3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,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则小于切削长度则小于切削长度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

22、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第28页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.3 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 切屑的变形第29页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.4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加剧，进入切削时，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，致使刀具前第二变

23、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般金属接触面间的摩擦不同。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。如图如图2.10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，这部分的切向应力等于被切材料的剪切屈服点内摩擦，是金属内部的剪切滑移，这部分的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，这部分的切向应力随着远离切削刃由。滑动区的摩擦为外摩擦，即滑

24、动摩擦，这部分的切向应力随着远离切削刃由 逐逐渐减小至零。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擦是不同的。小至零。所以前刀面上各点的摩擦是不同的。第30页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.4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第31页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.4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

25、滞留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（即所谓的结前刀面的刃口附近（即所谓的“冷焊冷焊”），形成硬度很高），形成硬度很高（是工件材料的（是工件材料的23倍倍)的一个楔块，称为积屑瘤，见图的一个楔块，称为积屑瘤，见图2.11。积屑瘤的大小常用积屑瘤的高度积屑瘤的大小常用积屑瘤的高度Hb表示。表示。第32页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.4前刀面上的摩擦与积屑瘤前刀面上的摩擦与积屑瘤n图2.11 积屑瘤前角和伸出量第33页，共156页，编辑

26、于2022年，星期一2.1.4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，使切削厚度增加了，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。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表面上划出沟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

27、加工表面上，增痕和挤歪已有沟痕，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。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、前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。刀面和后刀面进行切削，减小刀具的磨损。第34页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.4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成积屑瘤的条件有关。与形

28、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，抑增大前角，可以减小切屑变形、切削力和摩擦，降低切削温度，抑制积屑瘤的生成。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

29、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。第35页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.4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第36页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.5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，如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。切削时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塑性变形。和挤压摩擦作

30、用，使刃口前区的金属内部产生复杂的塑性变形。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点以点以下厚度下厚度 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被刃口圆弧挤压后，还继续受到后刀面上小棱面CE的摩擦，以及由的摩擦，以及由已加工表面弹性恢复层与后刀面上已加工表面弹性恢复层与后刀面上ED部分接触产生挤压摩擦，部分接触产生挤压摩擦，使已加工表面变形更剧烈。使已加工表面变形更剧烈。第37页，共156页，编辑于2022年，星期一2.

31、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 已加工表面变形第38页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.6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所示所示为工件材料的强度对变形系数的影响。为工件材料的强度对变形系数的影响。第39页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.6影响切屑变形的主要因素影响切屑变形的主要

32、因素n图2.14 材料强度对变形系数的影响第40页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.6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，对切削层金属的挤压也刀具的前角越大，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，切屑变形也就越小，如图就越小，剪切角就越大，所以，切屑变形也就越小，如图2.15所示。所示。第41页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.6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第42页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.6影响切屑变形的主要因素影响切

33、屑变形的主要因素n3.切削速度n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，这是因为在较宽的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瘤，而高切削速度范围内，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。速端和低速端却没有积屑瘤。第43页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.6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

34、 切削速度对变形系数的影响第44页，共156页，编辑于2022年，星期一2.1.6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。在减小。在无积屑瘤的情况下，越大，无积屑瘤的情况下，越大，越小，如图越小，如图2.17所示。切屑底层的所示。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。变形越小，因此，切削厚度的增加，使切屑的平均变形减小。第45页，共156页

35、，编辑于2022年，星期一2.1.6影响切屑变形的主要因素影响切屑变形的主要因素n图2.17 切削厚度对变形系数的影响第46页，共156页，编辑于2022年，星期一2.2 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第47页，共156页，编辑于2022年，星期一2.2 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，切削力耐用度

36、、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、夹又是计算切削功率，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、具的重要依据。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。实验方法，对生产实际有重要的实用意义。第48页，共156页，编辑于2022年，星期一2.2.1 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用在刀具上；前刀面与切屑间、

37、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。如间的摩擦力也作用在刀具上，这些力称为切削力。如图图2.18所示。所示。第49页，共156页，编辑于2022年，星期一2.2.1 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第50页，共156页，编辑于2022年，星期一2.2.1 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

38、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切削合力在加工表面法向方向上的分力。上的分力。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。第51页，共156页，编辑于2022年，星期一2.2.1 切削力的来源及分解切削力的来源及分解n图2.19 切削力的分解第52页，共156页，编辑于2022年，星期一2.2.2 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，经转换后读出三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。

39、目前应用最广的是电阻应变片式测力仪。它个切削分力。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，可用于动态测量和静的灵敏度高，精度高，量程范围大，可用于动态测量和静态测量。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力仪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。第53页，共156页，编辑于2022年，星期一2.2.2 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第54页，共156页，编辑于2022年，星期一2.2.3 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公式分两类：一是指数切削力的经验公式。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。公式；一是按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第55页，共156页，编辑于2022年，星期一2.2.3 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。

41、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。单位切削力是指切除单位切削层面积所产生的主切削力。用用p表示为：表示为：第56页，共156页，编辑于2022年，星期一2.2.3 切削力和切削功率的计算切削力和切削功率的计算n2.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运动消耗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

42、率PE（Kw）为：）为：第57页，共156页，编辑于2022年，星期一2.2.4 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力的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、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、硬度相近的情况下，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，则刀具前面上的平均摩擦系数越大，材料的塑性（伸长率）

43、、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，切削力也增大。切削力也就越大。另外，加工硬化程度大，切削力也增大。第58页，共156页，编辑于2022年，星期一2.2.4 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，增加时，切削层单位

44、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。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，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。切削力增大。第59页，共156页，编辑于2022年，星期一2.2.4 影响切

45、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。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，所以切削力增大。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。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

46、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。第60页，共156页，编辑于2022年，星期一2.2.4 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第61页，共156页，编辑于2022年，星期一2.2.4 影响切削力的因素影响切削力的因素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。长度增长，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

47、，作用在后面上的法向力Fna和摩擦力和摩擦力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。第62页，共156页，编辑于2022年，星期一2.3 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切削液切削液第63页，共156页，编辑于2022年，星期一2.3 切削热与切削温度切削热与切削温度n切削热

48、和由它产生的切削温度会使整个工艺系统的温度升高，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，另一方面会加速刀具的磨损，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、表面质量及刀具的耐用度。因此，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变化规律有很重要的意义。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。第64页，共156页，编辑于2022年，星期一2.3.1 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耗切削加工时

49、，切削层金属发生弹性变形和塑性变形所消耗的能量的能量98以上都转换成为热能，这是切削热的一个主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件间的要来源。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。在三个切削变形区都产生摩擦，是切削热的又一个来源。在三个切削变形区都产生切削热，如图切削热，如图2.22所示。所示。第65页，共156页，编辑于2022年，星期一2.3.1 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第66页，共156页，编辑于2022年，星期一2.3.1 切削热的来源与传导切削热的来源与传导n2

50、.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。影响热传导的主切削热由切屑、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，以及周围介质的状况。工件的导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，切削区的温度降低，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，则通过刀具传走的热量越多，可降低切削精度。刀具的导热系数越大，