切削过程的基本规律.pptx

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1、会计学1切削过程的基本规律切削过程的基本规律3.1 3.1 切削过程的基本规律切削过程的基本规律一、切削变形及其主要影响因素一、切削变形及其主要影响因素二、切削力及其主要影响因素二、切削力及其主要影响因素三、切削温度及其主要影响因素三、切削温度及其主要影响因素四、刀具磨损、刀具耐用度及其四、刀具磨损、刀具耐用度及其主要影响因素主要影响因素第1页/共61页 金属切削过程金属切削过程是指在机床上是指在机床上通过刀具与工件之间的相对运动，通过刀具与工件之间的相对运动，利用刀具前刀面推挤切削层，切利用刀具前刀面推挤切削层，切除多余金属，使其产生切屑和得除多余金属，使其产生切屑和得到已加工表面的过程。到

2、已加工表面的过程。切削过程中，会出现许多物切削过程中，会出现许多物理现象，诸如理现象，诸如切削变形切削变形、切削力切削力、切削热切削热、刀具磨损刀具磨损等。等。3.1 3.1 切削过程的基本规律切削过程的基本规律第2页/共61页一、切屑的形成过程一、切屑的形成过程一、切屑的形成过程一、切屑的形成过程 切削变形切削变形3.1 3.1 切削过程的基本规律切削过程的基本规律 实验研究表明，金属切削与非金属切削不同，金属切实验研究表明，金属切削与非金属切削不同，金属切削的特点是被切削的特点是被切金属层在刀具的挤压、摩擦作用下产生变金属层在刀具的挤压、摩擦作用下产生变形形以后转变为切屑和形成已加工表面。

3、以后转变为切屑和形成已加工表面。第3页/共61页 切切切切屑屑屑屑的的的的形形形形成成成成与与与与切切切切离离离离过过过过程程程程，是是是是切切切切削削削削层层层层受受受受到到到到刀刀刀刀具具具具前前前前刀刀刀刀面的挤压而产生以面的挤压而产生以面的挤压而产生以面的挤压而产生以滑移为主的塑性变形滑移为主的塑性变形滑移为主的塑性变形滑移为主的塑性变形过程。过程。过程。过程。正正正正挤挤挤挤压压压压：金金金金属属属属材材材材料料料料受受受受挤挤挤挤压压压压时时时时，最最最最大大大大剪剪剪剪应应应应力力力力方方方方向向向向与与与与作用力方向约成作用力方向约成作用力方向约成作用力方向约成45454545

4、 偏偏偏偏挤挤挤挤压压压压：金金金金属属属属材材材材料料料料一一一一部部部部分分分分受受受受挤挤挤挤压压压压时时时时，OBOBOBOB线线线线以以以以下下下下金金金金属属属属由由由由于于于于母母母母体体体体阻阻阻阻碍碍碍碍，不不不不能能能能沿沿沿沿ABABABAB线线线线滑滑滑滑移移移移，而而而而只只只只能能能能沿沿沿沿OMOMOMOM线滑移线滑移线滑移线滑移挤压与切削挤压与切削挤压与切削挤压与切削F45450 0O OMMA AB BFO OMMA AB B第4页/共61页OMF切削切削 切削：切削：切削：切削：与偏挤压情况类似与偏挤压情况类似与偏挤压情况类似与偏挤压情况类似挤压与切削挤压与

5、切削挤压与切削挤压与切削弹性变形弹性变形弹性变形弹性变形剪切应力剪切应力剪切应力剪切应力增大，达到增大，达到增大，达到增大，达到屈服点屈服点屈服点屈服点产生产生产生产生塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形，沿，沿，沿，沿OMOMOMOM线线线线滑移滑移滑移滑移剪切应力与滑移量继续增大，达到剪切应力与滑移量继续增大，达到剪切应力与滑移量继续增大，达到剪切应力与滑移量继续增大，达到断裂强度断裂强度断裂强度断裂强度切屑与母体切屑与母体切屑与母体切屑与母体脱离脱离脱离脱离。第5页/共61页切削层切削层的金属的金属弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形挤裂挤裂切离切离切屑切屑切削层的金属切削层的金属受到刀具前刀受

6、到刀具前刀面的推挤后产面的推挤后产生弹性变形生弹性变形随着切应力、切应变随着切应力、切应变逐渐增大，达到其屈逐渐增大，达到其屈服强度时，产生塑性服强度时，产生塑性变形而滑移变形而滑移刀具继续切入时，材刀具继续切入时，材料内部的应力、应变料内部的应力、应变继续增大，当切应力继续增大，当切应力达到其断裂强度时，达到其断裂强度时，金属材料被挤裂金属材料被挤裂沿刀沿刀具前具前刀面刀面流出流出切屑的形成过程切屑的形成过程切屑的形成过程切屑的形成过程OMF切削切削第6页/共61页第7页/共61页 切削变形切削变形的本质是工件受的本质是工件受到刀具推挤后产生弹性和塑性变到刀具推挤后产生弹性和塑性变形，使切削

7、层与母体金属分离。形，使切削层与母体金属分离。切削变形切削变形3.1 3.1 切削过程的基本规律切削过程的基本规律切削变形切削变形切削变形切削变形第8页/共61页 第第变形区：变形区：切削刃前面切削刃前面的切削层的切削层内产生的塑性变形内产生的塑性变形区区(剪切变形区剪切变形区)，金属剪切滑，金属剪切滑移成为移成为切屑切屑。主变形区，面。主变形区，面积最大变形区。积最大变形区。切削部位三个变形区 第第变形区：变形区：靠靠近切削刃处已加工表层内近切削刃处已加工表层内产生的变形产生的变形区。区。已加工面受到切削刃钝圆部分与后刀面挤压与摩擦，已加工面受到切削刃钝圆部分与后刀面挤压与摩擦，产生变形。此

8、区变形是造成已加工面产生变形。此区变形是造成已加工面加工硬化加工硬化和和残余应残余应力力的主要原因。的主要原因。三个变形区三个变形区三个变形区三个变形区 第第变形区：变形区：切屑底层与前刀面切屑底层与前刀面接触处接触处，切屑排出时受前刀面挤压，切屑排出时受前刀面挤压与摩擦与摩擦。此变形区的变形是造成。此变形区的变形是造成前刀面磨损前刀面磨损和产生和产生积屑积屑瘤瘤的主要原因。的主要原因。第9页/共61页二、第二、第二、第二、第变形区变形区变形区变形区 切削变形切削变形3.1 3.1 切削过程的基本规律切削过程的基本规律（剪切滑移区）（剪切滑移区）OAOA始滑移线始滑移线OMOM终滑移线终滑移线

9、变形的主要特征：变形的主要特征：剪切滑移变形剪切滑移变形 形成切屑形成切屑第10页/共61页l剪切角剪切角 ：剪切面与切削速度方向之间的夹角。剪切面与切削速度方向之间的夹角。l相对滑移相对滑移：滑移距离滑移距离ss与瞬时位移与瞬时位移yy之比。之比。=s/y=NP/MK=(NK+KP)/MK=ctan+tan(-0）因此，增大前角和剪切角则相对滑移减小，即切削变形减小因此，增大前角和剪切角则相对滑移减小，即切削变形减小变形程度的度量变形程度的度量变形程度的度量变形程度的度量第11页/共61页切削层经塑性变形后，切削层经塑性变形后，厚度增加厚度增加，长度缩小长度缩小，宽度基本不变宽度基本不变。用

10、。用变形系数变形系数表示切削层变的变表示切削层变的变形程度。形程度。LDhhDhDhLD切屑与切削层尺寸切屑与切削层尺寸 厚度变形系数厚度变形系数 长度变形系数长度变形系数变形系数值越大变形系数值越大，说明，说明切切削变形越严重削变形越严重。变形系数变形系数变形系数变形系数第12页/共61页三、第三、第三、第三、第变形区变形区变形区变形区3.1 3.1 切削过程的基本规律切削过程的基本规律此变形区的变形是造成此变形区的变形是造成前刀面磨损前刀面磨损和产生和产生积屑瘤积屑瘤的主要原因的主要原因被切削层金属经过终滑移线被切削层金属经过终滑移线OMOM形成形成切屑沿前刀面流出时，切屑底层仍切屑沿前刀

11、面流出时，切屑底层仍受到刀具的挤压和接触面之间强烈受到刀具的挤压和接触面之间强烈的摩擦，继续以剪切滑移为主的方的摩擦，继续以剪切滑移为主的方式变形，其切屑底层的变形程度比式变形，其切屑底层的变形程度比切屑上层剧烈，从而使切屑底层晶切屑上层剧烈，从而使切屑底层晶粒弯曲拉长，在摩擦阻力的作用下，粒弯曲拉长，在摩擦阻力的作用下，这部分切屑流动速度减慢，称为这部分切屑流动速度减慢，称为滞滞流层流层。第13页/共61页 粘粘接接区区：剪剪切切滑滑移移，内内摩摩擦擦在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生粘接，切屑与前刀在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生粘接，切屑与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。面之

12、间既有外摩擦，也有内摩擦。滑滑动动区区：滑滑动动摩摩擦擦，外外摩摩擦擦特点特点特点特点两个摩擦区两个摩擦区两个摩擦区两个摩擦区刀具前刀面的摩擦刀具前刀面的摩擦刀具前刀面的摩擦刀具前刀面的摩擦lfolfi第14页/共61页在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工一般钢料在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在刀具前刀面切削处粘着一块剖面呈三或其它塑性材料时，常常在刀具前刀面切削处粘着一块剖面呈三角状的硬块如图所示，这块冷焊在前刀面上的金属就称为角状的硬块如图所示，这块冷焊在前刀面上的金属就称为积屑瘤积屑瘤。积屑瘤积屑瘤积屑瘤积屑瘤第15页/共61页

13、有利方面有利方面保护刀具保护刀具增加工增加工作前角作前角积屑瘤硬积屑瘤硬度很高度很高可代替切削刃可代替切削刃进行切屑，减进行切屑，减少刀具的磨损少刀具的磨损积屑瘤的存在，积屑瘤的存在，使刀具的实际工使刀具的实际工作前角增大作前角增大可减小切削变可减小切削变形和切削力，形和切削力，使切削轻快使切削轻快u积屑瘤对加工过程的影响积屑瘤对加工过程的影响第16页/共61页不利方面不利方面影响工件尺影响工件尺寸精度寸精度影响工件表影响工件表面粗造度面粗造度积屑瘤破裂脱落后会划伤表面，积屑瘤破裂脱落后会划伤表面，加快刀具磨损加快刀具磨损会形成硬点和毛刺，使工件表面粗会形成硬点和毛刺，使工件表面粗造度值增大造

14、度值增大时大时小，时有时无，使切削时大时小，时有时无，使切削力产生波动而引起振动力产生波动而引起振动积屑瘤的顶端突出于切削刃之外，积屑瘤的顶端突出于切削刃之外，使实际的切削深度不断变化使实际的切削深度不断变化u积屑瘤对加工过程的影响积屑瘤对加工过程的影响第17页/共61页uu控制积屑瘤的措施控制积屑瘤的措施控制积屑瘤的措施控制积屑瘤的措施影响积屑影响积屑瘤的因素瘤的因素工件材料工件材料切削速度切削速度刀具角度刀具角度切削液等切削液等控制措施控制措施降低工件材料的塑性，提高材料硬度。降低工件材料的塑性，提高材料硬度。控制切削速度，以控制切削温度控制切削速度，以控制切削温度采用润滑性能优良的切削液

15、可减少采用润滑性能优良的切削液可减少甚至消除积屑瘤甚至消除积屑瘤增大刀具前角，减小切削厚度增大刀具前角，减小切削厚度第18页/共61页四、第四、第四、第四、第变形区变形区变形区变形区3.1 3.1 切削过程的基本规律切削过程的基本规律第第变形区在刀具后刀面和已加工表面接触的区域上。是挤压变形区在刀具后刀面和已加工表面接触的区域上。是挤压摩擦回弹区，直接影响已加工表面的质量和刀具的磨损。摩擦回弹区，直接影响已加工表面的质量和刀具的磨损。h hD DhhD D刀刃钝圆半径刀刃钝圆半径r rn n:前后刀面过渡圆弧半径。前后刀面过渡圆弧半径。后刀面磨损带后刀面磨损带VB VB:后刀面实际后角为零的棱

16、带。后刀面实际后角为零的棱带。已加工面受到后刀面挤压与摩擦已加工面受到后刀面挤压与摩擦产生变形，是造成已加工面产生变形，是造成已加工面加工加工硬化硬化和和残余应力残余应力的主要原因。的主要原因。第19页/共61页加工硬化加工硬化 加工硬化亦称冷硬，它是在已加工表面严重变加工硬化亦称冷硬，它是在已加工表面严重变加工硬化亦称冷硬，它是在已加工表面严重变加工硬化亦称冷硬，它是在已加工表面严重变形层内，形层内，形层内，形层内，金属晶格伸长、挤紧、扭曲甚至碎裂而金属晶格伸长、挤紧、扭曲甚至碎裂而金属晶格伸长、挤紧、扭曲甚至碎裂而金属晶格伸长、挤紧、扭曲甚至碎裂而使表面层组织硬度增高使表面层组织硬度增高使

17、表面层组织硬度增高使表面层组织硬度增高的现象。的现象。的现象。的现象。uu后果：后果：后果：后果：在硬化层的表面上会出现细微的裂纹、并在表在硬化层的表面上会出现细微的裂纹、并在表在硬化层的表面上会出现细微的裂纹、并在表在硬化层的表面上会出现细微的裂纹、并在表层内产生残余应力。层内产生残余应力。层内产生残余应力。层内产生残余应力。因此，加工硬化降低了加工表面质量和材料的因此，加工硬化降低了加工表面质量和材料的因此，加工硬化降低了加工表面质量和材料的因此，加工硬化降低了加工表面质量和材料的疲劳强度；增加下道工序加工困难，加速刀具磨疲劳强度；增加下道工序加工困难，加速刀具磨疲劳强度；增加下道工序加工

18、困难，加速刀具磨疲劳强度；增加下道工序加工困难，加速刀具磨损；损；损；损；提高耐磨性提高耐磨性提高耐磨性提高耐磨性的同时增加了表面的脆性，从而的同时增加了表面的脆性，从而的同时增加了表面的脆性，从而的同时增加了表面的脆性，从而降低了工件的抗冲击能力。在切削时应设法避免降低了工件的抗冲击能力。在切削时应设法避免降低了工件的抗冲击能力。在切削时应设法避免降低了工件的抗冲击能力。在切削时应设法避免或减轻硬化现象。或减轻硬化现象。或减轻硬化现象。或减轻硬化现象。四、第四、第变形区变形区第20页/共61页残余应力残余应力 残余应力是指在没有外力的作用下残余应力是指在没有外力的作用下残余应力是指在没有外力

19、的作用下残余应力是指在没有外力的作用下,在物体内在物体内在物体内在物体内部保持平衡而存留的应力。部保持平衡而存留的应力。部保持平衡而存留的应力。部保持平衡而存留的应力。残余应力对零件的性能的影响：残余应力对零件的性能的影响：残余拉应力会使已加工表面产生裂纹，降低零件残余拉应力会使已加工表面产生裂纹，降低零件残余拉应力会使已加工表面产生裂纹，降低零件残余拉应力会使已加工表面产生裂纹，降低零件的疲劳强度。的疲劳强度。的疲劳强度。的疲劳强度。残余压应力有时却能提高零件的疲残余压应力有时却能提高零件的疲残余压应力有时却能提高零件的疲残余压应力有时却能提高零件的疲劳强度劳强度劳强度劳强度工件表面残余应力

20、分布不均匀也会使工件产生变工件表面残余应力分布不均匀也会使工件产生变工件表面残余应力分布不均匀也会使工件产生变工件表面残余应力分布不均匀也会使工件产生变形形形形,影响工件的尺寸和形状。影响工件的尺寸和形状。影响工件的尺寸和形状。影响工件的尺寸和形状。四、第四、第变形区变形区第21页/共61页鳞刺鳞刺 鳞刺：已加工表面上的鳞片状毛刺，它对表面粗鳞刺：已加工表面上的鳞片状毛刺，它对表面粗鳞刺：已加工表面上的鳞片状毛刺，它对表面粗鳞刺：已加工表面上的鳞片状毛刺，它对表面粗糙度有严重的影响。糙度有严重的影响。糙度有严重的影响。糙度有严重的影响。减小鳞刺的措施：减小鳞刺的措施：减小切削厚度减小切削厚度减

21、小切削厚度减小切削厚度高速切削高速切削高速切削高速切削切削液切削液切削液切削液四、第四、第变形区变形区第22页/共61页五、影响切削变形的主要因素五、影响切削变形的主要因素五、影响切削变形的主要因素五、影响切削变形的主要因素工件材料工件材料在切削条件相同的情况下，材料的在切削条件相同的情况下，材料的在切削条件相同的情况下，材料的在切削条件相同的情况下，材料的强度强度强度强度、硬度愈硬度愈硬度愈硬度愈大大大大，材料与刀具间的摩擦系数减小，材料与刀具间的摩擦系数减小，材料与刀具间的摩擦系数减小，材料与刀具间的摩擦系数减小，变形系数减变形系数减变形系数减变形系数减小小小小，因此切削变形减小。，因此切

22、削变形减小。，因此切削变形减小。，因此切削变形减小。材料的材料的材料的材料的塑性愈大塑性愈大塑性愈大塑性愈大，愈易产生塑性滑移和剪切变形，愈易产生塑性滑移和剪切变形，愈易产生塑性滑移和剪切变形，愈易产生塑性滑移和剪切变形，因此因此因此因此切削变形愈大；切削变形愈大；切削变形愈大；切削变形愈大；但切削塑性大材料易产生但切削塑性大材料易产生但切削塑性大材料易产生但切削塑性大材料易产生积积积积屑瘤屑瘤屑瘤屑瘤，又增大刀具，又增大刀具，又增大刀具，又增大刀具工作前角工作前角工作前角工作前角而使而使而使而使切屑变形减小切屑变形减小切屑变形减小切屑变形减小。切削变形切削变形3.1 3.1 切削过程的基本规

23、律切削过程的基本规律第23页/共61页刀具几何角度刀具几何角度增大前角增大前角增大前角增大前角o o o o，切削刃越锋利，使，切削刃越锋利，使，切削刃越锋利，使，切削刃越锋利，使变形系数变形系数变形系数变形系数减小减小减小减小，因此，因此，因此，因此，切削变形减小切削变形减小切削变形减小切削变形减小。增大刀尖圆弧半径增大刀尖圆弧半径增大刀尖圆弧半径增大刀尖圆弧半径，使切屑，使切屑，使切屑，使切屑变形越大变形越大变形越大变形越大。切削用量切削用量切削速度：中低速时，积屑瘤影响较大，积屑瘤切削速度：中低速时，积屑瘤影响较大，积屑瘤切削速度：中低速时，积屑瘤影响较大，积屑瘤切削速度：中低速时，积屑

24、瘤影响较大，积屑瘤高度越高，刀具实际前角增大，使变形系数高度越高，刀具实际前角增大，使变形系数高度越高，刀具实际前角增大，使变形系数高度越高，刀具实际前角增大，使变形系数减减减减小。高速时，积屑瘤逐渐消失，刀具实际前角减小。高速时，积屑瘤逐渐消失，刀具实际前角减小。高速时，积屑瘤逐渐消失，刀具实际前角减小。高速时，积屑瘤逐渐消失，刀具实际前角减小，使小，使小，使小，使增大。增大。增大。增大。切削厚度增加，切屑中平均变形减小；反之，薄切削厚度增加，切屑中平均变形减小；反之，薄切削厚度增加，切屑中平均变形减小；反之，薄切削厚度增加，切屑中平均变形减小；反之，薄切屑的变形量大。切屑的变形量大。切屑的

25、变形量大。切屑的变形量大。进给量进给量进给量进给量f f f f增大，切削厚度增加，使变形系数增大，切削厚度增加，使变形系数增大，切削厚度增加，使变形系数增大，切削厚度增加，使变形系数减减减减小小小小五、影响切削变形的主要因素五、影响切削变形的主要因素五、影响切削变形的主要因素五、影响切削变形的主要因素h hD DhhD D第24页/共61页 切削力切削力3.1 3.1 切削过程的基本规律切削过程的基本规律金属切削时，刀具切入工件使被切金属层发生变形成为切屑金属切削时，刀具切入工件使被切金属层发生变形成为切屑所需要的力称为所需要的力称为切削力切削力。切削力来源切削力来源切削力来源切削力来源3

26、3个变形区产生的弹、塑性个变形区产生的弹、塑性变形抗力变形抗力 切屑、工件与刀具间切屑、工件与刀具间摩擦力摩擦力oMF F弹、塑弹、塑F F摩摩1 1F F摩摩2 2第25页/共61页切削力分解切削力分解切削力分解切削力分解 切削力切削力变形力和摩擦力形成了作用在刀具上的合力变形力和摩擦力形成了作用在刀具上的合力F F。为了便于测量、计。为了便于测量、计算和反映实际作用的需要，常将合力算和反映实际作用的需要，常将合力F F分解为互相垂直的分解为互相垂直的F Fc c、F Ff f和和F Fp p三个分力，如图所示。三个分力，如图所示。切削力切削力FcFc（主切削力（主切削力FzFz）：）：在主

27、运动方在主运动方向上的分力，它切于加工表面向上的分力，它切于加工表面,并与基面并与基面垂直。垂直。FcFc用于用于计算刀具强度，设计机床零计算刀具强度，设计机床零件件,确定机床功率等。确定机床功率等。进给力进给力FfFf（进给抗力（进给抗力FxFx）：）：在进给运动在进给运动方向上的分力，它处于基面内与进给方向方向上的分力，它处于基面内与进给方向相反。相反。FfFf用于用于设计机床进给机构和确定进设计机床进给机构和确定进给功率等。给功率等。背向力背向力FpFp（吃刀抗力（吃刀抗力FyFy）：）：在垂直于工在垂直于工作平面上分力，它处于基面内并垂直于进作平面上分力，它处于基面内并垂直于进给方向。

28、给方向。FpFp用来用来计算工艺系统刚度；也是计算工艺系统刚度；也是使工件在切削过程中产生振动的力。使工件在切削过程中产生振动的力。第26页/共61页rFcFFpF dFfF dFdfv切削力的分解F 切削合力Fc主切削力Fp背向力Ff进给力切削力分解切削力分解切削力分解切削力分解第27页/共61页在切削加工过程中，所需的切削功率在切削加工过程中，所需的切削功率PcPc可以按下式计算：可以按下式计算：式中式中 Fc Fc 主切削力（主切削力（N N）；）；vc vc 主运动速度（主运动速度（m/minm/min）根据上式求出切削功率，可按下式计算机床电动机功率根据上式求出切削功率，可按下式计算

29、机床电动机功率PEPE：cc机床传动效率，一般取机床传动效率，一般取c=0.75c=0.750.850.85工作功率的计算工作功率的计算工作功率的计算工作功率的计算工作功率工作功率P Pe e：切削过程中消耗的总功率。它包括切削功率：切削过程中消耗的总功率。它包括切削功率P Pc c 和进给功率和进给功率P Pf f。第28页/共61页工件材料工件材料工件材料工件材料强度、硬度高强度、硬度高塑性、韧性高塑性、韧性高加工硬化倾向大加工硬化倾向大切削力大切削力大519283555100130 切削速度 v（m/min）981784588主切削力Fc（N）切削速度对切削力的影响切削用量切削用量切削用

30、量切削用量影响切削力的因素影响切削力的因素背吃刀量与切削力近背吃刀量与切削力近似成正比；似成正比；进给量增加，切削力进给量增加，切削力增加，但不成正比；增加，但不成正比；切削速度对切削力影切削速度对切削力影响复杂响复杂第29页/共61页前角前角0 0 增大，切削力减小增大，切削力减小主偏角主偏角r r 对主切削力影响不大，对背向力和进给力对主切削力影响不大，对背向力和进给力 影响显著（影响显著（r r F Fp p，F Ff f）刀具几何角度影响刀具几何角度影响刀具几何角度影响刀具几何角度影响第30页/共61页刀具几何角度影响刀具几何角度影响与主偏角相似，与主偏角相似，刃倾角刃倾角s s对主切

31、削力影响不大，对背向对主切削力影响不大，对背向 力和进给力影响显著（力和进给力影响显著（s s F Fp p，F Ff f）第31页/共61页刀具几何角度影响刀具几何角度影响刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径 r r 对主切削力影响不大，对背向力和进对主切削力影响不大，对背向力和进 给力影响显著（给力影响显著（r r F Fp p，F Ff f）；）；第32页/共61页其他因素影响其他因素影响其他因素影响其他因素影响刀具材料：与工件材料之间的亲和性影响其间的摩擦，刀具材料：与工件材料之间的亲和性影响其间的摩擦，而影响切削力；而影响切削力；切削液：有润滑作用，使切削力降低；切削液：有润滑作用，使切削力降低

32、；副副刀刃的影响：使切削变形增大，切削力增大刀刃的影响：使切削变形增大，切削力增大u 后刀面磨损：使切削力增大，对背向力后刀面磨损：使切削力增大，对背向力Fp的影响最为的影响最为 显著；显著；第33页/共61页 切削热也是切削过程中产生的重要物理现切削热也是切削过程中产生的重要物理现象，对切削过程有多方面影响。切削热传散象，对切削过程有多方面影响。切削热传散到工件上，会引起工件的热变形，因而到工件上，会引起工件的热变形，因而降低降低加工精度加工精度，工件表面上的局部高温则会，工件表面上的局部高温则会恶化恶化已加工表面质量已加工表面质量；传散到刀具上的切削热是传散到刀具上的切削热是引起刀具磨损引

33、起刀具磨损和和破损破损的重要原因的重要原因；切削热还；切削热还通过使刀具磨损对通过使刀具磨损对切削加工生产率和成本切削加工生产率和成本发发生影响。生影响。切削热和切削温度切削热和切削温度3.1 3.1 切削过程的基本规律切削过程的基本规律 切削过程中切削区的变形和摩擦所消耗的能量转化切削过程中切削区的变形和摩擦所消耗的能量转化 产生的热称为产生的热称为切削热切削热第34页/共61页一、切削热的来源与传出一、切削热的来源与传出一、切削热的来源与传出一、切削热的来源与传出 切削热来源切削热来源切削热来源切削热来源切削过程变形和摩擦所做的功，绝大部分转变为切削热切削过程变形和摩擦所做的功，绝大部分转

34、变为切削热切切削削热热由由切切屑屑、工工件件、刀刀具具和和周周围围介介质质（切切削削液液、空空气气)等传散出去等传散出去工件切屑刀具切削热的来源与传出切削热传出切削热传出切削热传出切削热传出主要来源主要来源 Q=QQ=QP P+Q+Q+Q Q式中，式中，QP ,Q,Q分别为切削层变形、前刀面摩擦、后刀面摩擦产生的热量分别为切削层变形、前刀面摩擦、后刀面摩擦产生的热量第35页/共61页uu加工方法加工方法加工方法加工方法和和和和切削速度切削速度切削速度切削速度不同，不同，不同，不同，由切屑、工件、刀具和周围由切屑、工件、刀具和周围由切屑、工件、刀具和周围由切屑、工件、刀具和周围介质传出的切削热百

35、分比就介质传出的切削热百分比就介质传出的切削热百分比就介质传出的切削热百分比就不同。不同。不同。不同。车削时，车削时，车削时，车削时，50%50%50%50%86%86%86%86%的切削的切削的切削的切削热由切屑带走，热由切屑带走，热由切屑带走，热由切屑带走，10%10%10%10%40%40%40%40%传入工件，传入工件，传入工件，传入工件，3%3%3%3%9%9%9%9%传入刀传入刀传入刀传入刀具，具，具，具，1%1%1%1%传入周围介质传入周围介质传入周围介质传入周围介质;钻削时约钻削时约钻削时约钻削时约28%28%28%28%的切削热由切的切削热由切的切削热由切的切削热由切屑带走，

36、屑带走，屑带走，屑带走，15%15%15%15%传入钻头，传入钻头，传入钻头，传入钻头，2%2%2%2%传入工件，传入工件，传入工件，传入工件，5%5%5%5%传入周围介质。传入周围介质。传入周围介质。传入周围介质。切削热传出切削热传出切削热传出切削热传出第36页/共61页二、切削温度及分布二、切削温度及分布二、切削温度及分布二、切削温度及分布 TJ University切削温度分布切削温度分布切削温度分布切削温度分布切削塑性材料切削塑性材料 前刀面靠近刀尖处前刀面靠近刀尖处温度最高。温度最高。切削脆性材料切削脆性材料 后刀面靠近刀尖处后刀面靠近刀尖处温度最高。温度最高。750刀具图3-20二

37、维切削中的温度分布工件材料：低碳易切钢；刀具：o=30，o=7；切削用量：ap=0.6mm，vc=0.38m/s；切削条件：干切削，预热611C切削温度切削温度一般指切削区域一般指切削区域的平均温度。的平均温度。它由切削热的它由切削热的产生与传出产生与传出的平衡条件决定。的平衡条件决定。切削温度在切屑、工件、切削温度在切屑、工件、刀具上的分布是不均匀的刀具上的分布是不均匀的第37页/共61页三、影响切削温度的因素三、影响切削温度的因素三、影响切削温度的因素三、影响切削温度的因素 q 切削用量的影响切削用量的影响 式中 用自然热电偶法测出的前刀面接触区的平均温度(C)；C 与工件、刀具材料和其它

38、切削参数有关的切削温度系数；Z、Y、X vc、f、ap 的指数。经验公式经验公式 刀具材料加工方法高速钢车削1401700.350.450.20.30.080.10铣削80钻削150硬质合金车削320f(mm/r)0.10.410.150.050.20.310.30.26表切削温度的系数及指数 通过测温实验可以找出切削用量对切削温度的影响规律。通过测温实验可以找出切削用量对切削温度的影响规律。通常在车床上利用测温装置求出切削用量对切削温度的影响通常在车床上利用测温装置求出切削用量对切削温度的影响关系。关系。第38页/共61页切削量对温度影响切削量对温度影响第39页/共61页q刀具几何参数的影响

39、刀具几何参数的影响 前角前角前角前角 o o o o切削温度切削温度切削温度切削温度，但前角过大，会使散热条件变差。，但前角过大，会使散热条件变差。，但前角过大，会使散热条件变差。，但前角过大，会使散热条件变差。主偏角主偏角主偏角主偏角 r r r r切削温度切削温度切削温度切削温度负倒棱及刀尖圆弧半径对切削温度影响很小负倒棱及刀尖圆弧半径对切削温度影响很小负倒棱及刀尖圆弧半径对切削温度影响很小负倒棱及刀尖圆弧半径对切削温度影响很小,基本不变。基本不变。基本不变。基本不变。三、影响切削温度的因素三、影响切削温度的因素三、影响切削温度的因素三、影响切削温度的因素 第40页/共61页q工件材料的影

40、响工件材料的影响 工工工工 件件件件 材材材材 料料料料 机机机机 械械械械 性性性性 能能能能切削温度切削温度切削温度切削温度工工工工件件件件材材材材料料料料导导导导热热热热性性性性 切削温度切削温度切削温度切削温度vc（m/min）图切削速度、工件材料对切削温度的影响1GH131 21Cr18Ni9Ti 345钢钢(正火正火)4HT200刀具材料：刀具材料：YT15；YG8刀刀具具几几何何参参数数：o=15，o=68，r=75，1=-10，s=0，b=0.1mm，r=0.2mm切削用量：切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/r（）10305070901101304006008001000

41、1243q刀具磨损的影响刀具磨损的影响 q冷却液的影响冷却液的影响 三、影响切削温度的因素三、影响切削温度的因素三、影响切削温度的因素三、影响切削温度的因素 第41页/共61页 刀具严重磨损，会刀具严重磨损，会刀具严重磨损，会刀具严重磨损，会缩短刀具使用时间缩短刀具使用时间缩短刀具使用时间缩短刀具使用时间、恶化恶化恶化恶化加工表面质量加工表面质量加工表面质量加工表面质量、增加刀具材料损耗增加刀具材料损耗增加刀具材料损耗增加刀具材料损耗、增大切削力增大切削力增大切削力增大切削力、增大切削温度增大切削温度增大切削温度增大切削温度、产生振动产生振动产生振动产生振动。因此，刀具磨损是影响生产效率、加工

42、质量和因此，刀具磨损是影响生产效率、加工质量和因此，刀具磨损是影响生产效率、加工质量和因此，刀具磨损是影响生产效率、加工质量和成本的一个重要因素。成本的一个重要因素。成本的一个重要因素。成本的一个重要因素。刀具磨损与刀具耐用度刀具磨损与刀具耐用度3.1 3.1 切削过程的基本规律切削过程的基本规律在切削过程中，刀具在高温高压下与切屑及工件在接触区里在切削过程中，刀具在高温高压下与切屑及工件在接触区里产生强烈的摩擦，使锋利的切削部分逐渐磨损而失去正常的产生强烈的摩擦，使锋利的切削部分逐渐磨损而失去正常的切削能力，这种现象称为切削能力，这种现象称为刀具的磨损刀具的磨损。第42页/共61页一、刀具磨

43、损形式一、刀具磨损形式一、刀具磨损形式一、刀具磨损形式刀刀刀刀 具具具具 磨磨磨磨 损损损损 形形形形态态态态u正常磨损正常磨损前刀面磨损前刀面磨损前刀面磨损前刀面磨损形式：月牙洼形式：月牙洼形成条件：加工塑性材形成条件：加工塑性材料，料，v v大，大，h hD D大大影响：削弱刀刃强度，影响：削弱刀刃强度，降低加工质量降低加工质量 在刀具设计与使用合理、在刀具设计与使用合理、制造与刃磨质量符合要求的制造与刃磨质量符合要求的情况下，刀具在切削过程中情况下，刀具在切削过程中逐渐产生的磨损。逐渐产生的磨损。KT第43页/共61页第44页/共61页前、后刀面磨损前、后刀面磨损前、后刀面磨损前、后刀面

44、磨损 后刀面磨损后刀面磨损后刀面磨损后刀面磨损形式：切削刃及其下方的后刀面上形成的宽度不匀、深浅不形式：切削刃及其下方的后刀面上形成的宽度不匀、深浅不一的磨损棱面一的磨损棱面 形成条件：加工塑性材料形成条件：加工塑性材料,v v 较小较小,h hD D 较小；加工脆性材料较小；加工脆性材料影响：切削力影响：切削力,切削温度切削温度,产生振动，降低加工质量产生振动，降低加工质量形成条件：加工塑性金属，中等切削速度及中等切削厚度形成条件：加工塑性金属，中等切削速度及中等切削厚度形式：月牙洼与刀刃之间的棱边和楔角逐渐减小形式：月牙洼与刀刃之间的棱边和楔角逐渐减小影响：切削刃强度下降，多数情况下伴随着

45、崩刃的发生影响：切削刃强度下降，多数情况下伴随着崩刃的发生VBKTVB第45页/共61页第46页/共61页u非正常磨损非正常磨损刀具在切削过程中突然发生损坏或过早损坏的现象。刀具在切削过程中突然发生损坏或过早损坏的现象。破损：切削刃或刀面产生裂纹、崩刃或碎裂。破损：切削刃或刀面产生裂纹、崩刃或碎裂。卷刃：切削时在高温作用下，使切削刃或卷刃：切削时在高温作用下，使切削刃或 刀面产生塌陷或隆起的塑性变形现象。刀面产生塌陷或隆起的塑性变形现象。第47页/共61页磨粒磨粒（硬质点硬质点硬质点硬质点）磨损）磨损 各种切速下均存在各种切速下均存在 低速情况下刀具磨损的主要原因低速情况下刀具磨损的主要原因粘

46、结磨损（冷焊）粘结磨损（冷焊）刀具材料与工件材料亲和力大刀具材料与工件材料亲和力大 刀具材料与工件材料硬度比小刀具材料与工件材料硬度比小 中等偏低切削速度下中等偏低切削速度下刀具磨损的主要原因刀具磨损的主要原因粘结磨损加剧粘结磨损加剧扩散磨损扩散磨损 高温下发生（高温下发生（800-1000800-1000）氧化磨损氧化磨损 高温情况下高温情况下（700-800），在切削刃，在切削刃 工作边界发生工作边界发生u相变磨损相变磨损-切削温度达到相变温度切削温度达到相变温度二、刀具磨损原因二、刀具磨损原因二、刀具磨损原因二、刀具磨损原因第48页/共61页刀具磨损过程初期磨损初期磨损后刀面磨损量VB正

47、常磨损正常磨损急剧磨损急剧磨损切削时间三、刀具磨损过程和刀具磨钝标准三、刀具磨损过程和刀具磨钝标准 （段）初期磨损阶段段）初期磨损阶段段）初期磨损阶段段）初期磨损阶段 在开始切削的短时间内，在开始切削的短时间内，在开始切削的短时间内，在开始切削的短时间内，磨损较快。这是由于刀具表面粗糙不平或表层组磨损较快。这是由于刀具表面粗糙不平或表层组磨损较快。这是由于刀具表面粗糙不平或表层组磨损较快。这是由于刀具表面粗糙不平或表层组织不耐磨引起的。织不耐磨引起的。织不耐磨引起的。织不耐磨引起的。刀具磨损三个阶段刀具磨损三个阶段刀具磨损三个阶段刀具磨损三个阶段第49页/共61页刀具磨损过程初期磨损初期磨损后

48、刀面磨损量VB正常磨损正常磨损急剧磨损急剧磨损切削时间三、刀具磨损过程和刀具磨钝标准三、刀具磨损过程和刀具磨钝标准 （段）正常磨损阶段段）正常磨损阶段段）正常磨损阶段段）正常磨损阶段 随着切削时间增长，随着切削时间增长，随着切削时间增长，随着切削时间增长，磨损量以较均匀的速度加大。这是由于刀具表面磨损量以较均匀的速度加大。这是由于刀具表面磨损量以较均匀的速度加大。这是由于刀具表面磨损量以较均匀的速度加大。这是由于刀具表面磨平后，接触面增大，压强减小所致。磨平后，接触面增大，压强减小所致。磨平后，接触面增大，压强减小所致。磨平后，接触面增大，压强减小所致。刀具磨损三个阶段刀具磨损三个阶段刀具磨损

49、三个阶段刀具磨损三个阶段第50页/共61页刀具磨损过程初期磨损初期磨损后刀面磨损量VB正常磨损正常磨损急剧磨损急剧磨损切削时间三、刀具磨损过程和刀具磨钝标准三、刀具磨损过程和刀具磨钝标准 （段）急剧磨损阶段段）急剧磨损阶段段）急剧磨损阶段段）急剧磨损阶段 磨损量达到一定数值磨损量达到一定数值磨损量达到一定数值磨损量达到一定数值后，磨损急损加速、继而刀具损坏。这是由于切后，磨损急损加速、继而刀具损坏。这是由于切后，磨损急损加速、继而刀具损坏。这是由于切后，磨损急损加速、继而刀具损坏。这是由于切削时间过长，磨损严重，切削温度剧增，刀具强削时间过长，磨损严重，切削温度剧增，刀具强削时间过长，磨损严重

50、，切削温度剧增，刀具强削时间过长，磨损严重，切削温度剧增，刀具强度，硬度降低所致。度，硬度降低所致。度，硬度降低所致。度，硬度降低所致。刀具磨损三个阶段刀具磨损三个阶段刀具磨损三个阶段刀具磨损三个阶段第51页/共61页刀具磨损限度刀具磨损限度刀具磨损限度刀具磨损限度uu刀具磨损到一定限度就不能再继续使用，因此规定一个允刀具磨损到一定限度就不能再继续使用，因此规定一个允刀具磨损到一定限度就不能再继续使用，因此规定一个允刀具磨损到一定限度就不能再继续使用，因此规定一个允许磨损量的最大值，这个值就称为刀具的许磨损量的最大值，这个值就称为刀具的许磨损量的最大值，这个值就称为刀具的许磨损量的最大值，这个