金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象

1、金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象第二章 金屬切削過(guò)程中的物理現(xiàn)象金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象第一節(jié) 切屑和積屑瘤一、切削的形成 金屬切削過(guò)程就是工件的被切金屬層在刀具前刀面的推擠下，沿著剪切面（滑移面）產(chǎn)生剪切變形并轉(zhuǎn)變?yōu)榍行嫉倪^(guò)程。即是金屬內(nèi)部不斷滑移變形的過(guò)程。 簡(jiǎn)言之，被切削的金屬層在前刀面的擠壓作用下，通簡(jiǎn)言之，被切削的金屬層在前刀面的擠壓作用下，通過(guò)剪切滑移變形便形成了切削。過(guò)剪切滑移變形便形成了切削。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象金屬切削過(guò)程中的三個(gè)變形區(qū)金屬切削過(guò)程中的三個(gè)變形區(qū)第變形區(qū) 近切削刃處切削層內(nèi)產(chǎn)生的塑性變形區(qū)； 第變形區(qū) 與前刀面接觸的切屑層內(nèi)產(chǎn)生的變形區(qū)； 第變形區(qū)

2、 近切削刃處已加工表層內(nèi)產(chǎn)生的變形區(qū) （后刀面與工件的接觸區(qū)域）金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象1、第一變形區(qū)、第一變形區(qū)（剪切滑移區(qū)剪切滑移區(qū)）切削層受刀具的作用，經(jīng)過(guò)第一變形區(qū)的塑性變形后形成了切切削層受刀具的作用，經(jīng)過(guò)第一變形區(qū)的塑性變形后形成了切屑，下面以直角自由切削為例，分析較典型的連續(xù)切屑的形成屑，下面以直角自由切削為例，分析較典型的連續(xù)切屑的形成過(guò)程。過(guò)程。 切削層受到刀具前切削層受到刀具前刀面與切削刃的擠壓作刀面與切削刃的擠壓作用下，使近切削刃出的用下，使近切削刃出的金屬先產(chǎn)生彈性變形，金屬先產(chǎn)生彈性變形，繼而塑性變形，在這同繼而塑性變形，在這同時(shí)金屬晶格產(chǎn)生滑移。時(shí)金屬晶格產(chǎn)生滑移。左

3、圖是取金屬內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)左圖是取金屬內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)P來(lái)分析滑移來(lái)分析滑移 過(guò)程。過(guò)程。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象2、第二變形區(qū)、第二變形區(qū) 經(jīng)過(guò)第一變形區(qū)后，形成的切屑沿前刀面方向排出，經(jīng)過(guò)第一變形區(qū)后，形成的切屑沿前刀面方向排出，還必須克服刀具前刀面對(duì)切屑的擠壓與摩擦。因此，在該還必須克服刀具前刀面對(duì)切屑的擠壓與摩擦。因此，在該區(qū)域內(nèi)金屬變形特點(diǎn)就是切屑在前刀面上發(fā)生的摩擦擠壓區(qū)域內(nèi)金屬變形特點(diǎn)就是切屑在前刀面上發(fā)生的摩擦擠壓變形，這個(gè)變形主要集中在與前刀面接觸的切屑底部一薄變形，這個(gè)變形主要集中在與前刀面接觸的切屑底部一薄層金屬內(nèi)，這部分金屬的晶粒在沿前刀面的方向被拉長(zhǎng)，層金屬內(nèi)，這部分金屬的晶粒在沿前刀

4、面的方向被拉長(zhǎng)，成纖維化，基本與前刀面平行。另外，由于切屑層底層受成纖維化，基本與前刀面平行。另外，由于切屑層底層受前刀面的擠壓而膨脹，使切屑背向前刀面卷曲，最后在某前刀面的擠壓而膨脹，使切屑背向前刀面卷曲，最后在某一點(diǎn)開(kāi)始與前刀面脫離接觸。一點(diǎn)開(kāi)始與前刀面脫離接觸。（擠壓摩擦區(qū)）（擠壓摩擦區(qū)）3、第三變形區(qū)、第三變形區(qū)（擠壓摩擦回彈區(qū)）（擠壓摩擦回彈區(qū)） 已加工表面受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓和摩已加工表面受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓和摩擦，造成纖維化和加工硬化及殘余應(yīng)力，嚴(yán)重的甚至出擦，造成纖維化和加工硬化及殘余應(yīng)力，嚴(yán)重的甚至出現(xiàn)細(xì)微的裂紋?，F(xiàn)細(xì)微的裂紋。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象

5、由于加工材料性質(zhì)的不同以及切削條件的不同，從變形由于加工材料性質(zhì)的不同以及切削條件的不同，從變形觀點(diǎn)出發(fā)，可將切屑?xì)w納為四種形態(tài)：觀點(diǎn)出發(fā)，可將切屑?xì)w納為四種形態(tài)：切塑性材料切塑性材料 帶狀切屑帶狀切屑 擠裂切屑擠裂切屑 單元切屑單元切屑 切削平穩(wěn)，力波動(dòng)小切削平穩(wěn)，力波動(dòng)小 滑移量較大，局部滑移量較大，局部 切削不平穩(wěn)，力波動(dòng)大切削不平穩(wěn)，力波動(dòng)大 加工面光潔，斷屑難加工面光潔，斷屑難 剪應(yīng)力達(dá)斷裂強(qiáng)度剪應(yīng)力達(dá)斷裂強(qiáng)度 加工表面粗糙加工表面粗糙 少見(jiàn)少見(jiàn)0vac 0 v ac0 v ac0vac 二、切屑的形態(tài)二、切屑的形態(tài)切脆性材料切脆性材料 不平穩(wěn)，表面粗糙不平穩(wěn)，表面粗糙 應(yīng)應(yīng)00v

6、va ac c金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象2 2、擠裂切屑：、擠裂切屑：又稱節(jié)狀切又稱節(jié)狀切屑。它的外表面呈鋸齒形，內(nèi)屑。它的外表面呈鋸齒形，內(nèi)表面有時(shí)有裂紋。在切削速度表面有時(shí)有裂紋。在切削速度較低、切削厚度較大、刀具前較低、切削厚度較大、刀具前角較小時(shí)常產(chǎn)生此類切屑。角較小時(shí)常產(chǎn)生此類切屑。 1 1、帶狀切屑：、帶狀切屑：它的內(nèi)表面它的內(nèi)表面是光滑的，外表面呈毛茸狀。加是光滑的，外表面呈毛茸狀。加工塑性金屬時(shí)，在切削厚度較小、工塑性金屬時(shí)，在切削厚度較小、切削速度較高、刀具前角較大的切削速度較高、刀具前角較大的工況條件下常形成此類切屑。工況條件下常形成此類切屑。 （一）、切屑的類型（一）、切屑的

7、類型金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象4 4、崩碎切屑：、崩碎切屑：加工脆加工脆性材料（鑄鐵、青銅），性材料（鑄鐵、青銅），切削厚度越大越易得到這切削厚度越大越易得到這類切屑。類切屑。 3 3、粒狀切屑：、粒狀切屑：又稱單又稱單元切屑。在切屑形成過(guò)程中，元切屑。在切屑形成過(guò)程中，如剪切面上的剪切應(yīng)力超過(guò)如剪切面上的剪切應(yīng)力超過(guò)了材料的斷裂強(qiáng)度，切屑單了材料的斷裂強(qiáng)度，切屑單元從被切材料上脫落，形成元從被切材料上脫落，形成粒狀切屑。粒狀切屑。 金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象（二）、切屑的形狀（二）、切屑的形狀1、切屑形狀的分類、切屑形狀的分類切屑的形狀大體有帶狀切屑的形狀大體有帶狀屑、屑、C C型屑、崩碎屑、型屑、

8、崩碎屑、螺卷屑、長(zhǎng)緊卷屑、發(fā)螺卷屑、長(zhǎng)緊卷屑、發(fā)條狀屑、寶塔狀屑等條狀屑、寶塔狀屑等金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象 三、積屑瘤現(xiàn)象三、積屑瘤現(xiàn)象1 1積屑瘤的現(xiàn)象積屑瘤的現(xiàn)象積屑瘤：切削塑性金屬時(shí)，在一定的切削條件下，常常積屑瘤：切削塑性金屬時(shí)，在一定的切削條件下，常常有一些從切屑和工件上來(lái)的金屬冷焊并層積在前刀面上，有一些從切屑和工件上來(lái)的金屬冷焊并層積在前刀面上，形成一個(gè)非常堅(jiān)硬的金屬堆積物，能夠代替刀刃進(jìn)行切形成一個(gè)非常堅(jiān)硬的金屬堆積物，能夠代替刀刃進(jìn)行切削，并且以一定頻率生長(zhǎng)和脫落。這種堆積物稱為積屑削，并且以一定頻率生長(zhǎng)和脫落。這種堆積物稱為積屑瘤。瘤。 當(dāng)切削鋼、球墨鑄鐵、鋁合金等塑性材料

9、時(shí)，在當(dāng)切削鋼、球墨鑄鐵、鋁合金等塑性材料時(shí)，在切削速度不高，而又能形成帶狀切屑的情況下生成積切削速度不高，而又能形成帶狀切屑的情況下生成積屑瘤。屑瘤。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象 積屑瘤高度及其實(shí)際工作前角積屑瘤高度及其實(shí)際工作前角金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象2.2.積屑瘤的成因：積屑瘤的成因：1 1）工件材料的塑性）工件材料的塑性 主要是加工硬化的緣故，塑性材料主要是加工硬化的緣故，塑性材料切削時(shí)形成帶狀切削，加工硬化現(xiàn)象較切削時(shí)形成帶狀切削，加工硬化現(xiàn)象較強(qiáng)，容易產(chǎn)生積屑瘤；而脆性材料切削強(qiáng)，容易產(chǎn)生積屑瘤；而脆性材料切削時(shí)形成崩脆切削，且加工硬化現(xiàn)象很弱，時(shí)形成崩脆切削，且加工硬化現(xiàn)象很弱，不易產(chǎn)

10、生積屑瘤。不易產(chǎn)生積屑瘤。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象2 2）切削溫度）切削溫度 切削溫度也是形成積屑瘤的重要切削溫度也是形成積屑瘤的重要條件。切削溫度過(guò)低，粘結(jié)現(xiàn)象不易條件。切削溫度過(guò)低，粘結(jié)現(xiàn)象不易發(fā)生；切削溫發(fā)生；切削溫 度過(guò)高，加工硬化現(xiàn)度過(guò)高，加工硬化現(xiàn)象有削弱作用，因而積屑瘤也不易產(chǎn)象有削弱作用，因而積屑瘤也不易產(chǎn)生。生。 對(duì)于碳鋼，對(duì)于碳鋼，300300C C 350350C C范圍內(nèi)最范圍內(nèi)最容易產(chǎn)生積屑瘤，容易產(chǎn)生積屑瘤， 500500C C以上趨于消以上趨于消失。失。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象3 3）積屑瘤與切削速度的關(guān)系）積屑瘤與切削速度的關(guān)系區(qū)：切削速度很低，形成粒狀區(qū)：切削速度

11、很低，形成粒狀或節(jié)狀切屑，沒(méi)有積屑瘤生成?；蚬?jié)狀切屑，沒(méi)有積屑瘤生成。區(qū)：形成帶狀切屑，冷焊條件逐區(qū)：形成帶狀切屑，冷焊條件逐漸形成，隨著切削速度的提高積屑漸形成，隨著切削速度的提高積屑瘤也增大。瘤也增大。區(qū)：積屑瘤隨切削速度的區(qū)：積屑瘤隨切削速度的提高而減小，當(dāng)達(dá)到提高而減小，當(dāng)達(dá)到區(qū)右區(qū)右邊界時(shí)，積屑瘤消失。邊界時(shí)，積屑瘤消失。區(qū)：切削速度進(jìn)一步提高，由區(qū)：切削速度進(jìn)一步提高，由于切削溫度較高而冷焊消失，此于切削溫度較高而冷焊消失，此 時(shí)積屑瘤不再存在了。但切屑底時(shí)積屑瘤不再存在了。但切屑底部的纖維化依然存在，切屑的滯部的纖維化依然存在，切屑的滯留傾向也依然存在。留傾向也依然存在。金屬切削

12、過(guò)程中物理現(xiàn)象4 4）刀具的前角）刀具的前角 因?yàn)榉e屑瘤是在帶狀切屑的前提因?yàn)榉e屑瘤是在帶狀切屑的前提下形成的。然而前角越大越容易形下形成的。然而前角越大越容易形成帶狀切屑，前角越小容易形成崩成帶狀切屑，前角越小容易形成崩脆切削，所以積屑瘤的形成與刀具脆切削，所以積屑瘤的形成與刀具的前角有著緊密的聯(lián)系。的前角有著緊密的聯(lián)系。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象3.3.積屑瘤對(duì)切削過(guò)程的影響：積屑瘤對(duì)切削過(guò)程的影響：1) 積屑瘤包圍著切削刃，可以代替前面、后面和積屑瘤包圍著切削刃，可以代替前面、后面和切削刃進(jìn)行切削，從而保護(hù)了刀刃，減少了刀切削刃進(jìn)行切削，從而保護(hù)了刀刃，減少了刀具的磨損。具的磨損。2) 積屑

13、瘤使刀具的實(shí)際工作前角增大，而且，積積屑瘤使刀具的實(shí)際工作前角增大，而且，積屑瘤越高，實(shí)際工作前角越大，刀具越鋒利。屑瘤越高，實(shí)際工作前角越大，刀具越鋒利。3) 積屑瘤前端伸出切削刃外，直接影響加工尺寸積屑瘤前端伸出切削刃外，直接影響加工尺寸精度。精度。4) 積屑瘤直接影響工件加工表面的形狀精度和表積屑瘤直接影響工件加工表面的形狀精度和表面粗糙度。面粗糙度。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象第二節(jié) 切屑力一、概念 切削加工時(shí)刀具使切削層形成切削需要克服的阻力稱為切削力。切削力影響刀具的磨損和使用壽命。切削力影響加工精度。 工藝系統(tǒng)的彈性變形，所作的功轉(zhuǎn)化工藝系統(tǒng)的熱變形。是計(jì)算切削功率、設(shè)計(jì)和選用機(jī)床刀具

14、夾具的必要依據(jù)。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象二、切屑力的產(chǎn)生1、來(lái)自工件的切削力：、來(lái)自工件的切削力：工件材料被切過(guò)程中所工件材料被切過(guò)程中所發(fā)生的彈性變形和塑性發(fā)生的彈性變形和塑性變形的抗力。變形的抗力。2、來(lái)自切屑的切屑力：、來(lái)自切屑的切屑力：切屑對(duì)刀具前刀面的摩切屑對(duì)刀具前刀面的摩擦力和加工表面對(duì)刀具擦力和加工表面對(duì)刀具后刀面的摩擦力。后刀面的摩擦力。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象三切削合力及分解和切削功率三切削合力及分解和切削功率 22222NCPfFcFFFFFFp=FNcosKr; Ff =FNsinkr一般情況下，一般情況下，F(xiàn)c最大，最大，F(xiàn)p和和Ff小一些小一些金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象n主切

15、削力主切削力FcFc：切削合力切削合力F在主運(yùn)動(dòng)方向的分力，又稱切向在主運(yùn)動(dòng)方向的分力，又稱切向分力。它與切削速度方向一致，在切削過(guò)程中做功最多，分力。它與切削速度方向一致，在切削過(guò)程中做功最多，占總切削功率的占總切削功率的90%以上。以上。Fc是計(jì)算機(jī)床動(dòng)力、設(shè)備的強(qiáng)是計(jì)算機(jī)床動(dòng)力、設(shè)備的強(qiáng)度及剛度的基本數(shù)據(jù)。度及剛度的基本數(shù)據(jù)。 n進(jìn)給抗力進(jìn)給抗力FfFf：切削合力切削合力F在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的合力，車外圓在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的合力，車外圓時(shí)，時(shí)，F(xiàn)f與工件的軸線相平行，因此又稱軸向分力。與工件的軸線相平行，因此又稱軸向分力。Ff作用作用在機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)上，它是設(shè)計(jì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)必須的數(shù)據(jù)。在機(jī)床的進(jìn)給機(jī)

16、構(gòu)上，它是設(shè)計(jì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)必須的數(shù)據(jù)。 n切深抗力切深抗力Fp:Fp:切削合力切削合力F在切削深度方向的分力。車外圓時(shí)，在切削深度方向的分力。車外圓時(shí)，F(xiàn)p與工件的徑向重合，因此又稱徑向分力。與工件的徑向重合，因此又稱徑向分力。Fp作用在機(jī)作用在機(jī)床及工件剛性最差的方向，容易引起切削振動(dòng)和工件的彎床及工件剛性最差的方向，容易引起切削振動(dòng)和工件的彎曲變形，影響加工精度及工件表面質(zhì)量。曲變形，影響加工精度及工件表面質(zhì)量。 金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象切削功率：是指切削時(shí)在切削區(qū)域內(nèi)消耗的功率，通常進(jìn)是指切削時(shí)在切削區(qū)域內(nèi)消耗的功率，通常進(jìn)給消耗的功率略去不計(jì)，只計(jì)算主運(yùn)動(dòng)消耗的功率：給消耗的功率略去不計(jì)，只

17、計(jì)算主運(yùn)動(dòng)消耗的功率：31060zmF vPkWmEPP式中 Fz主切削力（N） v主運(yùn)動(dòng)切削速度（m/min）機(jī)床電動(dòng)機(jī)所需功率PE:式中 機(jī)床傳動(dòng)效率。mEPP金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象四、影響切削力的因素 影響切屑力的主要因素有：工件材料、影響切屑力的主要因素有：工件材料、切削用量、刀具幾何參數(shù)、其它因素。切削用量、刀具幾何參數(shù)、其它因素。 總切削力的來(lái)源有兩個(gè)方面：總切削力的來(lái)源有兩個(gè)方面： 一是克服被加工材料對(duì)彈性變形和塑一是克服被加工材料對(duì)彈性變形和塑性變形的抗力；性變形的抗力； 二是克服切屑對(duì)刀具前面的摩擦阻力二是克服切屑對(duì)刀具前面的摩擦阻力和工件表面對(duì)刀具后面的摩擦阻力。和工件表面

18、對(duì)刀具后面的摩擦阻力。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象1.工件材料的影響工件材料的影響 工件材料的硬度或強(qiáng)度愈高，材料的剪切屈服強(qiáng)度也愈工件材料的硬度或強(qiáng)度愈高，材料的剪切屈服強(qiáng)度也愈高，發(fā)生剪切變形的抗力也愈大，故切削力也愈大。高，發(fā)生剪切變形的抗力也愈大，故切削力也愈大。 在材料的強(qiáng)度、硬度相近的情況下，材料的塑性越大。在材料的強(qiáng)度、硬度相近的情況下，材料的塑性越大。韌性越大，則切削力越大。韌性越大，則切削力越大。塑性大的材料在切削過(guò)程中將產(chǎn)生較大的塑性變形和加塑性大的材料在切削過(guò)程中將產(chǎn)生較大的塑性變形和加 工硬化，且切削與前刀面的接觸時(shí)間長(zhǎng)，故切削力較大；工硬化，且切削與前刀面的接觸時(shí)間長(zhǎng)，故切

19、削力較大；韌性大的材料，使之發(fā)生變形或破壞需消耗較多的能量，韌性大的材料，使之發(fā)生變形或破壞需消耗較多的能量，故切削力較大。故切削力較大。 切削脆性材料時(shí)，一般皆為崩脆切削，從而切削與前切削脆性材料時(shí)，一般皆為崩脆切削，從而切削與前刀面的摩擦都比較小，故其切削力相對(duì)較小。刀面的摩擦都比較小，故其切削力相對(duì)較小。 金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象2.切削用量的影響（1）切削深度和進(jìn)給量的影響切削深度切削深度apap進(jìn)給量進(jìn)給量f fA AD D變形抗力變形抗力摩擦力摩擦力切削力切削力 ap增大一倍，增大一倍，F(xiàn)C也增大一倍；而也增大一倍；而f 增大一倍，增大一倍，F(xiàn)C只能增大只能增大68%86。 由此可見(jiàn)

20、，由此可見(jiàn)，從減小切削力和節(jié)省動(dòng)力消耗的觀點(diǎn)從減小切削力和節(jié)省動(dòng)力消耗的觀點(diǎn)出發(fā)，在切除相同余量的條件下，增大出發(fā)，在切除相同余量的條件下，增大 f 比增大比增大ap 更為有利。更為有利。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象（2）切削速度的影響切削塑性材料時(shí)切削塑性材料時(shí)切削塑性材料，切削速度的影響分為兩個(gè)階段：切削塑性材料，切削速度的影響分為兩個(gè)階段：有積屑瘤和無(wú)積屑瘤兩個(gè)階段。有積屑瘤和無(wú)積屑瘤兩個(gè)階段。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象 切削速度是通過(guò)影響切削變形程度來(lái)影切削速度是通過(guò)影響切削變形程度來(lái)影響切削力，切削變形大，則切削力大。響切削力，切削變形大，則切削力大。 金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象 切削鑄鐵等脆性材

21、料時(shí)，被切材料切削鑄鐵等脆性材料時(shí)，被切材料的塑性變形及它與前刀面的摩擦均比的塑性變形及它與前刀面的摩擦均比較小。較小。c對(duì)切削力沒(méi)有顯著影響。對(duì)切削力沒(méi)有顯著影響。 金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象3.刀具幾何參數(shù)的影響1） 前角前角ro對(duì)切削力的影響對(duì)切削力的影響; 刀刃鋒利刀刃鋒利前角前角g go o切削變形切削變形切削力切削力對(duì)塑性材料對(duì)塑性材料對(duì)脆性材料對(duì)脆性材料影響較小影響較小金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象前角對(duì)切削力的影響前角對(duì)切削力的影響ap = 4 mm f = 0.25 mm / r金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象2） 主偏角主偏角kr 對(duì)切削力的影響對(duì)切削力的影響rFFDPcosrFFDfsin金屬

22、切削過(guò)程中物理現(xiàn)象（a）當(dāng)）當(dāng) 時(shí)，主切削力時(shí)，主切削力 F隨著隨著Kr增加而減小增加而減小 。 0r（b）當(dāng)）當(dāng) 時(shí)，時(shí)，kr大時(shí)，主切削力大時(shí)，主切削力 F隨著隨著Kr增加而增加而增大增大 。 0r Kr越大，切削寬度越大，切削寬度aw越小，切削厚度越小，切削厚度ac越大，越大，因此切削力越小。因此切削力越小。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象 切削脆性材料時(shí)，切削力始終隨著Kr的增加而減小。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象4 4、其它因素的影響1 1）刀具磨損越大，將增加切削力；）刀具磨損越大，將增加切削力；2 2）使用切削液，使用切削液，將減小切削力。將減小切削力。 金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象五五. . 切削力

23、的經(jīng)驗(yàn)公式切削力的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算舉例計(jì)算舉例： 用用YT5硬質(zhì)合金車刀外圓縱車硬質(zhì)合金車刀外圓縱車b = 630 MPa的熱的熱軋軋45鋼，車刀幾何參數(shù)為鋼，車刀幾何參數(shù)為ro =10、kr = 75、rs = 5，切削用量為，切削用量為ap = 2mm、f = 0.3mm/r、vc = 100 m / min。 試計(jì)算切削力試計(jì)算切削力Fc、Fp、Ff 及切削功率及切削功率Pc 。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象 解解： 查表查表2-1得：得： CFC=2795 xFC =1.0 yFC =0.75 zFC =-0.15 FcFcFcFcFcknyxCcspcvfaF 金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象第三節(jié) 切屑

24、熱和切削溫度一、切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)一、切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo) 切削熱產(chǎn)生于三個(gè)變形區(qū)，切削熱產(chǎn)生于三個(gè)變形區(qū)，切削切削熱來(lái)源于兩個(gè)方面：熱來(lái)源于兩個(gè)方面： 一是切削層金屬發(fā)生彈性和塑性一是切削層金屬發(fā)生彈性和塑性變形所消耗的能量；變形所消耗的能量； 二是切屑與前刀面、工件與后刀二是切屑與前刀面、工件與后刀面間產(chǎn)生的摩擦熱。面間產(chǎn)生的摩擦熱。 切削過(guò)程中消耗的功將絕大切削過(guò)程中消耗的功將絕大部分轉(zhuǎn)化成（約部分轉(zhuǎn)化成（約 99%99%）轉(zhuǎn)換為）轉(zhuǎn)換為熱量，即切削熱。熱量，即切削熱。 切削熱切削熱 QFzvc 金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象切削熱傳出：切削熱傳出： (1)(1)通過(guò)工件傳出通過(guò)工件傳出Q Qg

25、g，使工件溫度升高，使工件溫度升高 (2)(2)通過(guò)切屑傳出通過(guò)切屑傳出Q Qx x，使切屑溫度升高，使切屑溫度升高 (3)(3)通過(guò)刀具傳出通過(guò)刀具傳出Q Qd d，使刀具溫度升高，使刀具溫度升高 (4)(4)通過(guò)周圍介質(zhì)傳出通過(guò)周圍介質(zhì)傳出Q Qj j對(duì)車、銑、刨削加工，對(duì)車、銑、刨削加工，50508686由切屑帶走，由切屑帶走，10104040傳入傳入刀具，刀具，3 39 9傳入工件，傳入工件，1 1傳入空氣傳入空氣 ; ;鉆削時(shí)，鉆削時(shí)，2828由切屑帶走，由切屑帶走，1515左右傳給工件，左右傳給工件，5050左右傳左右傳給刀具，其余由周圍介質(zhì)帶走給刀具，其余由周圍介質(zhì)帶走; ; 磨

26、削時(shí)，大部分熱量傳給工件（磨削時(shí)，大部分熱量傳給工件（8484）, ,傳給砂輪傳給砂輪1212，而極，而極小比例的熱量傳給磨屑，因此會(huì)使工件溫升很高，甚至燒傷小比例的熱量傳給磨屑，因此會(huì)使工件溫升很高，甚至燒傷工具表面。工具表面。Q=Qg+Qx+Qd+Qj金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象兩個(gè)方面：切削熱的產(chǎn)生與傳出兩個(gè)方面：切削熱的產(chǎn)生與傳出（一）切削用量的影響（一）切削用量的影響 （1 1）切削速度的影響）切削速度的影響 （1）V ，摩擦熱來(lái)不及傳導(dǎo)，而是大量集聚在切屑底層，從而使切削溫度升高。 （2）V ，金屬切除率成正比例地增加，所消耗的機(jī)械功增大，所以切削熱也會(huì)增大。而V ，材料的剪切變形減小，

27、因此單位體積的切削中由塑性變形所產(chǎn)生的熱量減少，故切削溫度與切削速度不成正比例關(guān)系。二、影響切削溫度的因素二、影響切削溫度的因素 金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象(2)(2)進(jìn)給量的影響進(jìn)給量的影響（1）f ,金屬切除率增多，切削溫度升高，金屬切除率增多，切削溫度升高， （2 2） f f ，切屑的平均變形減小，因此切除單元體積切，切屑的平均變形減小，因此切除單元體積切削的變形功有所減少，從而使熱量又有所減小。削的變形功有所減少，從而使熱量又有所減小。 （3） f ，切削厚度增加，切屑的熱容量也增大，由切屑，切削厚度增加，切屑的熱容量也增大，由切屑帶走的熱量增加。帶走的熱量增加。（4 4） f ，由于切

28、，由于切屑屑與前刀面的接觸區(qū)長(zhǎng)度增長(zhǎng)，改善了與前刀面的接觸區(qū)長(zhǎng)度增長(zhǎng)，改善了散熱條件。散熱條件。 故切削區(qū)的平均溫度上升的不顯著，當(dāng)進(jìn)給量增大故切削區(qū)的平均溫度上升的不顯著，當(dāng)進(jìn)給量增大一倍時(shí)，切削溫度約升高一倍時(shí)，切削溫度約升高1010。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象(3)(3)切削深度的影響切削深度的影響（1）ap ,切削層金屬的變形功與摩擦功都成正比的增加，切削層金屬的變形功與摩擦功都成正比的增加，切削熱也會(huì)成正比的增加；切削熱也會(huì)成正比的增加；（2）ap ，切削刃參加工作長(zhǎng)度也成正比地增長(zhǎng)，從而改，切削刃參加工作長(zhǎng)度也成正比地增長(zhǎng)，從而改善了散熱條件。善了散熱條件。 故切削深度對(duì)切削溫度地影響

29、很小，當(dāng)切削深度增故切削深度對(duì)切削溫度地影響很小，當(dāng)切削深度增加時(shí)，切削溫度的升高并不明顯。加時(shí)，切削溫度的升高并不明顯。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象 由上圖可以看出，切削用量由上圖可以看出，切削用量時(shí)切削溫度時(shí)切削溫度 ，其中，其中v 對(duì)切對(duì)切削溫度的影響最大，進(jìn)給量削溫度的影響最大，進(jìn)給量 f 的影響比的影響比v 小，背吃刀量小，背吃刀量ap的的影響最小。影響最小。 因此，若要切除給定的余量，又要求切削溫度較低，因此，若要切除給定的余量，又要求切削溫度較低，則在選擇切削用量時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用大的背吃刀量，然則在選擇切削用量時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用大的背吃刀量，然后選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給量，最后再選擇合理的

30、切削速度。后選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給量，最后再選擇合理的切削速度。 上述切削用量選擇原則是從最低切削溫度出發(fā)考慮的，上述切削用量選擇原則是從最低切削溫度出發(fā)考慮的，這也是制訂零件加工工藝規(guī)程時(shí)，確定切削用量的原則。這也是制訂零件加工工藝規(guī)程時(shí)，確定切削用量的原則。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象（二）刀具幾何參數(shù)的影響（二）刀具幾何參數(shù)的影響 1. 1. 前角前角0 0 的影響的影響 0 0 變形程度變形程度F F q 但但0 0 182020時(shí)，因散熱體積時(shí)，因散熱體積，q 隨前角的增大而上升。故前角不宜過(guò)大。隨前角的增大而上升。故前角不宜過(guò)大。2. 2. 主偏角主偏角r r的影響的影響 r r ，切削刃的

31、工作長(zhǎng)度，切削刃的工作長(zhǎng)度 ，且刀尖角減小，使，且刀尖角減小，使散熱面積散熱面積q 反之，減小主偏角，對(duì)降低切削溫度和提高刀具耐用反之，減小主偏角，對(duì)降低切削溫度和提高刀具耐用度是有利的。度是有利的。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象（三）刀具磨損的影響（三）刀具磨損的影響 刀具磨損后，切削刃變鈍，刃區(qū)前方的擠壓作用增大，刀具磨損后，切削刃變鈍，刃區(qū)前方的擠壓作用增大，使切削區(qū)的塑性變形增加；使切削區(qū)的塑性變形增加； 同時(shí)磨損后的刀具后角基本為零，與工件的摩擦增大，同時(shí)磨損后的刀具后角基本為零，與工件的摩擦增大，兩者均使切削熱增多。刀具磨損對(duì)兩者均使切削熱增多。刀具磨損對(duì)Q影響越顯著。影響越顯著。（四）切

32、削液的影響（四）切削液的影響 澆切削液對(duì)澆切削液對(duì)切削溫度切削溫度刀具磨損刀具磨損加工質(zhì)量有明顯效果。加工質(zhì)量有明顯效果。 熱導(dǎo)率比熱容和流量越大，本身溫度越低冷卻效果越顯著熱導(dǎo)率比熱容和流量越大，本身溫度越低冷卻效果越顯著金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象（五）工件材料的影響（五）工件材料的影響（1 1）硬度和強(qiáng)度的影響）硬度和強(qiáng)度的影響 工件材料的硬度、強(qiáng)度越高，切削時(shí)所消耗的功越多，工件材料的硬度、強(qiáng)度越高，切削時(shí)所消耗的功越多，產(chǎn)生的切削熱也越多，切削溫度就越高。產(chǎn)生的切削熱也越多，切削溫度就越高。（2 2）導(dǎo)熱系數(shù)的影響）導(dǎo)熱系數(shù)的影響 工件材料導(dǎo)熱系數(shù)越低，切削區(qū)熱量的傳出越少，切工件材料導(dǎo)熱

33、系數(shù)越低，切削區(qū)熱量的傳出越少，切削溫度就越高。削溫度就越高。（3 3）抗拉強(qiáng)度和延伸率的影響）抗拉強(qiáng)度和延伸率的影響 脆性金屬的抗拉強(qiáng)度和延伸率都較小，切削過(guò)程中切脆性金屬的抗拉強(qiáng)度和延伸率都較小，切削過(guò)程中切削區(qū)的塑性變形很小，切削呈崩脆切削，與前刀面的摩擦削區(qū)的塑性變形很小，切削呈崩脆切削，與前刀面的摩擦也很小，所以產(chǎn)生的切削力較小，切削溫度一般比切削鋼也很小，所以產(chǎn)生的切削力較小，切削溫度一般比切削鋼料時(shí)低。料時(shí)低。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象刀具失效形式：磨損刀具失效形式：磨損 （正常工作時(shí)逐漸產(chǎn)生的損耗）（正常工作時(shí)逐漸產(chǎn)生的損耗） 破損破損 （突發(fā)的破壞，隨機(jī)的）（突發(fā)的破壞，隨機(jī)的）

34、（一）前刀面磨損（一）前刀面磨損 切塑性材料，切塑性材料，v 和和ac（0.1mm)較大時(shí)，在前刀面上形較大時(shí)，在前刀面上形成月牙洼磨損，以最大深度成月牙洼磨損，以最大深度KT 表表示。這是由于切削塑性材料時(shí)產(chǎn)示。這是由于切削塑性材料時(shí)產(chǎn)生的連續(xù)切削與前刀面發(fā)生的劇生的連續(xù)切削與前刀面發(fā)生的劇烈摩擦而引起的。烈摩擦而引起的。第四節(jié) 刀具磨損及耐用度一、刀具磨損形式切屑脆性材料時(shí)，前刀面不形成月牙洼。切屑脆性材料時(shí)，前刀面不形成月牙洼。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象（二）后刀面磨損（二）后刀面磨損 切削脆性材料或切削脆性材料或v 和和ap（ 0.1mm)較小切塑性較小切塑性 材料材料時(shí)，主要發(fā)生這種磨損

35、。使實(shí)際的切削刃有一定的圓弧和時(shí)，主要發(fā)生這種磨損。使實(shí)際的切削刃有一定的圓弧和塌刃，因此形成顯著的負(fù)后角部分，與已加工表面有劇烈塌刃，因此形成顯著的負(fù)后角部分，與已加工表面有劇烈的摩擦。的摩擦。（三）前后刀面同時(shí)磨損（三）前后刀面同時(shí)磨損 這是一種兼有前兩種磨損形式。切削塑性金屬這是一種兼有前兩種磨損形式。切削塑性金屬時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生這種磨損。時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生這種磨損。金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象 1. 1. 初期磨損階段初期磨損階段 在這一階段，刀具磨削在這一階段，刀具磨削很快。很快。 2. 2. 正常磨損階段正常磨損階段 在這一階段，刀具磨削較在這一階段，刀具磨削較慢，慢，VBVB與切削時(shí)間近似正

36、與切削時(shí)間近似正比，斜率表示磨損強(qiáng)度。比，斜率表示磨損強(qiáng)度。 3. 急劇磨損階段急劇磨損階段 在進(jìn)入這一階段時(shí)，刀具的磨損量速度突然加快，刀具在進(jìn)入這一階段時(shí)，刀具的磨損量速度突然加快，刀具已經(jīng)鈍化。此時(shí)若繼續(xù)切削，則切削力、溫度急升，刀具已經(jīng)鈍化。此時(shí)若繼續(xù)切削，則切削力、溫度急升，刀具磨損擴(kuò)展極其迅速，刀具的切削能力很快就會(huì)完全喪失。磨損擴(kuò)展極其迅速，刀具的切削能力很快就會(huì)完全喪失。 二、刀具磨損過(guò)程金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象（一）磨料磨損（一）磨料磨損 切屑或工件表面上的硬質(zhì)點(diǎn)（碳化物、氧化物等）對(duì)切屑或工件表面上的硬質(zhì)點(diǎn)（碳化物、氧化物等）對(duì) 刀具表面刻劃作用造成的機(jī)械磨損。刀具表面刻劃作

37、用造成的機(jī)械磨損。 低速切削時(shí)，磨料磨損是刀具磨損的主要原因。低速切削時(shí)，磨料磨損是刀具磨損的主要原因。（二）粘結(jié)磨損（二）粘結(jié)磨損 刀具與切屑、工件間存在高溫高壓和強(qiáng)烈摩擦，達(dá)到原刀具與切屑、工件間存在高溫高壓和強(qiáng)烈摩擦，達(dá)到原 子間結(jié)合而產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，又稱為冷焊。相對(duì)運(yùn)動(dòng)使粘子間結(jié)合而產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，又稱為冷焊。相對(duì)運(yùn)動(dòng)使粘 接點(diǎn)破裂而被工件材料帶走，造成粘結(jié)磨損。接點(diǎn)破裂而被工件材料帶走，造成粘結(jié)磨損。 中速切削形成不穩(wěn)定積屑瘤時(shí)，磨損嚴(yán)重；刀具刃磨質(zhì)中速切削形成不穩(wěn)定積屑瘤時(shí)，磨損嚴(yán)重；刀具刃磨質(zhì)量差，磨損嚴(yán)重。量差，磨損嚴(yán)重。三、刀具磨損原因金屬切削過(guò)程中物理現(xiàn)象（三）擴(kuò)散磨損（三）擴(kuò)散磨損 刀具與切屑、工件接觸處由于高溫作用，雙方化學(xué)元素刀具與切屑、工件接觸處由于高溫作用，雙方化學(xué)元素 在固態(tài)下互相擴(kuò)散，使刀材成分、結(jié)構(gòu)改變?cè)斐赡p。在固態(tài)下互相擴(kuò)散，使刀材成分、結(jié)構(gòu)改變?cè)斐赡p。 切削溫度越高擴(kuò)散越快；加工材料親合力越大擴(kuò)散越快；切削溫度越高擴(kuò)散越快；加工材料親合力越大擴(kuò)散越快； 高速切削時(shí)擴(kuò)散磨損是刀具磨損的主要原因。高速切削時(shí)擴(kuò)散磨損是刀具磨損的主要原因。（四）化學(xué)磨損（四）化學(xué)磨損 一定溫度下，刀具材料材與空氣中的氧、切削液中的硫、一定溫度下，刀具材料材與空氣中的氧、切削液中的硫、氯起氯起 化學(xué)作用，生成硬度較