金屬切削原理與刀具教案

1、.緒 論【內(nèi)容提要】本章主要介紹本課程的基本內(nèi)容、性質(zhì)、特點(diǎn)和學(xué)習(xí)本課程的基本要求。【目的要求】1、明確本課程的基本內(nèi)容和性質(zhì)；2、了解本課程的特點(diǎn)；3、掌握學(xué)習(xí)本課程的基本要求?！颈菊聝?nèi)容】一、本課程的內(nèi)容金屬切學(xué)原理與刀具這門(mén)課，原理討論的是金屬切削加工過(guò)程中的主要物理現(xiàn)象的變化規(guī)律，以及對(duì)規(guī)律的控制及應(yīng)用；刀具是要我們學(xué)習(xí)常用金屬切削刀具的選擇、使用以及常用非標(biāo)準(zhǔn)刀具的設(shè)計(jì)，如成形車(chē)刀、成形銑刀和拉刀等。二、本課程的性質(zhì)根據(jù)所學(xué)專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃基本課程的教學(xué)大綱的規(guī)定，本課程是一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，為培養(yǎng)與機(jī)制方面有關(guān)的應(yīng)用型人才服務(wù)，為本專業(yè)的其他專業(yè)課如金屬切削機(jī)床、機(jī)械制造工藝學(xué)及機(jī)械加工

2、技術(shù)等提供必要的基礎(chǔ)知識(shí)。我國(guó)自1949年以來(lái)各高等工科院校相繼進(jìn)行了金屬切削原理與刀具方面的科學(xué)研究?？梢?jiàn)在工科院校與機(jī)制有關(guān)的專業(yè)中本課程占有重要的地位，因此一直列為考試課，在我校的數(shù)控、機(jī)制、機(jī)電等專業(yè)自然也是考試課。 三、本課程的特點(diǎn)（1）涉及知識(shí)面廣本課程是一門(mén)專業(yè)課。在學(xué)習(xí)這門(mén)專業(yè)課之前，應(yīng)先掌握畫(huà)法幾何、機(jī)械制圖、金屬工藝學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)等基本理論及公差配合與技術(shù)測(cè)量等基礎(chǔ)知識(shí)。（2）實(shí)驗(yàn)理論多許多公式都是在不同的實(shí)驗(yàn)條件下得出的。如切削力的實(shí)驗(yàn)指數(shù)公式和單位切削力公式，雖都是計(jì)算切削力，但實(shí)驗(yàn)條件不同，則得出的結(jié)論也不同。因此說(shuō)專業(yè)課中沒(méi)有絕對(duì)的理論，或許有些還要做近似處理。（3）

3、實(shí)踐性強(qiáng)學(xué)習(xí)理論就是為實(shí)踐服務(wù)，但經(jīng)過(guò)實(shí)踐又可以提高理論水平。如果學(xué)習(xí)了不會(huì)用，那就是“紙上談兵”，因此，一定要做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。四、學(xué)習(xí)本課程的要求 1、具有正確圖示和選擇刀具合理幾何參數(shù)的能力。2、基本掌握切削過(guò)程中的主要物理現(xiàn)象的變化規(guī)律和應(yīng)用及控制方法，具有解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題的能力。3、具有根據(jù)具體要求選擇使用常用刀具，以及設(shè)計(jì)一般非標(biāo)準(zhǔn)刀具的能力。4、要求課上認(rèn)真聽(tīng)講，抓住重點(diǎn)，做好筆記，課下復(fù)習(xí)，輔導(dǎo)與自學(xué)相結(jié)合。第一章 刀具材料【內(nèi)容提要】    本章主要介紹刀具材料應(yīng)具備的性能，以及常用刀具材料中高速鋼和硬質(zhì)合金材料的特性及應(yīng)用場(chǎng)合；簡(jiǎn)

4、單介紹了其他刀具材料的性能及應(yīng)用?！灸康囊蟆?#160;   1、明確刀具材料應(yīng)具備的性能；    2、掌握常用刀具材料中高速鋼和硬質(zhì)合金的性能及應(yīng)用場(chǎng)合；會(huì)根據(jù)具體加工工藝情況選擇不同牌號(hào)的刀具材料。    3、了解其他刀具材料的性能。【本章內(nèi)容】概 述刀具材料是指刀具上參與切削的那部分材料。刀具的切削部分不但要求具有一定的幾何形狀，而且還要求有相應(yīng)的刀具材料。目前廣泛應(yīng)用的刀具材料由高速鋼和硬質(zhì)合金。隨著生產(chǎn)率的不斷提高和難加工材料的日益廣泛應(yīng)用，超硬刀具材料也不斷涌現(xiàn)如陶瓷、立

5、方氮化硼以及金剛石（人造）等。時(shí)間 刀具材料 切削速度1900年以前 碳工鋼 低1900年左右 高速鋼 提高六倍在以后的相繼幾十年里，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每十年切削速度能提高一倍，耐用度可提高兩倍。高速鋼一般允許切削速度為2530m/min；硬質(zhì)合金允許的切削速度為100m/min.要提高切削加工的生產(chǎn)率，就需要提高切削速度和刀具耐用度，那末就要求提供切削性能更好的刀具材料，以便進(jìn)一步提高切削加工生產(chǎn)率及加工質(zhì)量。由于切削過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生切削抗力、切削熱、沖擊和振動(dòng)，那么刀具材料具有哪些性能才能滿足要求呢?§1-1 刀具材料應(yīng)具備的性能一、硬度和耐磨性 刀具材料的硬度一定要大于工件材料的硬度，一般常

6、溫硬度超過(guò)60HRC以上。高速鋼在6366HRC 以上，硬質(zhì)合金在7481.5HRC左右，人造金剛石10000HV。一般來(lái)說(shuō)，刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。因?yàn)榫鶆蚍植嫉募?xì)化碳化物數(shù)量越多，顆粒越小，耐磨性就越高。二、強(qiáng)度和韌性在切削過(guò)程中，刀具承受很大的壓力，只有抗彎強(qiáng)度好，切削用量才不會(huì)發(fā)生變化。粗加工余量不均，切削力發(fā)生變化，對(duì)刀具有沖擊和震動(dòng)，如果韌性不好，常會(huì)出現(xiàn)崩刃或折斷。硬度和韌性是一對(duì)不可解決的矛盾，如高速鋼的韌性好，而硬質(zhì)合金的硬度高，在下一節(jié)中我們會(huì)講到。三、耐熱性耐熱性是指在高溫下刀具材料保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性的性能。用紅硬性表示。高溫下硬度越高，則紅硬性越好。碳

7、素工具鋼的紅硬性200250，高速鋼不超過(guò)650，硬質(zhì)合金約8001000。四、良好的工藝性總之，刀具應(yīng)具備的性能主要就這四個(gè)方面，當(dāng)然還有經(jīng)濟(jì)性、切削性能的可預(yù)測(cè)性等要求，這里不作為講述內(nèi)容。 §1-2 常用刀具材料目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金及陶瓷等。一、碳素工具鋼碳素工具鋼是一種含C量較高的優(yōu)質(zhì)鋼（含C一般為0.651.35%）。1、常用牌號(hào) T7A、T8AT13A 其中 T 碳， A高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼2、主要性能淬火后硬度較高，可達(dá)HRC6165；紅硬性為200250，價(jià)格低廉，不耐高溫，切削速度因此而不能提高，允許切削速度VC1

8、0m/min,只能制作低速手用刀具，如板牙、鋸條、銼等；優(yōu)點(diǎn)：易刃磨，可獲得鋒利的刀刃。 二、合金工具鋼在碳素工具鋼中加入一定量的鉻（Cr）、鎢（W）、錳（Mn）等合金元素，能夠提高材料的耐熱性、耐磨性和韌性，同時(shí)還可以減少熱處理時(shí)的變形。1、主要牌號(hào)9SiCr：9表示平均含C量為0.90%，Si、Cr平均含量均小于1.5%；CrWMn：平均含C量大于1.0%，Cr、W、Mn平均含量均小于1.5%。2、主要性能淬火后的硬度可達(dá)HRC6165，紅硬性為300400，允許切削速度Vc=1015m/min,制作低速、形狀比較復(fù)雜、要求淬火后變形小的刀具。如板牙、拉刀、手用鉸刀（孔的精加工）等。三、高

9、速鋼高速鋼是一種高合金工具鋼，鋼中含有W、Mo、Cr、V等合金元素，這些合金元素的含量較高，主要改變以往工具鋼的性能。(一)高速鋼的性能：1、具有高的強(qiáng)度和韌性 ；2、良好的耐磨性，6366HRC (加入V元素的作用)；3、紅硬性為600（加入W元素的作用）；4、允許切削速度Vc=2530m/min； 高速鋼經(jīng)過(guò)適當(dāng)熱處理，可獲得良好的切削性能。用高速鋼制成的刀具，在切削時(shí)顯得比一般低合金工具鋼刀具更加鋒利，因此又俗稱鋒鋼。高速鋼區(qū)別于其他一般工具鋼的主要特性是它具有良好的熱硬性（紅硬性），當(dāng)切削溫度高達(dá)600左右時(shí)硬度仍無(wú)明顯下降，能以比合金工具鋼更高的切削速度進(jìn)行切削，高速鋼由此而得名。5

10、、具有良好的制造工藝性；高速鋼能鍛造，易刃磨，能制造形狀復(fù)雜的及大型成形刀具，如鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀、齒輪刀具、整體銑刀盤(pán)等都用高速鋼。高速鋼的焊接、韌性、熱處理性能好。6、可獲得鋒利的刀刃（鋒鋼之稱）；7、加工范圍較大：鑄鐵、有色金屬、鋼（指正火狀態(tài)下，淬火狀態(tài)不能加工）（二）高速鋼的分類高速鋼按用途來(lái)分可分為普通高速鋼和高性能高速鋼。1、普通高速鋼：工藝性好，可滿足一般工程材料的切削加工。又可分為 2、高性能高速鋼通過(guò)調(diào)整基本化學(xué)成分和添加其他合金元素，使其性能比普通高速鋼提高一步，可用于切削高強(qiáng)度鋼，高溫合金、鈦合金等難加工材料。分類： 四、硬質(zhì)合金指有高硬度、高熔點(diǎn)的碳化物，用金

11、屬粘結(jié)劑，經(jīng)過(guò)高壓成形，在500的高溫下燒結(jié)而成的材料為硬質(zhì)合金。組成：硬質(zhì)相（TiC或WC）+ 粘結(jié)相（Co、Ni、Mo等，其中Co比較常用）（一）主要性能1、常溫硬度7481.5HRC，紅硬性為8001000，耐磨性優(yōu)良。2、允許切削速度Vc=100m/min以上，最高不能超過(guò)200m/min.硬質(zhì)合金刀具的切削速度比高速鋼提高47倍，刀具壽命可提高580倍。有的金屬材料如奧氏體耐熱鋼和不銹鋼等用高速鋼無(wú)法切削加工，若用含WC的硬質(zhì)合金就可以切削加工，硬質(zhì)合金還可加工硬度在HRC50左右的硬質(zhì)材料。3、脆性較大，怕沖擊和振動(dòng)。容易出現(xiàn)崩刃，因此注意加工條件。4、制造工藝性差。由于硬度太高，

12、不能進(jìn)行機(jī)械加工，因而硬質(zhì)合金經(jīng)常制成一定規(guī)格的刀片，焊在刀體上使用。如硬質(zhì)合金端銑刀（非整體式的）5、加工范圍較廣。脆性材料、鋼材、有色金屬等均可加工。（二）分類硬質(zhì)合金分為 1、鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金YG （1）組成：WC+Co（2）常用牌號(hào)：YG3、YG6、YG8（3、6、8、代表Co含量占3%、6%、8%）當(dāng)Co的含量較多時(shí)，WC的含量較小時(shí)，則硬度較低，韌性和強(qiáng)度提高，硬度下降，耐磨性降低；反之，韌性和強(qiáng)度下降，硬度提高，耐磨性、耐熱性提高。（3）應(yīng)用： YG3（精加工） YG6（半精加工） YG8（粗加工） Co的含量 韌性 強(qiáng)度 HRC 耐磨性 Co的含量 韌性 強(qiáng)度 HRC 耐磨性

13、脆性主要用于加工鑄鐵、青銅等脆性材料，不適合加工鋼料，因?yàn)樵?40時(shí)發(fā)生嚴(yán)重粘結(jié)，使刀具磨損，耐用度下降。為了適應(yīng)各種加工情況的需要，在含Co量相同的情況下，按WC粉末的不同粒度分為粗晶粒（YG3C）、細(xì)晶粒（YG3X）、中間晶粒（YG3）。一般硬質(zhì)合金為中間晶粒。2、鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金（YT）（1）組成：硬質(zhì)相（WC+TiC）+粘結(jié)相（Co）（2）常用牌號(hào)：YT5、YT14、YT15、YT30（數(shù)字表示TiC的百分含量）（3）應(yīng)用：YT5（粗加工） YT14、YT15（半精加工） YT30（精加工） TiC含量 硬度 耐磨性 脆性 韌性 TiC含量 硬度 耐磨性 脆性 韌性 主要用于加工鋼材及

14、有色金屬，一般不用與加工含Ti的材料,如1Cr15Ni9Ti,Ti與Ti的親合力較大，使刀具磨損較快。3、添加稀有金屬硬質(zhì)合金鎢鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金（YA）和鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金（YW），是在鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金（YT）中加入TaC(NbC),可提高其抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和沖擊韌性，提高和金的高溫硬度和高溫強(qiáng)度，提高抗氧化能力和耐磨性。這類合金可以用于加工鑄鐵及有色金屬，也可用于加工鋼材，因此常成為通用硬質(zhì)合金，他們主要用于加工難加工材料。4、碳化鈦基硬質(zhì)合金（YN）這種合金有很高的耐磨性，有較高的耐熱性和抗氧化能力，化學(xué)穩(wěn)定性好，與工件材料的親合力小，抗粘結(jié)能力較強(qiáng)。主要用于鋼材、鑄鐵的精加工

15、、半精加工和粗加工。（三）涂層硬質(zhì)合金的選用涂層硬質(zhì)合金是采用韌性較好的基體（如硬質(zhì)合金刀片或高速鋼等），通過(guò)化學(xué)氣相沉積和真空濺射等方法，對(duì)硬質(zhì)合金表面涂層厚度為512m的涂層材料以提高刀具的抗磨損能力。涂層材料為T(mén)iC、TiN、Al2O3等。適合于各種鋼材、鑄鐵的半精加工和精加工，也適合于負(fù)荷較小的精加工。§1-2 其他刀具材料1、陶瓷材料主要是以氧化鋁（Al2O3）或氮化硅（Si3N4）等為主要成分，經(jīng)壓制成型后燒結(jié)而成的刀具材料。陶瓷的硬度高，化學(xué)性能穩(wěn)定，耐氧化，所以被廣泛用于高速切削加工中。但由于其強(qiáng)度低，韌性差，長(zhǎng)期以來(lái)主要用于精加工。近幾年來(lái)采用先進(jìn)的工藝，使其抗彎強(qiáng)

16、度、抗沖擊性能有很大的提高，應(yīng)用范圍在日益擴(kuò)大。除適于一般的精加工和半精加工外，還可用于沖擊負(fù)荷下的粗加工。陶瓷刀具和傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）可加工硬度高達(dá)HRC65的高硬度難加工材料；2）可用于扒荒粗車(chē)及銑、刨等大沖擊間斷切削；3）耐用度提高幾倍至幾十倍；4）切削效率提高310倍，可實(shí)現(xiàn)以車(chē)、銑代磨。2、立方氮化硼 它是70年代才發(fā)展起來(lái)的一種人工合成的新型刀具材料。它是立方氮化硼在高溫、高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)變而成的。其硬度很高，可達(dá)80009000HV,僅次于金剛石，并具有很好的熱穩(wěn)定性，可承受1000以上的切削溫度，它的最大的優(yōu)點(diǎn)是在高溫12001300時(shí)也不會(huì)與鐵族金屬起

17、反應(yīng)。因此既能勝任淬火鋼、冷硬鑄鐵的粗車(chē)和精車(chē)，又能勝任高溫合金、熱噴涂材料、硬質(zhì)合金及其他難加工材料的高速切削。3、金剛石 分為人造和天然兩種，是目前已知最硬的，硬度約為HV10000,故其耐磨性好，不足之處是抗彎強(qiáng)度和韌性差，對(duì)鐵的親和作用大，故金剛石刀具不能加工黑色金屬，在800時(shí)，金剛石中的碳與鐵族金屬發(fā)生擴(kuò)散反應(yīng)，刀具急劇磨損。金剛石價(jià)格昂貴，刃磨困難，應(yīng)用較少。主要用作磨具及磨料，有時(shí)用于修整砂輪。課后作業(yè)：課后習(xí)題第一章 （1）、（2）、（3）、（4）、(5)、(6)第二章 刀具基本定義【內(nèi)容提要】    本章主要介紹切削運(yùn)動(dòng)及形成的表面、

18、刀具幾何角度、機(jī)動(dòng)時(shí)間、金屬切除率的基本概念；明確切削用量要素和切削層參數(shù)；常用刀具靜止和工作狀態(tài)下的特點(diǎn)及應(yīng)用知識(shí)?！灸康囊蟆?、明確基本概念，會(huì)畫(huà)刀具圖，能看懂刀具圖；2、會(huì)根據(jù)加工具體情況判斷刀具靜止和工作狀態(tài)下的幾何角度、切削用量以及切削層參數(shù)；3、試根據(jù)加工具體情況正確選擇和確定刀具幾何角度、切削用量以及切削層參數(shù)?！颈菊聝?nèi)容】第一次課§2-1 切削運(yùn)動(dòng)及形成表面一、切削運(yùn)動(dòng)金屬切削運(yùn)動(dòng)，是指刀具從工件表面上切除多余的金屬層，并形成合乎要求的表面（即合乎精度、形狀、表面質(zhì)量上的要求）的運(yùn)動(dòng)。切削時(shí)，通常切削運(yùn)動(dòng)按其所起的作用可分為兩種:主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。如圖。1、主運(yùn)動(dòng)：

19、指切削過(guò)程中速度最高、消耗功率最多的運(yùn)動(dòng)。比如：車(chē)削外圓時(shí)工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刨削平面時(shí)刀具直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)有刀具或工件來(lái)完成，其形式可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)，但每種切削加工方法的主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)。主運(yùn)動(dòng)的速度即為切削速度，用Vc表示，單位是m/min或m/s。值得注意的是以后一提到切削速度就知道是主運(yùn)動(dòng)的速度。2、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：是新的金屬層不斷投入切削的運(yùn)動(dòng)。表示方法： （1）進(jìn)給速度（mm/min或mm/s）（2）進(jìn)給量f (單位mm/r)表示。在生產(chǎn)實(shí)際中，有時(shí)將進(jìn)給運(yùn)動(dòng)稱為走刀運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給量稱為走刀量。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度和消耗的功率都要比主運(yùn)動(dòng)小得多。比如：車(chē)削外圓時(shí)車(chē)刀的縱向連續(xù)直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；刨削

20、平面時(shí)工件的間歇直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)形式可以是直線運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或兩者的組合，也可以是連續(xù)的或是斷續(xù)的。有工件或刀具來(lái)完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，但進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可能不止一個(gè)。3、合成切削運(yùn)動(dòng)進(jìn)行切削時(shí)，主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行。對(duì)于刀具切削刃上的一點(diǎn)來(lái)說(shuō)都是做的合成切削運(yùn)動(dòng)。假如A點(diǎn)，相對(duì)于工件有一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又相對(duì)工件作了一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)，那么A點(diǎn)的合成切削運(yùn)動(dòng)速度用Ve表示，即 Ve=Vc+Vf （是矢量相加，而不是大小相加）由于=n/1000,切削刃上各點(diǎn)速度不等，由此可推出合成切削速度在各點(diǎn)上的大小和方向也不相等。對(duì)于外圓車(chē)刀來(lái)講，直徑d大的地方合成速度也大。二、工件上的幾個(gè)表面1、 待加工表面：即將

21、被切除的表面；2、 加工表面：切削刃正在切削的表面；3、 已加工表面：切削后形成的新表面。切屑：在刀刃的作用下離開(kāi)工件母體的金屬或者說(shuō)被切下的金屬。（本節(jié)掌握：主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和合成切削運(yùn)動(dòng)的概念）§2-2 刀具切削部分幾何角度 同學(xué)們想一想，為什么要以外圓車(chē)刀為例？切削刀具的種類繁多，形狀各異。但從切削部分的幾何特征上看，卻具有共性。外圓車(chē)刀切削部分的基本形態(tài)可作為其他各類刀具的切削部分的基本形態(tài)。因此外圓車(chē)刀可以看是其他各類刀具的演變，都是在這個(gè)基本形態(tài)上演變出各自的特點(diǎn)，所以本節(jié)以外車(chē)刀切削部分為例，給出刀具幾何參數(shù)方面的有關(guān)定義。一、外圓車(chē)刀切削部分的組成車(chē)刀由刀桿和刀頭組成

22、，也就是導(dǎo)體和切削部分。刀體用于安裝切削部分用于進(jìn)行金屬切削加工。切削部分的組成： 1、前刀面Ar:切屑流經(jīng)的刀面 。2、后刀面A：與加工表面相對(duì)的刀面 。3、副后刀面A:與已加工表面相對(duì)的刀面。4、 主切削刃S：前后刀面的交線。負(fù)擔(dān)主要的切削工作。也稱主刀刃。5、 副切削刃S:前面與副后刀面的交線。只參加少量的切削，形成已加工表面。也稱副刀刃。6、 刀尖：主副刀刃的交點(diǎn)。它可以是一個(gè)點(diǎn)、直線或圓弧。由此可看出：外圓車(chē)刀切削部分的特點(diǎn)是“321”；即3面2刃1尖。而切斷刀切削部分的特點(diǎn)是“432”。即4面3刃2尖。二、刀具標(biāo)注角度坐標(biāo)系 刀具要從工件上切下金屬，就必須是它具備一定的切削角度，也

23、正是由于這些角度才決定了刀具切削部分各表面的空間位置。為了確定切削部分各刀面在空間的位置，要人為的建立基準(zhǔn)坐標(biāo)系。要建立坐標(biāo)系，首先應(yīng)建立坐標(biāo)平面。以這些坐標(biāo)平面為基準(zhǔn)，建立坐標(biāo)系，平面稱為基準(zhǔn)坐標(biāo)平面?；鶞?zhǔn)坐標(biāo)平面 基面Pr 二者以切削速度Vc為依據(jù) 切削平面Ps 在建立基準(zhǔn)坐標(biāo)平面以前，首先要做兩點(diǎn)假設(shè)： （1）假設(shè)主運(yùn)動(dòng)方向垂直于車(chē)刀刀桿底面；（2）假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向平行于車(chē)刀刀桿底面。有了這兩點(diǎn)假設(shè)，我們就好定義基準(zhǔn)坐標(biāo)平面了。（1）基面Pr：過(guò)切削刃上的選定點(diǎn)，垂直于切削速度方向的平面。特點(diǎn)：Vc相切于外圓，則Pr刀桿底面。進(jìn)給方向在Pr內(nèi)。（2）切削平面Ps：過(guò)切削刃上的選定點(diǎn)，包括

24、切削刃或切于切削刃（曲面刃）且垂直于基面Pr的平面。特點(diǎn)：Ps刀桿底面，Vc方向在Ps內(nèi)。PsPr。Vf不垂直于Ps。 考慮問(wèn)題：分析切斷刀的基面Pr和切削平面Ps。為了能清楚的表達(dá)切削部分的空間幾何角度，人為的建立起空間坐標(biāo)系。 主剖面系 最常用 空間坐標(biāo)系 法剖面系較常用 進(jìn)給、切深剖面系較常用 最大前角、最小后角剖面系少用下面先學(xué)習(xí)主剖面參考系（一）主剖面參考系（Pr-Ps-Po）主剖面參考系包括基面Pr、切削平面Ps：基準(zhǔn)坐標(biāo)平面主剖面Po：測(cè)量平面Pr和Ps的概念已講過(guò)，這里主要講主剖面Po：（1）概念：過(guò)切削刃上選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面，或者說(shuō)垂直于切削刃在基

25、面Pr上的投影。（2）特點(diǎn)：PoPsPr Po包含切削速度Vc的方向。通過(guò)以上分析我們知道，用坐標(biāo)平面和測(cè)量平面與刀具各刀面間形成相應(yīng)的角度，從而可以確定各刀面在空間的位置。例：前刀面Ar的位置是由前刀面Ar和基面Pr在主剖面Po內(nèi)形成的角度確定；后刀面A由后刀面A與切削平面在主剖面Po內(nèi)形成的角度確定。（本次課還需掌握外圓車(chē)刀切削部分的組成；掌握主剖面參考系中基面、切削平面以及主剖面的概念及特點(diǎn)。）課后作業(yè)：課后習(xí)題第二章：（1）、（2）、（3）第二次課（二）主剖面參考系中表達(dá)的角度在主剖面系中，刀具的標(biāo)注角度有六個(gè)：r、r、o 、o 、o和s 。下面我們逐一討論。1）在基面Pr內(nèi)度量的角度

26、（俯視圖，讓刀具投影到基面上）主偏角r：在基面Pr內(nèi)，切削刃與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向間的夾角；副偏角r：在基面Pr內(nèi)，副切削刃與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向間的夾角；刀尖角r：r=180o-（r + r），是函數(shù)角；2）在主剖面Po內(nèi)度量的角度（O-O 剖面Po內(nèi)）前角o：在主剖面Po內(nèi)，前面與基面Pr之間的夾角；前角o的正負(fù)的判定：前面高于基面Pr時(shí)為負(fù)；前面低于基面Pr時(shí)為正；前面與基面Pr重合時(shí)為零。后角o：在主剖面Po內(nèi)，后面與切削平面Ps間的夾角；楔角o：在主剖面Po內(nèi)，前、后面間的夾角。o=90o-(o+o)；是一個(gè)函數(shù)角；3）在副剖面Po內(nèi)度量的角度（O-O剖面Po內(nèi)）副后角o：在剖面Po內(nèi)，副后面與副

27、切削平面Ps間的夾角;副前角o：在剖面Po內(nèi)，基面Pr與前面間的夾角;補(bǔ)充說(shuō)明：副切削刃同主切削刃一樣，也可以建立副切削平面Ps、副基面Pr、副剖面Po，此時(shí)是在副切削刃上找一任意選定點(diǎn)。4）在切削平面Ps內(nèi)度量的角度（刀具在切削平面Ps內(nèi)投影）刀具在切削平面Ps內(nèi)投影，就相當(dāng)于在車(chē)刀的后面有一個(gè)平面，這個(gè)平面與切削平面Ps平行，然后將車(chē)刀投影在這個(gè)平面內(nèi)。刃傾角s：在切削平面Ps內(nèi)，切削刃與基面Pr間的夾角；刃傾角s正負(fù)的判定：以刀尖點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)刀尖點(diǎn)是刀刃的最高點(diǎn)，則刃傾角s為正；刀尖點(diǎn)是刀刃的最低點(diǎn)，則刃傾角s為負(fù)；刀刃與基面重合或平行，則刃傾角s為零；以上四點(diǎn)，分別闡述了在主剖面系中四個(gè)

28、平面即基面Pr、主剖面Po、副剖面Po、切削平面Ps內(nèi)要度量的角度。由于主刀刃與副刀刃在一個(gè)前面上，當(dāng)前角o和刃傾角s確定時(shí)，副前角o也就確定了，因此它是函數(shù)角，不做標(biāo)注。對(duì)于一把外圓車(chē)刀，在主剖面系中要表達(dá)的有： 在基面Pr內(nèi)主偏角r 、副偏角r 6個(gè)獨(dú)立的角度 在主剖面Po內(nèi)前角o、后角o（做標(biāo)注） 在副剖面Po內(nèi)副后角o 在切削平面Ps內(nèi)刃傾角s2個(gè)函數(shù)角 在基面Pr內(nèi)刀尖角r（不做標(biāo)注） 在主剖面Po內(nèi)楔角o思考題主刀刃、前面、后面和副后面的空間位置由哪幾個(gè)角度表達(dá)出來(lái)？主刀刃主偏角r和刃傾角s；前 面前角o；后 面主偏角r和后角o；副后角副偏角r和副后角o 。（掌握：六個(gè)獨(dú)立的幾何角

29、度的定義。）（三）法剖面參考系（Pr-Ps-Pn）法剖面參考系輔助刀具的設(shè)計(jì)、制造和切削性能分析。1、法剖面Pn：指過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)與主切削刃相垂直的平面。特點(diǎn)：Pn主切削刃。2、法剖面參考系中度量的角度：（1）在基面Pr內(nèi)度量的角度主偏角r 、副偏角r，在切削平面Ps內(nèi)度量的角度刃傾角s與主剖面系完全相同。（2）在法剖面Pn內(nèi)度量的角度：在主切削刃上選定點(diǎn)，作出法剖面法前角n：前面與基面Pr間的夾角，其正負(fù)判別方法與前角o相同。法后角n：主后面與切削平面Ps間的夾角。法剖面Pn與主剖面Po間的夾角為刃傾角s ，當(dāng)s=0時(shí)，法剖面Pn與主剖面Po重合。（四）進(jìn)給、切深剖面參考系（Pr - P

30、s - Pf - Pp）進(jìn)給、切深剖面參考系（Pr-Ps-Pf-Pp）輔助刀具的設(shè)計(jì)、制造和刃磨。1、進(jìn)給剖面Pf：指過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)，垂直與基面并平行于假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的平面。特點(diǎn)：PfPr，Pf假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向。2、切深剖面Pp:指過(guò)主刀刃上選定點(diǎn)，并垂直與基面Pr和進(jìn)給剖面Pf的平面。特點(diǎn)：PpPrPf。3、進(jìn)給、切深剖面參考系中度量的角度：（1）在基面Pr內(nèi)度量的角度主偏角r 、副偏角r，在切削平面Ps內(nèi)度量的角度刃傾角s與主剖面系完全相同。（）在進(jìn)給剖面Pf內(nèi)度量的角度進(jìn)給前角：前面與基面Pr間的夾角，其正負(fù)判別方法與前角o相同。進(jìn)給后角：主后面與切削平面Ps間的夾角。（）在切深剖

31、面Pp內(nèi)度量的角度切深前角：前面與基面Pr間的夾角，其正負(fù)判別方法與前角o相同。切深后角：主后面與切削平面Ps間的夾角。（要求：理解法剖面系和進(jìn)給、切深剖面系中的角度、平面定義。）小結(jié)：主剖面參考系中表達(dá)的角度有六個(gè)：r、r、o 、o 、o和s 法剖面參考系中度量的角度有六個(gè)：r、r、n 、n、n和s 進(jìn)給、切深剖面參考系中度量的角度有七個(gè)：r、r、和s 課后作業(yè)：課后習(xí)題第二章 （5）、（6）第三次課四、刀具工作角度上面講到的刀具標(biāo)注角度，是在忽略進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，而且刀具又按特定條件安裝的情況下給出的。刀具在工作狀態(tài)下的切削角度，即刀具的工作角度，應(yīng)該考慮包括進(jìn)給運(yùn)動(dòng)在內(nèi)的合成切削運(yùn)動(dòng)和刀具

32、的實(shí)際安裝情況。下面來(lái)學(xué)習(xí)兩個(gè)概念1）工作基面Pre：過(guò)切削刃上選定點(diǎn)，垂直于合成切削運(yùn)動(dòng)Ve方向的平面。 特點(diǎn)：PreVe2）工作切削平面Pse：過(guò)切削刃上選定點(diǎn)，包含切削刃并垂直于工作基面Pre的平面。特點(diǎn)：合成運(yùn)動(dòng)速度Ve在工作切削平面Pse內(nèi)，PrePse 。（一） 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具幾何角度的影響：1、橫向進(jìn)給在進(jìn)給剖面內(nèi)，(也是在主剖面內(nèi))工作進(jìn)給前角 fe工作進(jìn)給后角 fePre與Pr在Pf內(nèi)的夾角。 f從圖中我們可看出，工作基面與工作切削平面相對(duì)與基面和切削平面均轉(zhuǎn)過(guò)角度f(wàn)，從而改變了刀具的工作角度，在實(shí)際工作中起作用的是工作進(jìn)給前角fe和工作進(jìn)給后角fe。工作進(jìn)給前角 fe=oe

33、=f+f (增大)工作進(jìn)給后角 fe=oe=f -f （減小）如果讓工件旋轉(zhuǎn)一周，那末進(jìn)給量為f，則以f和dw分別為直角邊可以得到一個(gè)三角形，其有一夾角為f，則分析：當(dāng)采用自動(dòng)進(jìn)給切斷時(shí)，1）進(jìn)給量一定，工件直徑不斷減小，甚至為零，那么f（o）不斷增大，結(jié)果fe=f -f有可能為負(fù)值；可以說(shuō)在直徑很小時(shí)，并非是切斷，而是后刀面的擠斷。2）為避免fe=f-f<0，對(duì)切斷刀的后角應(yīng)采用較大值，并在切斷終了時(shí)，采用減小進(jìn)給量的辦法。2、縱向進(jìn)給前面我們學(xué)習(xí)了切斷刀的橫向進(jìn)給情況，外圓車(chē)刀不同于切斷刀，它進(jìn)行縱向進(jìn)給，下面我們以外圓車(chē)刀為例來(lái)分析一下縱向進(jìn)給時(shí)對(duì)刀具幾何角度的影響。首先畫(huà)出進(jìn)給剖

34、面F-F，分析切削速度Vc和合成切削速度Ve，找到各面Pr、Pre、Ps和Pse，得到相應(yīng)的f、f、fe、fe、f等，那末在進(jìn)給剖面F-F內(nèi)，由圖可得工作進(jìn)給前角 fe=f+f (增大)工作進(jìn)給后角 fe=f-f （減?。┤绻尮ぜD(zhuǎn)一周，那末進(jìn)給量為f，則以f和dw分別為直角邊可以得到一個(gè)三角形，其有一夾角為f，則如果我們想知道主剖面O-O內(nèi)刀具工作角度的大小，該如何去換算他呢？作主剖面O-O，首先得基面Pr和切削平面Ps，然后過(guò)B點(diǎn)做主刀刃的平行線，得C點(diǎn)。這樣工件轉(zhuǎn)過(guò)一周dw，在主剖面O-O內(nèi)刀尖進(jìn)給AC，那么Pre、Pse面相應(yīng)找到，也就相應(yīng)有oe、o、oe、o、o角，由圖可知：工作

35、前角 oe=o+o (增大)工作后角 oe=o-o （減?。┮话阃鈭A車(chē)刀的o值較小，o3040，可忽略不計(jì)。但車(chē)削螺紋時(shí)，尤其是大導(dǎo)程或多頭螺紋時(shí)，o的值很大，不能忽略。（二）刀具安裝位置對(duì)刀具工作的影響1、刀具安裝高、低的影響在安裝刀具時(shí)，刀尖有可能高于工件中心，有可能低于工件中心。首先來(lái)看高于中心時(shí)的情況。設(shè)刀具s=0，以外圓車(chē)刀為例，AB、AC都投影在刀桿底面上。在切深剖面Pp內(nèi)，工作基面Pre與基面Pr間的夾角為p，為計(jì)算方便做小三角形。在這里有幾點(diǎn)假設(shè)：（1）刀尖高于工件中心值h(mm);（2）不計(jì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度的大小Vf=0；（3）s=0所以有由圖可知 工作切深前角 pe=p+p (

36、增大)在切深剖面Pp內(nèi) 工作切深后角 pe=p-p （減?。┰谥髌拭鍻-O內(nèi) 工作前角 oe=o+o (增大)工作后角 oe=o-o （減?。?duì)于刀具刀尖位置低于工件中心時(shí)的情況，作為思考題留給大家，下次課提問(wèn)。2、刀桿軸線安裝不垂直與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的影響 在基面內(nèi)，若刀桿軸線在安裝時(shí)，不垂直與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向，刀桿軸線的垂線與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角為，使刀具工作主、副偏角發(fā)生變化。如圖。（1）車(chē)外圓時(shí) （2）加工錐面時(shí)re=r +G re=r-Gre=r-G re=r+G注：在標(biāo)注角度時(shí)，認(rèn)為刀桿軸線與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向垂直。課后作業(yè)：課后習(xí)題第二章 （4）、（7）第四次課復(fù)習(xí)一次課內(nèi)容：刀具標(biāo)注角度：不計(jì)

37、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，刀尖和工件軸線等高；刀具工作角度：考慮包括進(jìn)給運(yùn)動(dòng)在內(nèi)的合成切削運(yùn)動(dòng)和刀具的實(shí)際安裝情況，即刀尖高于或低于工件中心的情況。（1）橫向進(jìn)給對(duì)刀具工作角度的影響（切斷刀）在進(jìn)給剖面內(nèi)，也是在主剖面內(nèi) 工作進(jìn)給前角 fe =oe =f+f (增大)工作進(jìn)給后角 fe =oe =f-f （減小）（2）縱向進(jìn)給對(duì)刀具工作角度的影響（外圓車(chē)刀；設(shè)刀具s=0）在進(jìn)給剖面F-F內(nèi) 工作進(jìn)給前角 fe =f+f (增大)工作進(jìn)給后角 fe =f-f （減?。┰谥髌拭鍻-O內(nèi) 工作前角 oe =o+o (增大)工作后角 oe =o-o （減小）（3）在安裝刀具時(shí)，刀尖高于工件中心（外圓車(chē)刀；設(shè)刀具s=0

38、）在切深剖面Pp內(nèi) 工作切深前角 pe =p+p (增大) 工作切深后角 pe =p-p （減?。┰谥髌拭鍻-O內(nèi) 工作前角 oe =o+o (增大) 工作后角 oe =o-o （減?。?）在安裝刀具時(shí)，刀尖低于工件中心（外圓車(chē)刀；設(shè)刀具s=0） 在切深剖面Pp內(nèi) 工作切深前角 pe =p-p (減小) 工作切深后角 pe =p+p （增大）在主剖面O-O內(nèi) 工作前角 oe =o-o (減小) 工作后角 oe =o+o （增大）（5）車(chē)右旋螺紋時(shí)左刀刃 工作前角 feL = f 工作后角 feL = fL-f右刀刃 工作前角 feR= -f 工作后角 feR=fR+f 思考：車(chē)左旋螺紋時(shí)，工

39、作角度有何影響？§2-3 切削用量與切削方式一、切削要素切削要素分為兩大類：切削用量要素和切削層橫截面要素。（一）切削用量要素切削用量是用于表示主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和切入量參數(shù)的數(shù)量，指切削速度Vc、進(jìn)給量f和切削深度ap這三個(gè)要素。三者要根據(jù)不同的工件材料、加工性質(zhì)和刀具材料來(lái)選擇，主要用于調(diào)整機(jī)床，編制工藝路線。1、切削速度Vc切削速度Vc指刀具切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的速度。Vc = dw n/1000（mm/min）式中d完成主運(yùn)動(dòng)的刀具或工件的最大直徑（mm）；n_主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速（r/min或r/s）例：外圓車(chē)刀車(chē)削外圓時(shí)，工件的旋轉(zhuǎn)速度；刨刀刨削平面時(shí)，刨刀的直線運(yùn)動(dòng)速

40、度；鉆床上鉆孔時(shí)，麻花鉆的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度；等等。2、進(jìn)給量f進(jìn)給量是指工件或刀具的主運(yùn)動(dòng)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)（或每一行程時(shí)），刀具切削刃相對(duì)于工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的移動(dòng)量。例如：車(chē)削時(shí)的進(jìn)給量是指工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，切削刃沿進(jìn)給方向的移動(dòng)量。（mm/r）進(jìn)給速度Vf ：指切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。Vf = nf (mm/min或mm/s)3、切削深度ap切削深度ap是指在基面Pr上，垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向測(cè)量的切削層尺寸。車(chē)削時(shí)：ap =（dw-dm）/2 （實(shí)質(zhì)為半徑之差）（工件表面之間的垂直距離）式中dw工件待加工表面直徑； dm工件已加工表面直徑；（二）切削層橫截面要素（在基面中度量）切削層指

41、切削刃移動(dòng)一個(gè)進(jìn)給量所切除的這一層金屬。切削層的形狀與尺寸直接影響切削變形、刀具切削部分所承受的負(fù)載和切削的形狀和尺寸。1、切削厚度hD指在基面內(nèi)垂直于加工表面度量的切削層尺寸。 切削刃為圓弧刃時(shí)，hD處處不等。2、切削寬度bD 指在基面內(nèi)沿著加工表面度量的切削層尺寸。 當(dāng)r =90º時(shí)，hD =bD；切削寬度是切削刃和加工表面的接觸長(zhǎng)度在基面上的投影。當(dāng)s=0，為切削刃的實(shí)際長(zhǎng)度。 由于切削厚度hD表明切削層的厚度，而切削寬度bD反映了切削層的長(zhǎng)度。因而用切削厚度hD和切削寬度bD比用進(jìn)給量f和切削深度ap更能反映切削斷面形狀的特性。3、切削層橫截面積AD 指基面與切削層相截的面積

42、。AD = hDbD = fap ( mm2) 二、切削方式自由切削：指只有一條直線切削刃參加工作的切削；非自由切削：指曲線切削刃后主、副切削刃同時(shí)參加工作的切削。直角切削：切削速度方向與切削主刀刃相垂直的切削；斜角切削：刃傾角s不為零的刀具進(jìn)行的切削。三、機(jī)動(dòng)時(shí)間和金屬切除率1、機(jī)動(dòng)時(shí)間tm 機(jī)動(dòng)時(shí)間tm是指刀具的切削時(shí)間，它是衡量刀具切削效率高低的一個(gè)指標(biāo)；tm =LA/(nfap) (min)式中，L刀具工作長(zhǎng)度=工件長(zhǎng)度+車(chē)刀切入、切出長(zhǎng)度；A工件半徑方向加工余量，A/ap為走刀次數(shù)；把n=1000Vc/(dw)代入上式得tm =Ldw A/(1000Vcfap) （min）2、金屬切

43、除率Qz金屬切除率Qz是指單位時(shí)間切下工件材料的體積；Qz =1000 Vcfap （mm3/min）由上兩式可以得出如下結(jié)論：在Vc、f和ap三要素中，提高任何一個(gè)都可縮短機(jī)動(dòng)時(shí)間tm，增大金屬切除率Qz，提高切削效率。課后作業(yè)：課后習(xí)題第二章 （8）、（9）第三章 金屬切削基本理論【內(nèi)容提要】    本章主要介紹切削力、切削熱、切削溫度、刀具磨損和刀具耐用度的基本概念；切削力、切削熱、切削溫度和刀具磨損的基本規(guī)律；應(yīng)用上述規(guī)律選擇刀具材料、幾何參數(shù)、切削用量、切削液和控制切屑的原則和方法。【目的要求】1、了解與掌握金屬切削過(guò)程的基本物理現(xiàn)象及其變化規(guī)

44、律；2、能根據(jù)具體加工情況正確計(jì)算切削力、刀具耐用度以及一定刀具耐用度所允許的切削速度。3、能根據(jù)具體加工情況正確選擇和確定刀具材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量等；【本章內(nèi)容】 第一次課 金屬切削理論是從生產(chǎn)實(shí)際和切削實(shí)驗(yàn)中得來(lái)的，總結(jié)了關(guān)于金屬切削過(guò)程中的基本物理現(xiàn)象及其變化規(guī)律。這些基本物理現(xiàn)象包括：切削變形、切削力、切削溫度和刀具磨損等。為了提高切削加工的生產(chǎn)率，降低加工成本，保證質(zhì)量，我們來(lái)學(xué)習(xí)和掌握這些規(guī)律。§3-1 切削變形一、切屑的基本形態(tài)金屬切削時(shí)，由于切削用量和刀具幾何參數(shù)的不同，會(huì)出現(xiàn)各種不同形態(tài)切屑。從變形角度考慮，切屑的形態(tài)歸納為四種基本形態(tài)。1、帶狀切屑：切屑呈

45、連續(xù)狀，與前面接觸的底層光滑，背面成毛茸狀。一般在加工塑性材料，采用大的前角、小的切削厚度、高的切削速度時(shí)形成。變形較小，是比較常見(jiàn)的切屑。2、節(jié)狀切屑（擠裂狀切屑）切屑背面呈鋸齒形，底層有時(shí)有裂紋，切削層變形大，加工硬化嚴(yán)重，使某一局部的應(yīng)力達(dá)到材料的強(qiáng)度極限，從而出現(xiàn)裂紋。加工塑性材料，采用小的前角、小的切削速度會(huì)形成此類切屑。3、單元狀切屑切削塑性很大的材料，發(fā)生強(qiáng)度破壞嚴(yán)重，變性大，切削力大，切削功率大。切屑與前面發(fā)生粘結(jié)，變形充分，使材料達(dá)到斷裂極限，形成很大的變形單元。4、崩碎狀切屑切削脆性材料，形狀為片狀或粒狀切屑。工件材料愈硬，刀具前角愈小，愈容易形成此類切屑。由上述介紹可知，

46、帶狀切屑形成時(shí)，切削力變化較小，切削穩(wěn)定，已加工表面質(zhì)量好；節(jié)狀和單元狀切屑形成時(shí)切削力有較大的波動(dòng)，尤其是單元狀切屑，在其形成過(guò)程中可能產(chǎn)生振動(dòng)影響加工質(zhì)量；在切屑鑄鐵時(shí)，由于所形成的崩碎狀切屑是經(jīng)石墨邊界處崩裂的，加工表面質(zhì)量下降。二、切屑與已加工表面的形成（一）切屑的形成及三個(gè)變形區(qū)1、設(shè)切削層厚度，寬度，以切削速度向刀具接近。從OA線開(kāi)始發(fā)生塑性變形，到OM線剪切滑移基本完成。形成AOM塑性變形區(qū)。塑性變形的主要特點(diǎn)是晶格間的剪切滑移，因此又稱為剪切區(qū)或第一變形區(qū)。2、當(dāng)切屑以速度沿前面流出時(shí)，進(jìn)一步受到前刀面的擠壓和摩擦，使靠近前刀面處的金屬纖維化，變形方向基本上與前面平行（即為晶格

47、變形方向）。由于該變形主要由摩擦引起，因而又稱摩擦變形區(qū)或第二變形區(qū)。3、已加工表面受到切削刃鈍圓部分與后刀面的擠壓和摩擦，產(chǎn)生變形與回彈，造成纖維化與加工硬化，稱為第三變形區(qū)。這三個(gè)變形區(qū)匯集在切削刃附近，此處的應(yīng)力比較集中，也比較復(fù)雜，金屬的被切削層就在此處與工件本體材料分離，一部分變成切屑，很小一部分留在已加工表面上。第一變形區(qū)形成切屑，變形最大；第二變形區(qū)變形大小主要影響前面的磨損；第三變形區(qū)的滑移變形，嚴(yán)重使已加工表面產(chǎn)生變形。剪切滑移區(qū)（第一變形區(qū)）的變形機(jī)理 研究剪切滑移區(qū)的變形機(jī)理，就是看材料是在該區(qū)域內(nèi)怎樣完成變形的。以切屑為研究對(duì)象。設(shè)刀具對(duì)切屑的正壓力位Fn，摩擦力位Ff

48、，二者合力為Fr，在合理的作用下，在垂直它的橫截面上產(chǎn)生正應(yīng)力。，在與該力大致呈45º角的截面上產(chǎn)生最大剪應(yīng)力。=Fr/A， 而=。/2（1）若最大剪應(yīng)力s（材料的屈服極限）時(shí)，材料就沿剪應(yīng)力的方向滑移（沿剪切面滑移）；（2）若最大剪應(yīng)力b（材料的強(qiáng)度極限）時(shí)，材料發(fā)生剪切強(qiáng)度破壞，切屑斷裂。剪切滑移區(qū)（第一變形區(qū)）的變形過(guò)程 在切削層內(nèi)刃取一點(diǎn)P,當(dāng)點(diǎn)P為達(dá)到剪切滑移區(qū)時(shí)，只產(chǎn)生彈性變形，一旦達(dá)到該區(qū)域時(shí)，就要產(chǎn)生剪切滑移塑性變形。（1）OA線為始滑移線，OM線為終滑移線（都是等剪應(yīng)力曲線）。當(dāng)P點(diǎn)到達(dá)1點(diǎn)的位置時(shí)，剪應(yīng)力到達(dá)材料的屈服極限s，開(kāi)始產(chǎn)生剪切滑移，點(diǎn)1在向前移動(dòng)的同時(shí)

49、，也沿OA滑移，其合成運(yùn)動(dòng)將使點(diǎn)1流動(dòng)到點(diǎn)2。2-2就是滑移量。隨著滑移的產(chǎn)生，剪應(yīng)力將逐漸增加，也就是當(dāng)P點(diǎn)向1、2、3個(gè)點(diǎn)流動(dòng)時(shí)，剪應(yīng)力不斷增加，直到點(diǎn)4位置，此時(shí)其流動(dòng)方向與前面平行，不再沿OM線滑移。（2）第一變形區(qū)（OAOM之間）其變形的主要特征是：沿滑移線剪切變形，以及隨之產(chǎn)生加工硬化。（3）切削速度較高時(shí)，第一變形區(qū)較窄。一般的切削速度范圍內(nèi)，第一變形區(qū)的寬度僅約為0.20.02mm。(可用一剪切面來(lái)表示)（4）剪切面OM與切削速度間的夾角剪切角。（5）OA線上的剪應(yīng)力s；OB、OC、OM線上的剪應(yīng)力由于變形加工硬化而依次升高，在OM線達(dá)最大值max，若 max<b時(shí)，切屑

50、為帶狀； maxb時(shí)，切屑為擠裂狀；思考：1、切屑的基本形態(tài)有幾種？2、第一變形區(qū)剪切滑移的機(jī)理是什么?( s)（二）衡量變形的方法首先來(lái)看一看研究切屑變形有什么意義：切削過(guò)程是復(fù)雜的，既有剪切，又有前面對(duì)切屑的積壓和摩擦作用（第二變形區(qū)），衡量變形的方法是在純剪切的觀點(diǎn)上提出來(lái)的。因?yàn)榍行甲冃蔚拇笮?，?huì)直接影響到切削力的大小，以及切削溫度、刀具磨損等物理現(xiàn)象，所以必須研究切削變形的大小。在金屬切削過(guò)程中，切屑的變形的大小是怎樣衡量的呢？目前衡量切屑變形的方法有三種： 剪切角 變形系數(shù) 相對(duì)滑移 1、變形系數(shù)切削層經(jīng)切削成為切屑，由于變形變短、變厚。設(shè)切削層長(zhǎng)度為L(zhǎng)，切削厚度為hD，切屑長(zhǎng)度為

51、Lc,切屑厚度為hDc，那么一定是L>Lc，hDc>Hd.這說(shuō)明金屬在切削過(guò)程中確實(shí)存在著變形，與用斧子劈木頭是兩碼事，有本質(zhì)的不同，不能混為一談。設(shè)金屬在變形前后的體積不變，切削寬度bD不變（直角切削）那么hd*L*bD=hDc*Lc*bD 則 令 L/Lc=hDc/hd=1 即變形系數(shù)有著優(yōu)點(diǎn)：比較直觀地反映了變形程度，容易測(cè)量，簡(jiǎn)單可行。但也有不足，那就是精確度低。的意義：變大，變形就大，表示切除的切屑越厚越短。反之變形小。另外，的表示方法還可以用前角和剪切角來(lái)表達(dá)。（如圖）=hDc/Hd上式說(shuō)明：變形的大小與剪切角和前角有關(guān)。一般認(rèn)為前角o增大，剪切角增大則減小。但前角o一

52、定時(shí)，若剪切角增大，那么切削變形就小。2、剪切角剪切角的大小是怎樣確定的呢？上次課中知道，切削合力與切削速度間的夾角為-o，剪切角為。最大剪應(yīng)力存在的平面OM與作用力方向間的夾角約為45°，那么+-o=45° 則 =45°-（-o） 其中為摩擦角（三）第二變形區(qū)1、摩擦區(qū)的形成塑性金屬切削層材料經(jīng)第一變形區(qū)后驗(yàn)前面排出。這是由于受前面的擠壓和摩擦進(jìn)一步加劇變形，在靠近前面處形成第二變形區(qū)即摩擦區(qū)。摩擦區(qū)的特征：使切屑底層靠近前面處纖維化，流動(dòng)速度減緩，甚至?xí)谇暗睹嫔希▽?shí)質(zhì)上就是滯留層）；切屑彎曲，有摩擦而產(chǎn)生的熱量使切屑與刀具接觸面溫度升高等。滯留層的特點(diǎn)：滯留層的變形程度要比上層劇烈，約幾倍到幾十倍，厚度一般約占切屑厚度的1/81/9。2、前刀面的摩擦特性實(shí)驗(yàn)證明，在第二變形區(qū)（摩擦變形區(qū)）內(nèi)，對(duì)于塑性金屬來(lái)講，切屑與前面間的摩擦不是一般的滑動(dòng)摩擦。在摩擦區(qū)域內(nèi)分為內(nèi)摩擦和外摩擦兩部分。 粘結(jié)部分Lf1為內(nèi)摩擦；粘結(jié)部分之外Lf2為外摩擦。（1）什么是內(nèi)摩擦呢？在切削塑性金屬時(shí)，由于壓力大、溫度高，切屑的最底層金屬流動(dòng)速度很慢，甚至粘結(jié)到前面上。這一層金屬與上層金屬之間的摩擦就是內(nèi)摩擦。內(nèi)