機械制造基礎課件第三章：金屬切削原理

第3章金屬切削原理3.1金屬切削過程3.1.1切屑的形成過程圖3

-1切削過程的剪切滑移與三個變形區(qū)第3章金屬切削原理3.1金屬切削過程圖3-1切削過第3章金屬切削原理3.1.2切屑變形的表示方法（1）相對滑移（2）切削變形系數（3）剪切角圖3-2剪切變形第3章金屬切削原理3.1.2切屑變形的表示方法圖3-2第3章金屬切削原理3.1.3前刀面的摩擦與積屑瘤及鱗刺（1）前刀面的摩擦圖3-3刀-屑接觸面摩擦情況示意圖圖3-4積屑瘤

第3章金屬切削原理3.1.3前刀面的摩擦與積屑瘤及鱗刺第3章金屬切削原理3.1.4影響切削變形的因素（1）工件材料圖3-5材料強度與變形系數的關系第3章金屬切削原理3.1.4影響切削變形的因素圖3-第3章金屬切削原理（2）刀具幾何角度圖3-6前角與變形系數的關系第3章金屬切削原理（2）刀具幾何角度圖3-6前角與變形（3）切削用量第3章金屬切削原理圖3-8進給量與變形系數的關系圖3-7切削速度與變形系數的關系（3）切削用量第3章金屬切削原理圖3-8進給量與變形系第3章金屬切削原理3.1.5切屑類型與控制（1）切屑類型

根據形成機理分圖3-9切屑類型第3章金屬切削原理3.1.5切屑類型與控制圖3-9切第3章金屬切削原理

從切屑處理角度分第3章金屬切削原理從切屑處理角度分第3章金屬切削原理

圖3-10各種切屑形狀第3章金屬切削原理圖3-10各種切屑形狀第3章金屬切削原理

（2）切屑的控制圖3-11切屑的卷曲圖3-12斷屑器的斷屑第3章金屬切削原理（2）切屑的控制圖3-11切屑的第3章金屬切削原理3.2切削力3.2.1切削力的分析圖3

-13切削力的合成與分力第3章金屬切削原理3.2切削力圖3-13切削力的合第3章金屬切削原理3.2.2切削力與切削功率的計算1.切削力

經驗公式法

單位切削面積法第3章金屬切削原理3.2.2切削力與切削功率的計算第3章金屬切削原理2.功率第3章金屬切削原理2.功率第3章金屬切削原理3.2.2影響切削力的因素1.工件材料2.切削用量

3.刀具幾何參數4.其他因素圖3-14切削速度對切削力的影響（45鋼）第3章金屬切削原理3.2.2影響切削力的因素圖3-14第3章金屬切削原理

圖3-15圓弧半徑對切削力的影響圖3-16負倒棱對切削力的影響第3章金屬切削原理圖3-15圓弧半徑對切削力的影響圖第3章金屬切削原理3.3切削熱與切削溫度3.3.1切削熱的產生與傳出圖3-17切削熱的產生與傳出第3章金屬切削原理3.3切削熱與切削溫度圖3-17切第3章金屬切削原理3.3.2切削溫度的影響因素1.切削用量第3章金屬切削原理3.3.2切削溫度的影響因素第3章金屬切削原理2.刀具幾何角度前角增大，使切屑變形程度減小，產生的切削熱減少，切削溫度下降。18～20度時.其對切削溫度的影響減小。主偏角減小，使切削寬度增大，散熱面積增加，故切削溫度下降。3.工件材料

第3章金屬切削原理2.刀具幾何角度第3章金屬切削原理圖3-18不同切削速度下各種材料的切削溫度第3章金屬切削原理圖3-18不同切削速度下各種材料的第3章金屬切削原理4.刀具磨損刀具后刀面磨損量增大，切削溫度升高；磨損量達到一定值后，對切削溫度的影響加劇;切削速度愈高，刀具磨損對切削溫度的影響就愈顯著。

5.切削液

第3章金屬切削原理4.刀具磨損3.3.3切削溫度的分布

第3章金屬切削原理圖3-19切削溫度分布3.3.3切削溫度的分布第3章金屬切削原理圖3-19第3章金屬切削原理3.4刀具磨損與破損及使用壽命3.4.1刀具磨損形態(tài)1.前刀面磨損2.后刀面磨損3.邊界磨損圖3-20刀具磨損形態(tài)第3章金屬切削原理3.4刀具磨損與破損及使用壽命圖3-第3章金屬切削原理第3章金屬切削原理第3章金屬切削原理

圖3-21刀具磨損測量第3章金屬切削原理圖3-21刀具磨損測量第3章金屬切削原理3.4.2刀具磨損的原因1.磨料磨損2.粘結磨損3.擴散磨損

4.化學磨損3.4.3磨損過程與磨鈍標準1.磨損過程2.磨鈍標準圖3-22刀具磨損過程第3章金屬切削原理3.4.2刀具磨損的原因圖3-22第3章金屬切削原理3.4.2刀具磨損的經驗公式1.切削速度與耐用度關系2.進給量和背吃刀量與耐用度關系第3章金屬切削原理3.4.2刀具磨損的經驗公式第3章金屬切削原理

3.5改善工件材料的切削加工性3.5.1工件材料的切削加工性1.概述工件材料的切削加工性是指材料被切削加工成合格零件的難易程度。某種材料加工的難易，不僅取決于材料本身，還取決于具體的加工要求及切削條件。2.衡量指標（1）以刀具使用壽命來衡量；（2）以切削速度來衡量；（3）以切削力或切削溫度來衡量；（4）以已加工表面質量來衡量；（5）以斷屑性能來衡量。第3章金屬切削原理3.5改善工件材料的切削加工第3章金屬切削原理

3.相對切削加工性表3-3相對切削加工性等級第3章金屬切削原理3.相對切削加工性表第3章金屬切削原理

4.影響因素（1）材料的物理力學性能見表3-4（2）材料的化學成分碳合金元素（3）材料的金相組織珠光體、馬氏體（硬度高）第3章金屬切削原理4.影響因素第3章金屬切削原理表3-4工件材料切削加工性分級表第3章金屬切削原理表3-4工件材料切削加工性分級表第3章金屬切削原理

5.常用金屬材料的切削加工性（1）有色金屬（2）鑄鐵鑄鐵組織及其加工性見教材表2-3。（3）結構鋼常用的結構鋼的切削加工性見教材表2-4。（4）難加工材料難加工材料的相對切削加工性表見教材表2-5。第3章金屬切削原理5.常用金屬材料的切削加第3章金屬切削原理

圖3-23影響切削加工性的因素及其相互關系第3章金屬切削原理圖3-23影響切削加工性的因素及其第3章金屬切削原理3.5.2改善切削加工性的途徑1.改善材料切削加工性的途徑（1）調整材料的化學成分；（2）進行適當的熱處理。

2.改善切削加工條件（1）選用合適的刀具材料及切削用量；（2）選用合適的設備、加工方法及輔助手段；（3）選擇切削加工性好的材料狀態(tài)。第3章金屬切削原理3.5.2改善切削加工性的途徑第3章金屬切削原理3.6切削條件的合理選擇3.6.1刀具材料的合理選擇表3-5常用的高速鋼牌號及應用范圍第3章金屬切削原理3.6切削條件的合理選擇表3-5第3章金屬切削原理

表3-6常用的硬質合金牌號及應用范圍第3章金屬切削原理表3-6常用的硬質合金牌號及應用第3章金屬切削原理表3-7幾種典型刀具材料的切削性能第3章金屬切削原理表3-7幾種典型刀具材料的切削性能第3章金屬切削原理3.6.2刀具幾何參數的合理選擇

1.前角的選擇

圖3-24前角的合理范圍第3章金屬切削原理3.6.2刀具幾何參數的合理選第3章金屬切削原理

表3-8硬質合金車刀合理前角參考值第3章金屬切削原理表3-8硬質合金車刀合理前角參考值第3章金屬切削原理

2.后角的選擇

圖3-25后角對刀具磨損的影響圖3-26后角對刀具重磨體積的影響第3章金屬切削原理2.后角的選擇圖3-25第3章金屬切削原理

表3-9硬質合金車刀合理后角參考值第3章金屬切削原理表3-9硬質合金車刀合理后角參考值第3章金屬切削原理

3.主偏角的選擇圖3-27三種常用車刀主偏角的形式第3章金屬切削原理3.主偏角的選擇圖3-27三第3章金屬切削原理

4.副偏角的選擇

表3-10車刀合理偏角參考值第3章金屬切削原理4.副偏角的選擇表3-10第3章金屬切削原理

5.刃傾角的選擇圖3-28刃傾角對刀尖強度的影響圖3-29刃傾角對排屑方向的影響第3章金屬切削原理5.刃傾角的選擇圖3-28第3章金屬切削原理3.6.3切削用量的合理選擇

1.粗加工選擇的基本原則2.精加工選擇的基本原則第3章金屬切削原理3.6.3切削用量的合理選擇第3章金屬切削原理

表3-11硬質合金粗車外圓的進給量第3章金屬切削原理表3-11硬質合金粗第3章金屬切削原理

表3-12硬質合金半精車外圓的進給量第3章金屬切削原理表3-12硬質合金半第3章金屬切削原理3.6.4切削液的合理選擇1.從工件材料方面考慮2.從刀具方面考慮3.從加工方法方面考慮4.從加工要求方面考慮

第3章金屬切削原理3.6.4切削液的合理選擇第3章金屬切削原理表3-13切削液選用推薦表第3章金屬切削原理表3-13切削液選用推薦表第3章金屬切削原理0-干切1-潤滑性不強的水溶液2-潤滑性較好的水溶液3-普通乳化液4-極壓乳化液5-普通礦物油6-煤油7-含硫、氯等極壓切削油8-含硫氯、氯磷等的極壓切削油第3章金屬切削原理0-干切第3章金屬切削原理3.6.5刀具耐用度的合理選擇1.最大生產率耐用度2.最低成本耐用度3.最大利潤耐用度第3章金屬切削原理3.6.5刀具耐用度的合理選擇第3章金屬切削原理制定原則：（1）對于制造和刀磨都比較簡單、成本不高的刀具，耐用度可訂得低一些；反之應訂得高些。（2）對于裝卡、調整比較復雜的刀具，刀具耐用度應訂得高一些。（3）切削大型工件時，為避免在切削過程中中途換刀，刀具耐用度應訂得高一些。第3章金屬切削原理制定原則：第3章金屬切削原理3.7磨削3.7.1砂輪1.磨料2.粒度3.結合劑4.硬度5.組織表3-14常用磨料性能和適用范圍第3章金屬切削原理3.7磨削表3-14常用磨料性第3章金屬切削原理表3-15磨料粒度號和基本尺寸第3章金屬切削原理表3-15磨料粒度號和基本尺寸第3章金屬切削原理表3-16結合劑的性能和適用范圍表3-17砂輪硬度等級及代號第3章金屬切削原理表3-16結合劑的性能和適用范圍第3章金屬切削原理表3-18砂輪組織等級及選擇第3章金屬切削原理表3-18砂輪組織等級及選擇第3章金屬切削原理

6.砂輪的形狀及標志表3-19砂輪的形狀與代號第3章金屬切削原理6.砂輪的形狀表3-19第3章金屬切削原理標志第3章金屬切削原理標志第3章金屬切削原理3.7.1磨削加工類型與磨削運動

1.磨削加工類型圖3-30磨削加工類型第3章金屬切削原理3.7.1磨削加工類型與磨削運動圖第3章金屬切削原理

2.磨削運動圖3-

31磨削運動第3章金屬切削原理2.磨削運動圖3-31第3章金屬切削原理3.7.2磨削加工的特點及砂輪修整

1.磨削加工特點（1）切削刃(磨粒)不規(guī)則。（2）磨削的切削過程復雜。包含切削作用、刻劃作用和拋光作用。（3）磨削速度高、切削厚度小。（4）可以加工高硬度材料。（5）砂輪的自銳性。（6）徑向切削力大。第3章金屬切削原理3.7.2磨削加工的特點及砂輪修整第3章金屬切削原理2.砂輪的修整3.磨削用量的選擇（1）工件速度v工（2）工件縱向進給量f縱（3）工件橫向進給量f橫表3-

20各種磨削方式常用的f橫第3章金屬切削原理2.砂輪的修整表3-20各種磨第3章金屬切削原理3.1金屬切削過程3.1.1切屑的形成過程圖3

-1切削過程的剪切滑移與三個變形區(qū)第3章金屬切削原理3.1金屬切削過程圖3-1切削過第3章金屬切削原理3.1.2切屑變形的表示方法（1）相對滑移（2）切削變形系數（3）剪切角圖3-2剪切變形第3章金屬切削原理3.1.2切屑變形的表示方法圖3-2第3章金屬切削原理3.1.3前刀面的摩擦與積屑瘤及鱗刺（1）前刀面的摩擦圖3-3刀-屑接觸面摩擦情況示意圖圖3-4積屑瘤

第3章金屬切削原理3.1.3前刀面的摩擦與積屑瘤及鱗刺第3章金屬切削原理3.1.4影響切削變形的因素（1）工件材料圖3-5材料強度與變形系數的關系第3章金屬切削原理3.1.4影響切削變形的因素圖3-第3章金屬切削原理（2）刀具幾何角度圖3-6前角與變形系數的關系第3章金屬切削原理（2）刀具幾何角度圖3-6前角與變形（3）切削用量第3章金屬切削原理圖3-8進給量與變形系數的關系圖3-7切削速度與變形系數的關系（3）切削用量第3章金屬切削原理圖3-8進給量與變形系第3章金屬切削原理3.1.5切屑類型與控制（1）切屑類型

根據形成機理分圖3-9切屑類型第3章金屬切削原理3.1.5切屑類型與控制圖3-9切第3章金屬切削原理

從切屑處理角度分第3章金屬切削原理從切屑處理角度分第3章金屬切削原理

圖3-10各種切屑形狀第3章金屬切削原理圖3-10各種切屑形狀第3章金屬切削原理

（2）切屑的控制圖3-11切屑的卷曲圖3-12斷屑器的斷屑第3章金屬切削原理（2）切屑的控制圖3-11切屑的第3章金屬切削原理3.2切削力3.2.1切削力的分析圖3

-13切削力的合成與分力第3章金屬切削原理3.2切削力圖3-13切削力的合第3章金屬切削原理3.2.2切削力與切削功率的計算1.切削力

經驗公式法

單位切削面積法第3章金屬切削原理3.2.2切削力與切削功率的計算第3章金屬切削原理2.功率第3章金屬切削原理2.功率第3章金屬切削原理3.2.2影響切削力的因素1.工件材料2.切削用量

3.刀具幾何參數4.其他因素圖3-14切削速度對切削力的影響（45鋼）第3章金屬切削原理3.2.2影響切削力的因素圖3-14第3章金屬切削原理

圖3-15圓弧半徑對切削力的影響圖3-16負倒棱對切削力的影響第3章金屬切削原理圖3-15圓弧半徑對切削力的影響圖第3章金屬切削原理3.3切削熱與切削溫度3.3.1切削熱的產生與傳出圖3-17切削熱的產生與傳出第3章金屬切削原理3.3切削熱與切削溫度圖3-17切第3章金屬切削原理3.3.2切削溫度的影響因素1.切削用量第3章金屬切削原理3.3.2切削溫度的影響因素第3章金屬切削原理2.刀具幾何角度前角增大，使切屑變形程度減小，產生的切削熱減少，切削溫度下降。18～20度時.其對切削溫度的影響減小。主偏角減小，使切削寬度增大，散熱面積增加，故切削溫度下降。3.工件材料

第3章金屬切削原理2.刀具幾何角度第3章金屬切削原理圖3-18不同切削速度下各種材料的切削溫度第3章金屬切削原理圖3-18不同切削速度下各種材料的第3章金屬切削原理4.刀具磨損刀具后刀面磨損量增大，切削溫度升高；磨損量達到一定值后，對切削溫度的影響加劇;切削速度愈高，刀具磨損對切削溫度的影響就愈顯著。

5.切削液

第3章金屬切削原理4.刀具磨損3.3.3切削溫度的分布

第3章金屬切削原理圖3-19切削溫度分布3.3.3切削溫度的分布第3章金屬切削原理圖3-19第3章金屬切削原理3.4刀具磨損與破損及使用壽命3.4.1刀具磨損形態(tài)1.前刀面磨損2.后刀面磨損3.邊界磨損圖3-20刀具磨損形態(tài)第3章金屬切削原理3.4刀具磨損與破損及使用壽命圖3-第3章金屬切削原理第3章金屬切削原理第3章金屬切削原理

圖3-21刀具磨損測量第3章金屬切削原理圖3-21刀具磨損測量第3章金屬切削原理3.4.2刀具磨損的原因1.磨料磨損2.粘結磨損3.擴散磨損

4.化學磨損3.4.3磨損過程與磨鈍標準1.磨損過程2.磨鈍標準圖3-22刀具磨損過程第3章金屬切削原理3.4.2刀具磨損的原因圖3-22第3章金屬切削原理3.4.2刀具磨損的經驗公式1.切削速度與耐用度關系2.進給量和背吃刀量與耐用度關系第3章金屬切削原理3.4.2刀具磨損的經驗公式第3章金屬切削原理

3.5改善工件材料的切削加工性3.5.1工件材料的切削加工性1.概述工件材料的切削加工性是指材料被切削加工成合格零件的難易程度。某種材料加工的難易，不僅取決于材料本身，還取決于具體的加工要求及切削條件。2.衡量指標（1）以刀具使用壽命來衡量；（2）以切削速度來衡量；（3）以切削力或切削溫度來衡量；（4）以已加工表面質量來衡量；（5）以斷屑性能來衡量。第3章金屬切削原理3.5改善工件材料的切削加工第3章金屬切削原理

3.相對切削加工性表3-3相對切削加工性等級第3章金屬切削原理3.相對切削加工性表第3章金屬切削原理

4.影響因素（1）材料的物理力學性能見表3-4（2）材料的化學成分碳合金元素（3）材料的金相組織珠光體、馬氏體（硬度高）第3章金屬切削原理4.影響因素第3章金屬切削原理表3-4工件材料切削加工性分級表第3章金屬切削原理表3-4工件材料切削加工性分級表第3章金屬切削原理

5.常用金屬材料的切削加工性（1）有色金屬（2）鑄鐵鑄鐵組織及其加工性見教材表2-3。（3）結構鋼常用的結構鋼的切削加工性見教材表2-4。（4）難加工材料難加工材料的相對切削加工性表見教材表2-5。第3章金屬切削原理5.常用金屬材料的切削加第3章金屬切削原理

圖3-23影響切削加工性的因素及其相互關系第3章金屬切削原理圖3-23影響切削加工性的因素及其第3章金屬切削原理3.5.2改善切削加工性的途徑1.改善材料切削加工性的途徑（1）調整材料的化學成分；（2）進行適當的熱處理。

2.改善切削加工條件（1）選用合適的刀具材料及切削用量；（2）選用合適的設備、加工方法及輔助手段；（3）選擇切削加工性好的材料狀態(tài)。第3章金屬切削原理3.5.2改善切削加工性的途徑第3章金屬切削原理3.6切削條件的合理選擇3.6.1刀具材料的合理選擇表3-5常用的高速鋼牌號及應用范圍第3章金屬切削原理3.6切削條件的合理選擇表3-5第3章金屬切削原理

表3-6常用的硬質合金牌號及應用范圍第3章金屬切削原理表3-6常用的硬質合金牌號及應用第3章金屬切削原理表3-7幾種典型刀具材料的切削性能第3章金屬切削原理表3-7幾種典型刀具材料的切削性能第3章金屬切削原理3.6.2刀具幾何參數的合理選擇

1.前角的選擇

圖3-24前角的合理范圍第3章金屬切削原理3.6.2刀具幾何參數的合理選第3章金屬切削原理

表3-8硬質合金車刀合理前角參考值第3章金屬切削原理表3-8硬質合金車刀合理前角參考值第3章金屬切削原理

2.后角的選擇

圖3-25后角對刀具磨損的影響圖3-26后角對刀具重磨體積的影響第3章金屬切削原理2.后角的選擇圖3-25第3章金屬切削原理

表3-9硬質合金車刀合理后角參考值第3章金屬切削原理表3-9硬質合金車刀合理后角參考值第3章金屬切削原理

3.主偏角的選擇圖3-27三種常用車刀主偏角的形式第3章金屬切削原理3.主偏角的選擇圖3-27三第3章金屬切削原理

4.副偏角的選擇

表3-10車刀合理偏角參考值第3章金屬切削原理4.副偏角的選擇表3-10第3章金屬切削原理

5.刃傾角的選擇圖3-28刃傾角對刀尖強度的影響圖3-29刃傾角對排屑方向的影響第3章金屬切削原理5.刃傾角的選擇圖3-28第3章金屬切削原理3.6.3切削用量的合理選擇

1.粗加工選擇的基本原則2.精加工選擇的基本原則第3章金屬切削原理3.6.3切削用量的合理選擇第3章金屬切削原理

表3-11硬質合金粗車外圓的進給量第3章金屬切削原理表3-11硬質合金粗第3章金屬切削原理

表3-12硬質合金半精車外圓的進給量第3章金屬切削原理表3-12硬質合金半第3章金屬切削原理3.6.4切削液的合理選擇1.從工件材料方面考慮2.從刀具方面考慮3.從加工方法方面考慮4.從加工要求方面考慮

第3章金屬切削原理3.6.4切削液的合理選擇第3章金屬切削原理表3-13切削液選用推薦表第3章金屬切削原理表3-13切削液選用推薦表第3章金屬切削原理0-干切1-潤滑性不強的水溶液2-潤滑性較好的水溶液3-普通乳化液4-極壓乳化液5-普通礦物油6-煤油7-含硫、氯等極壓切削油8-含硫氯、氯磷等的極壓切削油第3