第2章金屬切削過程的基本知識(shí)-機(jī)械制造技術(shù)-教學(xué)課件

第2章金屬切削過程的基本知識(shí)

第一節(jié)金屬切削運(yùn)動(dòng)和切削要素

第二節(jié)金屬切削刀具幾何角度

第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象

第四節(jié)刀具材料

第五節(jié)切削液

第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例第七節(jié)磨削原理第2章金屬切削過程的基本知識(shí)第一節(jié)金屬切削運(yùn)動(dòng)和切削要素1第一節(jié)金屬切削運(yùn)動(dòng)和切削要素一、切削運(yùn)動(dòng)在金屬切削加工過程中，用刀具切除工件材料，刀具和工件之間必須要有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)稱為切削運(yùn)動(dòng)。依其作用的不同，切削運(yùn)動(dòng)可分為主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。1.主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)是切除多余金屬層以形成工件要求的形狀、尺寸精度及表面質(zhì)量所必須的基本運(yùn)動(dòng)，也是切削運(yùn)動(dòng)中速度最高、消耗功率最大的運(yùn)動(dòng)。在切削加工中，主運(yùn)動(dòng)只有且必須有一個(gè)。主運(yùn)動(dòng)可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(如車削、鎖削中主軸的運(yùn)動(dòng))，也可以是直線運(yùn)動(dòng)(如刨削、拉削中的刀具運(yùn)動(dòng))。如圖2-1所示。2.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是使新的金屬不斷投人切削的運(yùn)動(dòng)。它保證切削工作連續(xù)或反復(fù)進(jìn)行，從而切除切削層形成已加工表面。下一頁返回第一節(jié)金屬切削運(yùn)動(dòng)和切削要素一、切削運(yùn)動(dòng)下一頁返回2第一節(jié)金屬切削運(yùn)動(dòng)和切削要素進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度較低，消耗功率較小;進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可由刀具完成(如車削、鉆削)，也可由工件完成(如銑削);進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不限于一個(gè)(如滾齒)，個(gè)別情況也可以沒有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)(如拉削);進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是連續(xù)的(如車削)，也可以是間斷的(如刨削)。3.合成切削運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以同時(shí)進(jìn)行(車削、銑削等)，也可交替進(jìn)行(刨削等)。當(dāng)主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行時(shí)，刀具切削刃上某一點(diǎn)相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)稱為合成切削運(yùn)動(dòng)。切削加工過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，在切削過程中，工件上通常存在著三個(gè)不斷變化的切削表面，如圖2-2所示。已加工表面:工件上經(jīng)刀具切削后形成的表面。待加工表面:工件上有待切削金屬層的表面。過渡表面:已加工與待加工表面間的切削刃正在切除的表面。上一頁下一頁返回第一節(jié)金屬切削運(yùn)動(dòng)和切削要素進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度較低，消耗功率較小3第一節(jié)金屬切削運(yùn)動(dòng)和切削要素在切削過程中，切削刃相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的軌跡面，就是工件上的過渡表面和已加工表面。這里有兩個(gè)要素，一是切削刃，二是切削運(yùn)動(dòng)。不同形狀的切削刃與不同的切削運(yùn)動(dòng)組合，即可形成各種工件表面，如圖2-3所示。二、切削用量在切削加工過程中，需要針對(duì)不同的工件材料、刀具材料和其他技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求來選定適宜的切削速度vc、進(jìn)給量f和背吃刀量aD。切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量通常稱為切削用量三要素。1.切削速度vc切削速度vc是切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的線速度，單位為m/s(或m/min)。車削時(shí)切削速度計(jì)算式為 (2-1)n--主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速(r/s或r/min);d--刀具或工件的最大直徑(mm)。上一頁下一頁返回第一節(jié)金屬切削運(yùn)動(dòng)和切削要素在切削過程中，切削刃相對(duì)于工件4第一節(jié)金屬切削運(yùn)動(dòng)和切削要素2.進(jìn)給量f進(jìn)給量f是當(dāng)主運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀具(或工件)沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的位移量，單位為mm/r。進(jìn)給量的大小也反映r進(jìn)給速度vf(單位為mm/min)的大小，關(guān)系為vf=nf (2-2)3.背吃刀量aD對(duì)車削和刨削加工來說，背吃刀量aD，是工件上待加工表面和已加工表面間的垂直距離。外圓車削的背吃刀量為aD=(dw-dm)/2 (2-3)dw--待加工表面直徑(mm);dm--已加工表面直徑(mm)。4.合成運(yùn)動(dòng)速度ve在主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行的情況下，切削刃上任一點(diǎn)的實(shí)際切削速度是它們的合成速度ve，即上一頁下一頁返回第一節(jié)金屬切削運(yùn)動(dòng)和切削要素2.進(jìn)給量f上一頁下一頁返回5第一節(jié)金屬切削運(yùn)動(dòng)和切削要素ve=vc+vf (2-4)1.切削厚度hD切削厚度hD是指垂直于過渡表面度量的切削層尺寸。hD的大小反映了切削刃單位長度上的工作負(fù)荷。由圖2-4可知 (2-5)2.切削寬度bD切削寬度bD是指沿過渡表面度量的切削層尺寸。bD的大小反映了切削刃參加切削的長度)由圖2-4可知 (2-6)可見aD越大，bD越寬。

上一頁下一頁返回第一節(jié)金屬切削運(yùn)動(dòng)和切削要素6第一節(jié)金屬切削運(yùn)動(dòng)和切削要素3.切削面積AD切削面積AD是指在切削層尺寸平面里度量的橫截面積。由圖2-4可知AD=hDbD=aDf (2-7)在切削加工中，切削參數(shù)的選擇對(duì)工件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和切削過程有著重要的影響。上一頁返回第一節(jié)金屬切削運(yùn)動(dòng)和切削要素3.切削面積AD上一頁返回7第二節(jié)金屬切削刀具幾何角度金屬切削加工的刀具種類繁多，盡管有的刀具的結(jié)構(gòu)相差很大，但刀具切削部分卻具有相同的幾何特征。其中較典型、較簡(jiǎn)單的是車刀，其他刀具的切削部分可以看成是以車刀為基本形態(tài)演變而來的刀具，如圖2-5所示。一、刀具切削部分的組成車刀由刀頭和刀桿組成，如圖2-6所示。刀桿用于夾持刀具，又稱夾持部分;刀頭用于切削，又稱切削部分。切削部分由三個(gè)面、兩條切削刃和一個(gè)刀尖組成。前刀面()是切削過程中切屑流出所經(jīng)過的刀具表面。主后刀面()是切削過程中與工件上過渡表面相對(duì)的刀具表面。副后刀面()是切削過程中與工件上已加工表面相對(duì)的刀具表面。主切削刃(s)是前刀面與后刀面的交線。它擔(dān)負(fù)著主要的切削工作。下一頁返回第二節(jié)金屬切削刀具幾何角度金屬切削加工的刀具種類繁多，盡管8第二節(jié)金屬切削刀具幾何角度副切削刃(s’)是前刀面與副后刀面的交線。它配合主切削刃完成切削工作。刀尖是主切削刃和副切削刃的交點(diǎn)。為了改善刀尖的切削性能，常將刀尖磨成直線或圓弧形過渡刃。不同類型的刀具，其刀面、切削刃的數(shù)量不完全相同。二、刀具的標(biāo)注角度刀具要從工件上切除材料，就必須具有一定的切削角度。切削角度決定了刀具切削部分各表面之間的相對(duì)位置。定義刀具的幾何角度需要建立參考系。在刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量時(shí)用于定義刀具幾何參數(shù)的參考系稱為標(biāo)注角度參考系或靜止參考系。在此參考系中定義的角度稱為刀具的標(biāo)注角度。下面主要介紹刀具靜止參考系中常用的正交平面參考系。上一頁下一頁返回第二節(jié)金屬切削刀具幾何角度副切削刃(s’)是前刀面與副后刀面9第二節(jié)金屬切削刀具幾何角度1.正交平面參考系正交平面參考系是由基面Pr、切削平面Ps和正交平面Po三個(gè)平面組成的空間直角坐標(biāo)系，如圖2-7所示?；鍼r是指過主切削刃上的選定點(diǎn)，并垂直于該點(diǎn)切削速度方向的平面。車刀切削刃上各點(diǎn)的基面都平行于車刀的安裝面(底面)。安裝面是刀具制造、刃磨和測(cè)量時(shí)的定位基準(zhǔn)面。切削平面Ps是指過主切削刃上的選定點(diǎn)，與主切削刃相切，并垂直于該點(diǎn)基面的平面(與工件過渡表面相切的面)。正交平面Po是指過主切削刃上的選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于該點(diǎn)基面和切削平面的平面。2.刀具的標(biāo)注角度如圖2-8所示，在正交平面內(nèi)標(biāo)注的角度有以下幾種。前角是指前刀面與基面之間的夾角。前刀面與基面平行時(shí)前角為零;刀尖位于前刀面最高點(diǎn)時(shí)，前角為正;刀尖位于前刀面最低點(diǎn)時(shí)，前角為負(fù)。前角對(duì)刀具切削性能影響很大。上一頁下一頁返回第二節(jié)金屬切削刀具幾何角度1.正交平面參考系上一頁下一頁返10第二節(jié)金屬切削刀具幾何角度后角是指后刀面與切削平面之間的夾角。刀尖位于后刀面最前點(diǎn)時(shí)，后角為正;刀尖位于后刀面最后點(diǎn)時(shí)，后角為負(fù)。后角的主要作用是減小后刀面與過渡表面之間的摩擦。楔角是前刀面與后刀面之間的夾角。前角、后角和楔角三者之間的關(guān)系為 (2-8)在基面內(nèi)標(biāo)注的角度有以下幾種。主偏角kr是指主切削刃在基面上的投影與假定進(jìn)給方向之間的夾角。主偏角一般在0o~90o之間。副偏角是指副切削刃在基面上的投影與假定進(jìn)給反方向之間的夾角。刀尖角是指主切削平面與副切削平面間的夾角。主偏角、副偏角和刀尖角三者之間的關(guān)系為 (2-9)上一頁下一頁返回第二節(jié)金屬切削刀具幾何角度后角是指后刀面與切削平面之11第二節(jié)金屬切削刀具幾何角度在切削平面內(nèi)標(biāo)注的角度是刃傾角。刃傾角是指主切削刃與基面之間的夾角。切削刃與基面平行時(shí)，刃傾角為零;刀尖位于刀刃最高點(diǎn)時(shí)，刃傾角為正;刀尖位于刀刃最低點(diǎn)時(shí)，刃傾角為負(fù)，如圖2-9所示。在副正交平面內(nèi)標(biāo)注的角度有副后角。參照主切削刃的研究方法，在副切削刃上同樣可以定義副正交平面和副切削平面。在副正交平面內(nèi)標(biāo)注的角度有副后角，是指副后刀面與副切削平面之間的夾角。三、刀具的工作角度刀具的標(biāo)注角度是在假定運(yùn)動(dòng)條件和假定安裝條件情況下定義得出。實(shí)際上，在切削加工中，由于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，或刀具相對(duì)于工件安裝位置發(fā)生變化時(shí)，會(huì)使刀具的實(shí)際切削角度發(fā)生變化。刀具在工作狀態(tài)下的切削角度，稱為刀具的工作角度。工作角度記作上一頁下一頁返回第二節(jié)金屬切削刀具幾何角度在切削平面內(nèi)標(biāo)注的角度是刃傾角12第二節(jié)金屬切削刀具幾何角度1.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響(1)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響。車端面或切斷時(shí)，車刀沿橫向進(jìn)給，主運(yùn)動(dòng)方向與合成切削運(yùn)動(dòng)方向的夾角為()，切削軌跡是阿基米德螺旋線，如圖2-10所示。這時(shí)工作基面只。和工作切削平面Pre。相對(duì)于標(biāo)注參考系都要偏轉(zhuǎn)一個(gè)附加的角度，使車刀的工作前角。增大和工作后角減小，分別為(2)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響。車外圓或車螺紋時(shí)，如圖2-11所示，合成運(yùn)動(dòng)方向與主運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角為，這時(shí)工作基面Pre。和工作切削平面Pse。相對(duì)于標(biāo)注參考系都要偏轉(zhuǎn)一個(gè)附加的角度，使車刀的工作前角。增大和工作后角減小，分別為 (2-10) (2-11)上一頁下一頁返回第二節(jié)金屬切削刀具幾何角度1.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響上一13第二節(jié)金屬切削刀具幾何角度f--縱向進(jìn)給量，或被切螺紋的導(dǎo)程(mm/r)d--工件選定點(diǎn)的直徑(mm);--螺旋升角(o)。一般車削時(shí)，進(jìn)給量比工件直徑小很多，故角度很小，對(duì)車刀工作角度影響很小，可忽略不計(jì)。但若進(jìn)給量較大(如加工絲桿、多頭螺紋)，則應(yīng)考慮角度的影響。車削右旋螺紋時(shí)，車刀左側(cè)刃后角應(yīng)大些，右側(cè)刃后角應(yīng)小些?；蛘呤褂每赊D(zhuǎn)角度刀架將刀具傾斜一個(gè)角安裝，使左右兩側(cè)刃工作前后角相同。2.刀具安裝對(duì)工作角度的影響(1)刀刃安裝高度對(duì)工作角度的影響。車削時(shí)刀具的安裝常會(huì)出現(xiàn)刀刃安裝高于或低于工件回轉(zhuǎn)中心的情況，如圖2-12所示，此時(shí)工作基面、工作切削平面相對(duì)于標(biāo)注參考系產(chǎn)生角的偏轉(zhuǎn)，將引起工作前角和工作后角的變化，即上一頁下一頁返回第二節(jié)金屬切削刀具幾何角度f--縱向進(jìn)給量，或被切螺紋的導(dǎo)程14第二節(jié)金屬切削刀具幾何角度(2)刀桿安裝偏斜對(duì)工作角度的影響。在車削時(shí)會(huì)出現(xiàn)刀桿與進(jìn)給方向不垂直的情況，如圖2-13所示，此時(shí)刀桿垂線與進(jìn)給方向產(chǎn)生a角的偏轉(zhuǎn)，將引起工作主偏角和工作副偏角的變化上一頁返回第二節(jié)金屬切削刀具幾何角度(2)刀桿安裝偏斜對(duì)工作角度的影響15第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象金屬切削過程是指將工件上多余的金屬層，通過切削加工被刀具切除而形成切屑的過程。金屬在切削過程中會(huì)產(chǎn)生的切削變形、切削力、切削熱、積屑瘤和刀具磨損等物理現(xiàn)象，研究這些現(xiàn)象及變化規(guī)律，對(duì)于合理使用與設(shè)計(jì)刀具、夾具和機(jī)床，保證加工質(zhì)量，減少能量消耗，提高生產(chǎn)率和促進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展都有很重要的意義。一、切屑的形成與切削變形大量的實(shí)驗(yàn)和理論分析證明，塑性金屬切削過程中切屑的形成過程就是切削層金屬的變形過程。根據(jù)切削實(shí)驗(yàn)時(shí)制作的金屬切削層變形圖片，可繪制出如圖2-14所示的金屬切削過程中的滑移線和流線示意圖。流線表明被切削金屬中的某一點(diǎn)在切削過程中流動(dòng)的軌跡。切削過程中，切削層金屬的變形大致可劃分為三個(gè)區(qū)域。第一變形區(qū):第一變形區(qū)是切屑形成的主要區(qū)域(圖2-14中I區(qū))，在刀具前面推擠下，切削層金屬發(fā)生塑性變形。下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象金屬切削過程是指將工件上多余的金16第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象切削層金屬所發(fā)生的塑性變形是從OA線開始，直到OM線結(jié)束。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，被刀具前面推擠的工件的切削層金屬完成了剪切滑移的塑性變形過程，金屬的晶粒被顯著地拉長了。離開OM線之后，切削層金屬已經(jīng)變成了切屑，并沿著刀具前面流動(dòng)。第二變形區(qū):切屑沿前刀面流動(dòng)時(shí)，進(jìn)一步受到前刀面的擠壓，在刀具前刀面與切屑底層之間產(chǎn)生了劇烈摩擦，使切屑底層的金屬晶粒纖維化，其方向基本上和刀具前面平行。這個(gè)變形區(qū)域(圖2-14的II區(qū))稱為第二變形區(qū)。第二變形區(qū)對(duì)切削過程也會(huì)產(chǎn)生較顯著的影響。)第三變形區(qū):切削層金屬被刀具切削刃和前面從工件基體材料上剝離下來，進(jìn)人第一和第二變形區(qū);同時(shí)，工件基體上留下的材料表層經(jīng)過刀具鈍圓切削刃和刀具后刀面的擠壓、摩擦，使表層金屬產(chǎn)生纖維化和非晶質(zhì)化，使其顯微硬度提高;上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象切削層金屬所發(fā)生的塑性變形是從OA17第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象在刀具后刀面離開后，已加工表面的表層和深層金屬都要產(chǎn)生回彈，從而產(chǎn)生表面殘余應(yīng)力，這些變形過程都是在第三變形區(qū)(圖2-14的III區(qū))內(nèi)完成的，也是已加工表面形成的過程。第三變形區(qū)內(nèi)的摩擦與變形情況，直接影響著已加工表面的質(zhì)量。這三個(gè)變形區(qū)不是獨(dú)立的，它們有緊密的內(nèi)在聯(lián)系并相互影響。二、切屑的類型由于工件材料以及切削條件不同，切削變形的程度也就不同，因而所產(chǎn)生的切屑形態(tài)也就多種多樣。其基本類型如圖2-15所示，即帶狀切屑、擠裂切屑、單元切屑和崩碎切屑四類。1.帶狀切屑帶狀切屑是加工塑性材料最常見的一種切屑。它的形狀像一條連綿不斷的帶子，底部光滑，背部呈毛茸狀。一般加工塑性材料，當(dāng)切削厚度較小、切削速度較高、刀具前角較大時(shí)，得到的切屑往往是帶狀切屑。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象在刀具后刀面離開后，已加工表面的表18第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象形成這種切屑時(shí)，切削過程平穩(wěn)，切削力波動(dòng)較小，已加工表面粗糙度值較小，但帶狀切屑會(huì)纏繞工件、刀具等，需采取斷屑措施。2.擠裂切屑擠裂切屑又稱節(jié)狀切屑，是在加工塑性材料時(shí)較常見的一種切屑。其特征是內(nèi)表面很光滑，外表面可見明顯裂紋的連續(xù)帶狀切屑。其主要原因是:切削過程中，由于被切材料在局部達(dá)到了破裂強(qiáng)度，使切屑在外表面產(chǎn)生了明顯可見的裂紋，但在切屑厚度方向上不貫穿整個(gè)切屑，使切屑仍然保持了連續(xù)帶狀。采用較小的前角、較低的切削速度加工中等硬度的塑性材料時(shí)，容易得到這類切屑。這種切削過程，由于變形較大，切削力大，且有波動(dòng)，加工后工件表面較粗糙。)3.單元切屑(粒狀切屑)單元切屑是在加工塑性材料時(shí)較少見的一種切屑。其特征是切屑呈粒狀。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象形成這種切屑時(shí)，切削過程平穩(wěn)，切削19第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象是因?yàn)樵诘毒叩淖饔孟?，切屑在整個(gè)剪切面上受到的剪應(yīng)力超過了材料的斷裂極限，使切屑斷裂而與基體分離。這種切削過程不平穩(wěn)，振動(dòng)較大，已加工表面粗糙度值較大，表面可見明顯波紋。其產(chǎn)生條件與前者相比切削速度、刀具前角進(jìn)一步減小，切削厚度進(jìn)一步增加。4.崩碎切屑崩碎切屑是加工脆性材料時(shí)常見切屑。因被切材料在刀刃和前刀面的作用下，未經(jīng)塑性變形就被擠裂而崩碎，而形成不規(guī)則的碎塊狀切屑。工件越硬脆，越容易產(chǎn)生這類切屑。產(chǎn)生崩碎切屑時(shí)，切削熱和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近，刀尖容易磨損，并產(chǎn)生振動(dòng)，從而影響加工件的表面粗糙度。同一加工件，切屑的類型可以隨切削條件的不同而改變，在生產(chǎn)中，常根據(jù)具體情況采取不同的措施來得到需要的切屑，以保證切削加工的順利進(jìn)行。例如，增大前角、提高切削速度或減小切削厚度可將擠裂切屑轉(zhuǎn)變成帶狀切屑。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象是因?yàn)樵诘毒叩淖饔孟拢行荚谡麄€(gè)剪20第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象三、積屑瘤在一定切削速度范圍內(nèi)，加工鋼材、有色金屬等塑性材料時(shí)，在刀具前面靠近刀刃的部位鉆附著一小塊很硬的金屬，這塊金屬就是切削過程中產(chǎn)生的積屑瘤，或稱刀瘤，如圖2-16所示。1.積屑瘤的形成積屑瘤是由于切屑和前面劇烈的摩擦、黏而形成的。當(dāng)切屑沿前面流出時(shí)，在高溫和高壓的作用下，切屑底層受到很大的摩擦阻力，致使這一層金屬的流動(dòng)速度降低，形成“滯流層”。當(dāng)滯流層金屬與前面之間的摩擦力超過切屑本身分子間的結(jié)合力時(shí)，就會(huì)有一部分金屬鉆結(jié)在刀刃附近形成積屑瘤。積屑瘤形成后不斷長大，達(dá)到一定高度又會(huì)破裂，而被切屑帶下或嵌附在工件表面上，影響表面粗糙度。上述過程是重復(fù)進(jìn)行的。積屑瘤的形成主要取決于切削溫度，如在300o~380o切削碳鋼易產(chǎn)生積屑瘤。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象三、積屑瘤上一頁下一頁返回21第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象2.積屑瘤對(duì)切削加工的影響(1)對(duì)切削力的影響。積屑瘤鉆結(jié)在前刀面上，增大了刀具的實(shí)際前角，可使切削力減小。但由于積屑瘤不穩(wěn)定，導(dǎo)致了切削力的波動(dòng)。(2)對(duì)已加工表面粗糙度的影響。積屑瘤不穩(wěn)定，易破裂，其碎片隨機(jī)性地散落，可能會(huì)留在已加工表面上。另外，積屑瘤形成的刃口不光滑，使已加工表面變得粗糙。(3)對(duì)刀具耐用度的影響。積屑瘤相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，可代替切削刃切削，減小了切屑與前刀面的接觸面積，提高刀具耐用度;積屑瘤不穩(wěn)定時(shí)，破裂部分有可能引起硬質(zhì)合金刀具的剝落，反而降低了刀具耐用度。顯然，積屑瘤有利有弊。粗加工時(shí)，對(duì)精度和表面粗糙度要求不高，如果積屑瘤能穩(wěn)定生長，則可以代替刀具進(jìn)行切削，保護(hù)刀具，同時(shí)減小切削變形。精加工時(shí)，則應(yīng)避免積屑瘤的出現(xiàn)。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象2.積屑瘤對(duì)切削加工的影響上一頁下22第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象3.影響積屑瘤的主要因素工件材料和切削速度是影響積屑瘤的主要因素。此外，接觸面間的壓力、粗糙程度、黏結(jié)強(qiáng)度等因素都與形成積屑瘤的條件有關(guān)。(1)工件材料。塑性好的材料，切削時(shí)的塑性變形較大，容易產(chǎn)生積屑瘤。塑性差硬度較高的材料，產(chǎn)生積屑瘤的可能性相對(duì)較小。切削脆性材料時(shí)，形成的崩碎切屑與前面無摩擦，一般無積屑瘤產(chǎn)生。(2)切削速度。切削速度較低(vc<3m/min)司時(shí)，切屑流動(dòng)較慢，切屑底面的金屬被充分氧化，摩擦系數(shù)小，切削溫度低，切屑金屬分子間的結(jié)合力大于切屑底面與前面之間的摩擦力，因而不會(huì)出現(xiàn)積屑瘤。切削速度在3~40m/min范圍內(nèi)時(shí)，切屑底面的金屬與前面間的摩擦系數(shù)較大，切削溫度高，切屑金屬分子間的結(jié)合力降低，因而容易產(chǎn)生積屑瘤。當(dāng)切削速度較高(vc>40m/min)司時(shí)，由于切削溫度很高，切屑底面呈微熔狀態(tài)，摩擦系數(shù)明顯降低，亦不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象3.影響積屑瘤的主要因素上一頁下23第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象此外，增大前角以減小切屑變形或用油石仔細(xì)打磨刀具前面以減小摩擦，或選用合適的冷卻潤滑液以降低切削溫度和減小摩擦，都有助于防止積屑瘤的產(chǎn)生。四、切削力金屬切削時(shí)，刀具切入工件，使工件材料產(chǎn)生變形成為切屑所需要的力稱為切削力。切削力是計(jì)算切削功率、設(shè)計(jì)刀具、機(jī)床和機(jī)床夾具以及制定切削用量的重要依據(jù)。在自動(dòng)化生產(chǎn)中，還可通過切削力來監(jiān)控切削過程和刀具的工作狀態(tài)。因此，研究和掌握切削力的規(guī)律和計(jì)算、實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐有重要的實(shí)用意義。1.切削力的來源及分解(1)切削力的來源。切削時(shí)，使被加工材料發(fā)生變形成為切屑所需的力稱為切削力。切削力來源于以下兩個(gè)方面(見圖2-17)。①切屑形成過程中，彈性變形和塑性變形產(chǎn)生的抗力。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象此外，增大前角以減小切屑變形或用油24第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象②切屑和刀具前刀面的摩擦阻力及工件和刀具后刀面的摩擦阻力。(2)切削力的分解。總切削力F是一個(gè)空間力。為了便于測(cè)量和計(jì)算，以適應(yīng)機(jī)床、刀具設(shè)計(jì)和工藝分析的需要，常將F分解為三個(gè)互相垂直的切削分力，如圖2-18所示。①主切削力Fc。主切削力是總切削力F在主運(yùn)動(dòng)方向上的分力，也稱為切向力。主切削力是三個(gè)分力中最大的，消耗的機(jī)床功率也最多(95%以上)，是計(jì)算機(jī)床動(dòng)力和主傳動(dòng)系統(tǒng)零件(如主軸箱內(nèi)的軸和齒輪)強(qiáng)度和剛度的主要依據(jù)。②進(jìn)給力Ff。進(jìn)給力是總切削力F在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的分力，車削外圓時(shí)與主軸軸線方向一致，又稱軸向力。進(jìn)給力一般只消耗總功率的1%~5%，是計(jì)算進(jìn)給系統(tǒng)零件強(qiáng)度和剛度的重要依據(jù)。③背向力FD。背向力是總切削力F在垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的分力，也稱為徑向力或吃刀抗力。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象②切屑和刀具前刀面的摩擦阻力及工件25第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象因?yàn)榍邢鲿r(shí)在此方向上的運(yùn)動(dòng)速度為零，所以FD不做功，但會(huì)使工件彎曲變形，還會(huì)引起工件振動(dòng)，對(duì)表面粗糙度產(chǎn)生不利影響?？偳邢髁與三個(gè)分力Fc、Ff、FD的關(guān)系為 (2-12)2.切削力、切削功率的計(jì)算(1)切削力的計(jì)算。由于切削過程十分復(fù)雜，影響因素較多，生產(chǎn)中常采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，即Fc=KCAD=KCaDf(2-13)Fc--切削力(N);KC--切削層單位面積切削力(N/mm2);AD--切削層公稱橫截面積(mm2)。KC與工件材料、熱處理方法、硬度等因素有關(guān)，其數(shù)值可查切削手冊(cè)。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象因?yàn)榍邢鲿r(shí)在此方向上的運(yùn)動(dòng)速度為零26第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象(2)切削功率的計(jì)算。切削功率是三個(gè)切削力消耗功率的總和。在車外圓時(shí)背向力方向速度為零，進(jìn)給力又很小，它們消耗的功率可忽略不計(jì)，因此切削功率可按下式計(jì)算Pm=Fcvc (2-14)vc--切削速度(m/s)考慮機(jī)床的傳動(dòng)效率，由切削功率Pm可求出機(jī)床電動(dòng)機(jī)功率Pc為 (2-15)--機(jī)床傳動(dòng)效率，一般取0.75~0.85。3.影響切削力的因素(1)工件材料的影響。工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，雖然切屑變形略有減小，但總的切削力還是增大的。強(qiáng)度、硬度相近的材料，塑性大，則與刀具的摩擦系數(shù)也較大，故切削力增大。加工脆性材料，因塑性變形小，切屑與刀具前刀面摩擦小，切削力較小。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象(2)切削功率的計(jì)算。切削功率是三27第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象(2)切削用量的影響。①背吃刀量和進(jìn)給量。當(dāng)f和aD增加時(shí)，切削面積增大，切削力也增加，但兩者的影響程度不同。在車削時(shí)，當(dāng)aD增大1倍時(shí)，切削力約增大1倍;而f加大1倍時(shí)，切削力只增大68%~86%。因此，在切削加工中，如果從切削力和切削功率來考慮，加大進(jìn)給量比加大背吃刀量有利。②切削速度。積屑瘤的存在與否，決定著切削速度對(duì)切削力的影響情況:在積屑瘤生長階段，vc增加，積屑瘤高度增加，變形程度減小，切削力減小;反之，在積屑瘤減小階段，切削力則逐漸增大。在無積屑瘤階段，隨著切削速度vc的提高，切削溫度增高，前刀面摩擦減小，變形程度減小，切削力減小，如圖2-19所示。因此生產(chǎn)中常用高速切削來提高生產(chǎn)效率。在切削脆性金屬工件材料時(shí)，因塑性變形很小，前刀面上的摩擦也很小，所以切削速度從對(duì)切削力無明顯的影響。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象(2)切削用量的影響。上一頁下一頁28第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象(3)刀具幾何參數(shù)的影響。①前角。前角對(duì)切削力影響最大。當(dāng)切削塑性金屬時(shí)，前角增大，能使被切層材料所受擠壓變形和摩擦減小，排屑順暢，總切削力減小。加工脆性金屬時(shí)前角對(duì)切削力影響不明顯。②負(fù)倒棱。在鋒利的切削刃上磨出負(fù)倒棱(見圖2-20)，可以提高刃口強(qiáng)度，從而提高刀具使用壽命，但此時(shí)被切削金屬的變形加大，使切削力增加。③主偏角。主偏角對(duì)切削力的影響主要是通過切削厚度和刀尖圓弧曲線長度的變化來影響變形，從而影響切削力的Fc主偏角對(duì)切削分力F,的影響較小，但對(duì)背向力FD和進(jìn)給力Ff的影響明顯，主偏角Kr增大，背向力FD減小，進(jìn)給力Ff增大。因此，生產(chǎn)中常用主偏角為75o的車刀加工。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象(3)刀具幾何參數(shù)的影響。上一頁下29第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象(4)其他因素的影響。刀具、工件材料之間的摩擦系數(shù)因影響摩擦力而影響切削力的大小。在同樣的切削條件下，高速鋼刀具的切削力最大，硬質(zhì)合金的次之，陶瓷刀具的最小。在切削過程中使用切削液，可以降低切削力。并且切削液的潤滑性能越高，切削力的降低越顯著。刀具后刀面磨損越嚴(yán)重，摩擦越劇烈，切削力越大。五、切削熱與切削溫度切削熱和由它產(chǎn)生的切削溫度，會(huì)使加工工藝系統(tǒng)產(chǎn)生熱變形，不但影響刀具的磨損和耐用度，而且影響工件的加工精度和表面質(zhì)量。因此，研究切削熱和切削溫度的產(chǎn)生及其變化規(guī)律有很重要的意義。1.切削熱的來源與傳導(dǎo)在切削過程中，由于切削層金屬的彈性變形、塑性變形以及摩擦而產(chǎn)生的熱，稱為切削熱。切削熱通過切屑、工件、刀具以及周圍的介質(zhì)傳導(dǎo)出去，如圖2-21所示。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象(4)其他因素的影響。刀具、工件30第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象在第一變形區(qū)內(nèi)切削熱主要由切屑和工件傳導(dǎo)出去，在第二變形區(qū)內(nèi)切削熱主要由切屑和刀具傳導(dǎo)出去，在第三變形區(qū)內(nèi)切削熱主要由工件和刀具傳出。加工方式不同，切削熱的傳導(dǎo)情況也不同。不用切削液時(shí)，切削熱的50%~86%由切屑帶走，40%~10%傳入工件，9%~3%傳入刀具，1%左右傳入空氣。2.切削溫度及影響因素切削溫度一般指切屑與刀具前刀面接觸區(qū)域的平均溫度。切削溫度可用儀器測(cè)定，也可通過切屑的顏色大致判斷。如切削碳素鋼，切屑的顏色從銀自色、黃色、紫色到藍(lán)色，則表明切削溫度從低到高。切削溫度的高低，取決于該處產(chǎn)生熱量的多少和傳散熱量的快慢。因此，凡是影響切削熱產(chǎn)生與傳出的因素都影響切削溫度的高低。(1)工件材料。對(duì)切削溫度影響較大的是材料的強(qiáng)度、硬度及熱導(dǎo)率。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象在第一變形區(qū)內(nèi)切削熱主要由切屑和工31第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象材料的強(qiáng)度和硬度越高，單位切削力越大，切削時(shí)所消耗的功率就越大，產(chǎn)生的切削熱也多，切削溫度就越高。熱傳導(dǎo)率越小，傳導(dǎo)的熱越少，切削區(qū)的切削溫度就越高。(2)刀具幾何參數(shù)。刀具的前角和主偏角對(duì)切削溫度影響較大。增大前角，可使切削變形及切屑與前刀面的摩擦減小，產(chǎn)生的切削熱減少，切削溫度下降。但前角過大(>=20o)時(shí)，刀頭的散熱面積減小，反而使切削溫度升高。減小主偏角，可增加切削刃的工作長度(見圖2-22),增大刀頭的散熱面積，降低切削溫度。(3)切削用量。增大切削用量，單位時(shí)間內(nèi)切除的金屬量增多，產(chǎn)生的切削熱也相應(yīng)增多，致使切削溫度上升。由于切削速度、進(jìn)給量和吃刀深度的變化對(duì)切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)的影響不同，所以對(duì)切削溫度的影響也不相同。其中，吃刀深度對(duì)切削溫度的影響最小，進(jìn)給量次之，切削速度最大。因此，從控制切削溫度的角度出發(fā)，在機(jī)床條件允許的情況下，選用較大的吃刀深度和進(jìn)給量比選用大的切削速度更有利。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象材料的強(qiáng)度和硬度越高，單位切削力越32第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象(4)其他因素。刀具后刀面磨損增大時(shí)，加劇了刀具與工件間的摩擦，使切削溫度升高。切削速度越高，刀具磨損對(duì)切削溫度的影響越明顯。利用切削液的潤滑功能降低摩擦系數(shù)，減少切削熱的產(chǎn)生，同時(shí)切削液也可帶走一部分切削熱，所以采用切削液是降低切削溫度的重要措施。3.切削熱對(duì)切削加工的影響傳入切屑及介質(zhì)中的熱對(duì)加工沒有影響;傳入刀頭的熱量雖然不多，但由于刀頭體積小，特別是高速切削時(shí)切屑與前面發(fā)生連續(xù)而強(qiáng)烈的摩擦，刀頭上切削溫度可達(dá)1000℃以上，會(huì)加速刀具磨損，降低刀具使用壽命;傳入工件的切削熱會(huì)引起工件變形，影響加工精度，特別是加工細(xì)長軸、薄壁套以及精密零件時(shí)，熱變形的影響更需注意。所以，切削加工中應(yīng)設(shè)法減少切削熱的產(chǎn)生，改善散熱條件。六、刀具磨損與刀具耐用度上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象(4)其他因素。刀具后刀面磨損增大33第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象切削時(shí)刀具在高溫條件下，受到工件、切屑的摩擦作用，刀具材料被逐漸磨耗或出現(xiàn)其他形式的破壞。當(dāng)磨損量達(dá)到一定程度時(shí)，切削力加大，切削溫度上升，切屑形狀和顏色改變，甚至產(chǎn)生振動(dòng)，不能繼續(xù)正常切削。因此，刀具磨損直接影響加工效率、質(zhì)量和成本。1.刀具磨損的形態(tài)刀具磨損是指刀具與工件或切屑的接觸面上，刀具材料的微粒被切屑或工件帶走的現(xiàn)象。這種磨損現(xiàn)象稱為正常磨損。若由于沖擊、振動(dòng)、熱效應(yīng)等原因使刀具崩刃、碎裂而損壞，稱為非正常磨損。刀具正常磨損形式有以下三種。(1)前刀面磨損(月牙洼磨損)。切削塑性材料，當(dāng)切削厚度較大時(shí)，刀具前刀面承受巨大的壓力和摩擦力，而且切削溫度很高，使前刀面產(chǎn)生月牙洼磨損，如圖2-23所示。隨著磨損的加劇，月牙洼逐漸加深加寬，當(dāng)接近刃口時(shí)，會(huì)使刃口突然破損。前刀面磨損量大小，用月牙洼的寬度KB和深度KT表示。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象切削時(shí)刀具在高溫條件下，受到工件、34第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象(2)后刀面磨損。刀具后刀面雖然有后角，但由于切削刃不是理想的鋒利，而有一定的鈍圓，因此，后刀面與工件實(shí)際上是面接觸，磨損就發(fā)生在這個(gè)接觸面上。在切削鑄鐵等脆性金屬或以較低的切削速度、較小的切削厚度切削塑性金屬時(shí)，由于前刀面上的壓力和摩擦力不大，主要發(fā)生后刀面磨損，如圖2-23所示。由于切削刃各點(diǎn)工作條件不同，其后刀面磨損帶是不均勻的。C區(qū)和N區(qū)磨損嚴(yán)重，中間B區(qū)磨損較均勻。(3)前刀面和后刀面同時(shí)磨損。這是一種兼有上述兩種情況的磨損形式。在切削塑性金屬時(shí)，若切削厚度適中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生這種磨損。2.刀具磨損的主要原因刀具磨損的原因很復(fù)雜，主要有以下幾個(gè)方面。(1)硬質(zhì)點(diǎn)磨損。硬質(zhì)點(diǎn)磨損是由于工件材料中的硬質(zhì)點(diǎn)或積屑瘤碎片對(duì)刀具表面的機(jī)械劃傷，從而使刀具磨損。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象(2)后刀面磨損。刀具后刀面雖然35第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象各種刀具都會(huì)產(chǎn)生硬質(zhì)點(diǎn)磨損，但對(duì)于硬度較低的刀具材料，或低速刀具，如高速鋼刀具及手工刀具等，硬質(zhì)點(diǎn)磨損是刀具的主要磨損形式。(2)黏結(jié)磨損。黏結(jié)磨損是指刀具與工件(或切屑)的接觸面在足夠的壓力和溫度作用下，達(dá)到原子間距離而產(chǎn)生鉆結(jié)現(xiàn)象。因相對(duì)運(yùn)動(dòng)，黏結(jié)點(diǎn)的晶?；蚓ЯＨ菏芗艋蚴芾粚?duì)方帶走而造成的磨損。黏結(jié)點(diǎn)的分離面通常在硬度較低的一方，即工件上。但也會(huì)造成刀具材料組織不均勻，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力以及疲勞微裂紋等缺陷。(3)擴(kuò)散磨損。擴(kuò)散磨損是指刀具表面與被切出的工件新鮮表面接觸，在高溫下，兩摩擦面的化學(xué)元素獲得足夠的能量，相互擴(kuò)散，改變了接觸面雙方的化學(xué)成分，降低了刀具材料的性能，從而造成刀具磨損。例如，硬質(zhì)合金車刀加工鋼料時(shí)，在800~1000℃高溫時(shí)，硬質(zhì)合金中的Co,WC和C等元素迅速擴(kuò)散到切屑、工件中去;工件中的Fe則向硬質(zhì)合金表層擴(kuò)散，使硬質(zhì)合金形成新的低硬度高脆性的復(fù)合化合物層，從而加劇刀具磨損。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象各種刀具都會(huì)產(chǎn)生硬質(zhì)點(diǎn)磨損，但對(duì)于36第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象刀具擴(kuò)散磨損與化學(xué)成分有關(guān)，并隨著溫度的升高而加劇。(4)化學(xué)磨損?；瘜W(xué)磨損又稱為氧化磨損，指刀具材料與周圍介質(zhì)(如空氣中的氧，切削液中的極壓添加劑硫、氯等)，在一定的溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在刀具表面形成硬度低、耐磨性差的化合物，加速刀具的磨損?；瘜W(xué)磨損的強(qiáng)弱取決于刀具材料中元素的化學(xué)穩(wěn)定性以及溫度的高低。3.刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)(1)刀具的磨損過程。在正常條件下，隨著刀具的切削時(shí)間增大，刀具的磨損量將增加。通過實(shí)驗(yàn)得到如圖2-24所示的刀具后刀面磨損量VB與切削時(shí)間的關(guān)系曲線。由圖2-24可知，刀具磨損過程可分為三個(gè)階段。①初期磨損階段。初期磨損階段的特點(diǎn)是磨損快，時(shí)間短。一把新刃磨的刀具表面尖峰突出，在與切屑摩擦過程中，峰點(diǎn)的壓強(qiáng)很大，造成尖峰很快被磨損，使壓強(qiáng)趨于均衡，磨損速度減慢。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象刀具擴(kuò)散磨損與化學(xué)成分有關(guān)，并隨著37第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象②正常磨損階段。經(jīng)過初期磨損階段之后，刀具表面峰點(diǎn)基本被磨平，表面的壓強(qiáng)趨于均衡，刀具的磨損量昭隨著時(shí)間的延長而均勻地增加，經(jīng)歷的切削時(shí)間較長。這就是正常磨損階段，也是刀具的有效工作階段。③急劇磨損階段。當(dāng)?shù)毒吣p量達(dá)到一定程度，切削刃已變鈍，切削力、切削溫度急劇升高，磨損量VB劇增，刀具很快失效。為合理使用刀具及保證加工質(zhì)量，應(yīng)在此階段之前及時(shí)更換刀具。(2)刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。刀具磨損后將影響切削力、切削溫度和加工質(zhì)量，因此必須根據(jù)加工情況規(guī)定一個(gè)最大的允許磨損值，這就是刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO統(tǒng)一規(guī)定以1/2背吃刀量處后刀面磨損帶寬度昭作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的具體數(shù)值可查閱有關(guān)手冊(cè)。表2-1所示為高速鋼車刀與硬質(zhì)合金車刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象②正常磨損階段。經(jīng)過初期磨損階段之38第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象4.刀具的耐用度和刀具壽命在實(shí)際生產(chǎn)中，不可能經(jīng)常停機(jī)去測(cè)量后刀面上的昭值，以確定是否達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，而是采用與磨鈍標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)的切削時(shí)間，即刀具耐用度來表示。刀具耐用度是指刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達(dá)到刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)過的凈切削時(shí)間，用T表示，單位為s(或min)。刀具耐用度T大，表示刀具磨損慢。常用刀具的耐用度如表2-2所示。(1)刀具磨損限度。在正常磨損階段后期、急劇磨損階段之前換刀或重磨，既可保證加工質(zhì)量，又能充分利用刀具材料。在大多數(shù)情況下，后刀面都有磨損，而且測(cè)量也較容易，故通常以后刀面磨損的寬度昭作為刀具磨損限度。(2)刀具耐用度。刀具耐用度是指兩次刃磨之間實(shí)際進(jìn)行切削的時(shí)間，以T(min)表示。在實(shí)際生產(chǎn)中，不可能經(jīng)常測(cè)量vB的寬度，而是通過確定刀具耐用度，作為衡量刀具磨損限度的標(biāo)準(zhǔn)。因此，刀具耐用度的數(shù)值應(yīng)規(guī)定得合理。上一頁下一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象4.刀具的耐用度和刀具壽命上一頁39第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象對(duì)于制造和刃磨比較簡(jiǎn)單、成本不高的刀具，耐用度可定得低些;對(duì)于制造和刃磨比較復(fù)雜、成本較高的刀具，耐用度可定得高些。通常，硬質(zhì)合金車刀T為60~90min;高速鋼鉆頭T為80~120min;齒輪滾刀T為200~300min。(3)刀具壽命。刀具壽命乙是指一把新刀具從開始切削到報(bào)廢為止的總切削時(shí)間。刀具壽命與刀具耐用度之間的關(guān)系為 t=nT (2-16)式中，n--刀具刃磨次數(shù)。(4)影響刀具耐用度的因素。影響刀具耐用度的因素很多，主要有工件材料、刀具材料、刀具幾何角度、切削用量以及是否使用切削液等。切削用量中切削速度的影響最大。所以，為了保證各種刀具所規(guī)定的耐用度，必須合理地選擇切削速度。上一頁返回第三節(jié)金屬切削過程物理現(xiàn)象對(duì)于制造和刃磨比較簡(jiǎn)單、成本不高的40第四節(jié)刀具材料刀具材料是指刀具切削部分的材料。刀具切削性能的優(yōu)劣取決于刀具材料、切削部分幾何形狀以及刀具的結(jié)構(gòu)。刀具材料的選擇對(duì)刀具壽命、加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率影響極大。一、刀具材料應(yīng)具備的性能切削過程中，刀具切削部分是在很大的切削力、較高的切削溫度及劇烈摩擦等條件下工作的，同時(shí)，由于切削余量和工件材質(zhì)不均勻或切削時(shí)形不成帶狀切屑，還伴隨沖擊和振動(dòng)，因此刀具切削部分的材料的性能應(yīng)具備以下基本要求。1.高的硬度和耐磨性硬度是刀具材料最基本的性能。刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度，以便刀具切入工件。在常溫下刀具材料的硬度應(yīng)在60HRC以上。耐磨性是刀具抵抗磨損的能力，在劇烈的摩擦下刀具磨損要小。一般來說，材料的硬度越高，耐磨性越好。刀具材料含有耐磨的合金碳化物越多、晶粒越細(xì)、分布越均勻，則耐磨性越好。下一頁返回第四節(jié)刀具材料刀具材料是指刀具切削部分的材料。刀具切削性能的41第四節(jié)刀具材料2.足夠的強(qiáng)度和韌性刀具材料只有具備足夠強(qiáng)度和韌性，才能承受較大的切削力和切削時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，以防刀具斷裂和崩刃。3.較高的耐熱性高耐熱性是指刀具在高溫下仍能保持原有的硬度、強(qiáng)度、韌性和耐磨性的性能。4.良好的工藝性為便于刀具本身的制造，刀具材料還應(yīng)具有良好的工藝性能，如切削性能、磨削性能、焊接性能及熱處理性能等。5.經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性是評(píng)價(jià)刀具材料的重要指標(biāo)之一，刀具材料的價(jià)格應(yīng)低廉，便于推廣。但有些材料雖單件成本很高，但因其使用壽命長，分?jǐn)偟矫總€(gè)工件上的成本不一定很高。二、常用刀具材料上一頁下一頁返回第四節(jié)刀具材料2.足夠的強(qiáng)度和韌性上一頁下一頁返回42第四節(jié)刀具材料刀具材料有高速鋼、硬質(zhì)合金、工具鋼、陶瓷、立方氮化硼和金剛石等。目前，在生產(chǎn)中所用的刀具材料主要是高速鋼和硬質(zhì)合金兩類。碳素工具鋼、合金工具鋼因耐熱性差，僅用于手工或切削速度較低的刀具。1.高速鋼高速鋼(又稱鋒鋼，自鋼)是含有較多的鎢(W)、鑰(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)等合金元素的高合金工具鋼。其性能如表2-3所示。高速鋼具有較高的硬度(63~70HRC)和耐熱性，在切削溫度高達(dá)500~650℃時(shí)仍能進(jìn)行切削;高速鋼的強(qiáng)度高(抗彎強(qiáng)度是一般硬質(zhì)合金的2~3倍，陶瓷的5~6倍)、韌性好，可在有沖擊、振動(dòng)的場(chǎng)合應(yīng)用;它可以用于加工有色金屬、結(jié)構(gòu)鋼、鑄鐵、高溫合金等范圍廣泛的材料。高速鋼的制造工藝性好，容易磨出鋒利的切削刃，適于制造各類刀具，尤其適于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的成形刀具、鉆頭、絲錐、銑刀、拉刀、齒輪刀具等形狀復(fù)雜的刀具。由于高速鋼的硬度、耐磨性、耐熱性不及硬質(zhì)合金的，因此只適于制造中、低速切削的各種刀具。上一頁下一頁返回第四節(jié)刀具材料刀具材料有高速鋼、硬質(zhì)合金、工具鋼、陶瓷、立方43第四節(jié)刀具材料高速鋼按切削性能可分為普通高速鋼和高性能高速鋼。(I)普通高速鋼是切削硬度在250~280HB5以下的大部分結(jié)構(gòu)鋼和鑄鐵的基本刀具材料，切削普通鋼料時(shí)的切削速度一般不高于40~60m/min。(2)高性能高速鋼是在普通高速鋼的基礎(chǔ)上增加一些含碳量、含釩量并添加鉆、鋁等合金元素熔煉而成，其耐熱性好，在630~650℃時(shí)仍能保持接近60HRC的硬度，適用于加工高溫合金、欽合金、奧氏體不銹鋼、高強(qiáng)度鋼等難加工材料。2.硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是用高硬度、難熔的金屬碳化物(WC,TiC等)和金屬鉆結(jié)劑(Co,Ni等)在高溫條件下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。硬質(zhì)合金的常溫硬度達(dá)89~93HRA，在800~1000℃時(shí)硬質(zhì)合金還能進(jìn)行切削，刀具壽命比高速鋼刀具高幾倍到幾十倍，可加工包括淬硬鋼在內(nèi)的多種材料。但硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，使用中很少制成整體刀具，一般制成各種形狀的刀片，焊接或夾固在刀體上。上一頁下一頁返回第四節(jié)刀具材料高速鋼按切削性能可分為普通高速鋼和高性能高速44第四節(jié)刀具材料ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)把切削用硬質(zhì)合金分為三類:P類、K類和M類。其牌號(hào)如表2-4所示。P類(相當(dāng)于我國YT類)硬質(zhì)合金由WC,TiC和Co組成，也稱鎢欽鉆類硬質(zhì)合金。這類合金主要用于加工鋼料。K類(相當(dāng)于我國YG類)硬質(zhì)合金由WC和Co組成，也稱鎢鉆類硬質(zhì)合金。這類合金主要用來加工鑄鐵、有色金屬及其合金。M類(相當(dāng)于我國YW類)硬質(zhì)合金是在WC、TiC,Co的基礎(chǔ)上再加入TaC(或NbC)而成。加入TaC(或NbC)后，改善了硬質(zhì)合金的綜合性能。這類硬質(zhì)合金既可以加工鑄鐵和有色金屬，又可以加工鋼料，還可以加工高溫合金和不銹鋼等難加工材料，有通用硬質(zhì)合金之稱。硬質(zhì)合金刀具的合理選擇如表2-5所示。上一頁下一頁返回第四節(jié)刀具材料ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)把切削用硬質(zhì)合金分為三45第四節(jié)刀具材料三、其他刀具材料1.陶瓷用于制作刀具的陶瓷材料主要有兩類:氧化鋁基陶瓷和氮化硅基陶瓷。陶瓷材料制作的刀具硬度可達(dá)90~95HRA，耐熱溫度高達(dá)1200~1450oC，能承受的切削速度比硬質(zhì)合金還要高，但抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，目前主要用于半精加工和精加工高硬度、高強(qiáng)度鋼及冷硬鑄鐵等材料。2.立方氮化硼立方氮化硼(CBN)是由六方氮化硼經(jīng)高溫高壓處理轉(zhuǎn)化而成，其硬度高達(dá)8000HV,僅次于金剛石。CBN是一種新型刀具材料，它可耐1300~1500℃的高溫，熱穩(wěn)定性好;它的化學(xué)穩(wěn)定性也很好，即使溫度高達(dá)1200~1300℃也不與鐵產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。一般用于高硬度、難加工材料的精加工。3.人造金剛石上一頁下一頁返回第四節(jié)刀具材料三、其他刀具材料上一頁下一頁返回46第四節(jié)刀具材料金剛石分天然和人造兩種，由于天然金剛石價(jià)格昂貴，工業(yè)上多使用人造金剛石。人造金剛石是在高溫高壓下由石半轉(zhuǎn)化而成的，其硬度接近于10000HV，可用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷、高硅鋁合金等高硬度、高耐磨材料。人造金剛石目前主要用于制作磨具及磨料，用作刀具材料主要用于有色金屬的高速精細(xì)切削。金剛石不是碳的穩(wěn)定狀態(tài)，遇熱易氧化和石半化，用金剛石刀具進(jìn)行切削時(shí)須對(duì)切削區(qū)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。金剛石刀具不宜加工鐵族元素，因?yàn)榻饎偸械奶荚雍丸F族元素的親和力大，刀具壽命低。上一頁返回第四節(jié)刀具材料金剛石分天然和人造兩種，由于天然金剛石價(jià)格昂貴47第五節(jié)切削液在切削過程中，合理地使用切削液(或稱冷卻潤滑液)，可以減小刀具與切屑、刀具與加工表面的摩擦，降低切削力和切削溫度、減小刀具磨損、提高加工表面質(zhì)量。合理使用切削液是提高金屬切削效益的有效途徑之一。一、切削液的種類金屬切削加工中最常用的切削液可分為四大類:水溶液、切削油、極壓切削油和乳化液。1.水溶液水溶液的主要成分是水，冷卻性能好，若配成透明狀液體，還便于操作者觀察。但純水易使金屬生銹、潤滑性能也差，故使用時(shí)常加入適量的防銹添加劑(如亞硝酸鈉、磷酸三鈉等)，使其既保持冷卻性能又有良好的防銹性能和一定的潤滑性能。2.切削油下一頁返回第五節(jié)切削液在切削過程中，合理地使用切削液(或稱冷卻潤滑液48第五節(jié)切削液切削油的主要成分是礦物油，特殊情況下也可采用動(dòng)、植物油或復(fù)合油。切削油潤滑性能好，但冷卻性能差，常用于精加工工序。3.極壓切削油極壓切削油是在礦物油中添加氯、硫、磷等極壓添加劑配制而成。它在高溫下不破壞潤滑膜，具有良好的潤滑效果，故被廣泛采用。4.乳化液乳化液是用95%~98%的水將由礦物油、乳化劑和添加劑配制成的乳化油膏稀釋而成，外觀呈乳自色或半透明，具有良好的冷卻性能。因其含水量大，潤滑、防銹性能較差，所以常加入一定量的油性、極壓添加劑和防銹添加劑，配制成極壓乳化液或防銹乳化液。二、切削液的作用上一頁下一頁返回第五節(jié)切削液切削油的主要成分是礦物油，特殊情況下也可采用動(dòng)、49第五節(jié)切削液切削液主要起冷卻和潤滑的作用，同時(shí)還具有良好的清洗和防銹作用。1.冷卻作用切削液的冷卻作用，主要靠熱傳導(dǎo)帶走大量的熱來降低切削溫度。一般來說，水溶液的冷卻性能最好，油類最差，乳化液的介于兩者之間而接近于水溶液的。2.潤滑作用切削液滲透到切削區(qū)后，在刀具、工件、切屑界面上形成潤滑油膜、減小摩擦。潤滑性能的強(qiáng)弱取決于切削液的滲透能力、形成潤滑膜的能力和強(qiáng)度。3.清洗作用切削加工中產(chǎn)生細(xì)碎切屑(如切鑄鐵)或磨料微粉(如磨削)時(shí)，要求切削液具有良好的清洗作用和沖刷作用。清洗作用的好壞，與切削液的滲透性、流動(dòng)性和使用的壓力有關(guān)。為了提高切削液的清洗能力，及時(shí)沖走碎屑及磨粉，在使用時(shí)往往給予一定的壓力，并保持足夠的流量。上一頁下一頁返回第五節(jié)切削液切削液主要起冷卻和潤滑的作用，同時(shí)還具有良好的清50第五節(jié)切削液4.防銹作用為了減小工件、機(jī)床、刀具受周圍介質(zhì)(空氣、水分等)的腐蝕，要求切削液具有一定的防銹作用。防銹作用的好壞，取決于切削液本身的性能和加入的防銹添加劑的作用。在氣候潮濕地區(qū)，對(duì)防銹作用的要求顯得更為突出。三、切削液的合理選用和使用方法1.切削液的合理選用切削液的種類很多，性能各異，應(yīng)根據(jù)工件材料、刀具材料、加工方法和加工要求合理選用。一般選用原則如下。(1)粗加工。粗加工時(shí)切削用量較大，產(chǎn)生大量的切削熱容易導(dǎo)致高速鋼刀具迅速磨損。這時(shí)宜選用冷卻性能為主的切削液(如質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%~5%的乳化液)，以降低切削溫度。硬質(zhì)合金刀具耐熱性好，一般不用切削液。在重型切削或切削特殊材料時(shí)，為防止高溫下刀具發(fā)生鉆結(jié)磨損和擴(kuò)散磨損，可選用低濃度的乳化液或水溶液，但必須連續(xù)充分地澆注，切不可斷斷續(xù)續(xù)，以免因冷熱不均產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，使刀具因熱裂而損壞。上一頁下一頁返回第五節(jié)切削液4.防銹作用上一頁下一頁返回51第五節(jié)切削液在低速切削時(shí)，刀具以硬質(zhì)點(diǎn)磨損為主，宜選用以潤滑性能為主的切削油;在較高速度下切削時(shí)，刀具主要是熱磨損，要求切削液有良好的冷卻性能，宜選用水溶液和乳化液。(2)精加工。精加工以減小工件表面粗糙度值和提高加工精度為目的，因此應(yīng)選用潤滑性能好的切削液。加工一般鋼件時(shí)，切削液應(yīng)具有良好的潤滑性能和一定的冷卻性能。高速鋼刀具在中、低速下(包括鉸削、拉削、螺紋加工、插齒、滾齒加工等)，應(yīng)選用極壓切削油或高濃度極壓乳化液。硬質(zhì)合金刀具精加工時(shí)，采用的切削液與粗加工時(shí)基本相同，但應(yīng)適當(dāng)提高其潤滑性能。加工銅、鋁及其合金和鑄鐵時(shí)，可選用高濃度的乳化液。但應(yīng)注意，因硫?qū)︺~有腐蝕作用，因此切削銅及其合金時(shí)不能選用含硫切削液。鑄鐵床身導(dǎo)軌加工時(shí)，用煤油作切削液效果較好，但較浪費(fèi)能源。上一頁下一頁返回第五節(jié)切削液在低速切削時(shí)，刀具以硬質(zhì)點(diǎn)磨損為主，宜選用以潤滑52第五節(jié)切削液(3)難以加工材料的加工。切削高強(qiáng)度鋼、高溫合金等難以加工材料時(shí)，由于材料中所含的硬質(zhì)點(diǎn)多、導(dǎo)熱系數(shù)小，加工均處于高溫高壓的邊界摩擦潤滑狀態(tài)，因此宜選用潤滑和冷卻性能均好的極壓切削油或極壓乳化液。(4)磨削加工。磨削加工速度高、溫度高，熱應(yīng)力會(huì)使工件變形，甚至產(chǎn)生表面裂紋，且磨削產(chǎn)生的碎屑會(huì)劃傷已加工表面和機(jī)床滑動(dòng)表面。所以宜選用冷卻和清洗性能好的水溶液或乳化液。但磨削難加工材料時(shí)，宜選用潤滑性好的極壓乳化液和極壓切削油。(5)封閉或半封閉容屑加工。鉆削、攻絲、鉸孔和拉削等加工的容屑為封閉或半封閉方式，需要切削液有較好的冷卻、潤滑及清洗性能，以減小刀一屑摩擦生熱并帶走切屑，宜選用乳化液、極壓乳化液和極壓切削油。常用切削液的選用可參考表2-6。上一頁返回第五節(jié)切削液(3)難以加工材料的加工。切削高強(qiáng)度鋼、高溫合53第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例刀具的幾何參數(shù)與切削用量的合理選擇，對(duì)保證質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低加工成本有著非常重要的影響。一、刀具幾何參數(shù)的選擇刀具幾何參數(shù)可分為兩類，一類是刀具角度參數(shù)，另一類是刀具刃型尺寸參數(shù)。各參數(shù)之間存在著相互依賴、相互制約的作用，因此應(yīng)綜合考慮各種參數(shù)以便進(jìn)行合理的選擇。雖然刀具材料的優(yōu)選對(duì)于切削過程的優(yōu)化具有關(guān)鍵作用，但是，如果刀具幾何參數(shù)的選擇不合理也會(huì)使刀具材料的切削性能得不到充分的發(fā)揮。在保證加工質(zhì)量的前提下，能夠滿足刀具使用壽命長、生產(chǎn)效率高、加工成本低的刀具幾何參數(shù)，稱為刀具的合理幾何參數(shù)。1.選擇刀具幾何參數(shù)應(yīng)考慮的因素下一頁返回第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例刀具的幾何參數(shù)與切削用54第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例(1)工件材料。要考慮工件材料的化學(xué)成分、制造方法、熱處理狀態(tài)、物理和機(jī)械性能(包括硬度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、沖擊韌性、導(dǎo)熱系數(shù)等)，還有毛坯表層情況、工件的形狀、尺寸、精度和表面質(zhì)量要求等。(2)刀具材料和刀具結(jié)構(gòu)。除了要考慮刀具材料的化學(xué)成分、物理和機(jī)械性能(硬度、抗拉強(qiáng)度、沖擊值、耐磨性、熱硬性和導(dǎo)熱系數(shù))外，還要考慮刀具的結(jié)構(gòu)形式，如是整體式，還是焊接式或機(jī)夾式。(3)具體加工條件。考慮機(jī)床、夾具的情況，工藝系統(tǒng)剛性及功率大小，切削用量和切削液性能等。一般地說，粗加工時(shí)，著重考慮保證最大的生產(chǎn)率;精加工時(shí)，主要考慮保證加工精度和已加工表面的質(zhì)量要求;對(duì)于自動(dòng)線生產(chǎn)用的刀具，主要考慮刀具工作的穩(wěn)定性，有時(shí)要考慮斷屑問題;機(jī)床剛性和動(dòng)力不足時(shí)，刀具應(yīng)力求鋒利，以減少切削振動(dòng)。上一頁下一頁返回第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例(1)工件材料。要考慮55第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例2.刀具角度的選擇(1)前角及前刀面的選擇①前刀面形式。前刀面形式有平面形、曲面形和帶倒棱形三種(見圖2-25)。平面形前刀面:制造容易，重磨方便，刀具廓形精度高。曲面形前刀面:起卷刃作用，并有助于斷屑和排屑。故主要用于粗加工塑性金屬刀具和孔加工刀具，如絲錐、鉆頭。帶倒棱形前刀面:是提高刀具強(qiáng)度和刀具耐用度的有效措施。②前角的作用。前角影響切削過程中的變形和摩擦，同時(shí)又影響刀具的強(qiáng)度。前角對(duì)切削的難易程度有很大影響。增大前角能使刀刃變得鋒利，使切削更為輕快，并減小切削力和切削熱。前角的大小對(duì)表面粗糙度、排屑和斷屑等也有一定影響。增大前角還可以抑制積屑瘤的產(chǎn)生，改善已加工表面的質(zhì)量。但前角過大，刀刃和刀尖的強(qiáng)度下降，刀具導(dǎo)熱體積減少，影響刀具使用壽命。上一頁下一頁返回第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例2.刀具角度的選擇上56第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例因此刀具前角存在一個(gè)最佳值，通常稱為刀具的合理前角，如圖2-26所示。③前角的選擇原則。在刀具強(qiáng)度許可條件下，盡可能選用大的前角。工件材料的強(qiáng)度、硬度低，前角應(yīng)選得大些，反之應(yīng)選得小些(如有色金屬加工時(shí)，選前角較大)。刀具材料韌性好(如高速鋼)，前角可選得大些，反之應(yīng)選得小些(如硬質(zhì)合金)。精加工時(shí)，前角可選得大些;粗加工時(shí)應(yīng)選得小些。表2-7給出了硬質(zhì)合金車刀合理前角的參考值。(2)后角和后刀面的選擇。①后角的作用。后角的主要作用是減小后刀面與工件間的摩擦和后刀面的磨損，其大小對(duì)刀具耐用度和加工表面質(zhì)量都有很大影響。后角同時(shí)又影響刀具的強(qiáng)度。上一頁下一頁返回第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例因此刀具前角存在一個(gè)最57第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例②后角的選擇原則。增大后角，可減小刀具后刀面與已加工表面的摩擦，減小刀具磨損，還可使切削刃鈍圓半徑減小，刀尖鋒利，提高工件表面質(zhì)量。但后角太大，使刀楔角顯著減小，削弱切削刃的強(qiáng)度，使容熱體積減小、散熱條件變差，降低刀具耐用度。因此，后角也存在一個(gè)合理值。粗加工以確保刀具強(qiáng)度為主，可在4o~6o范圍內(nèi)選取;精加工以加工表面質(zhì)量為主，常取8o~12o。一般來說，切削厚度越大，刀具后角越小;工件材料越軟，塑性越大，后角越大;工藝系統(tǒng)剛性較差時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減小后角(切削時(shí)起支承作用，增加系統(tǒng)剛性并起消振作用);工件尺寸精度要求較高時(shí)，后角宜取小值。表2-7給出了硬質(zhì)合金車刀合理后角的參考值。③后刀面的形式。后刀面的形式有雙重后面、消振棱和刃帶。a.雙重后面。為保證刃口強(qiáng)度，減少刃磨后面的工作量，常在車刀后面磨出雙重后角，如圖2-27(a)所示。上一頁下一頁返回第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例②后角的選擇原則。增大58第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例b.消振棱。為了增加后刀面與過渡表面之間的接觸面積，增加阻尼作用，消除振動(dòng)，可在后刀面上刃磨出一條有負(fù)后角的倒棱，稱為消振棱，如圖2-27(b)所示。其參數(shù)為c.刃帶。對(duì)一些定尺寸刀具(如鉆頭、絞刀等)，為便于控制刀具尺寸，避免重磨后尺寸精度的變化，常在后面上刃磨出后角為0o的小棱邊，稱為刃帶，如圖2-27(c)所示。刃帶形成一條與切削刃等距的棱邊，可對(duì)刀具起穩(wěn)定、導(dǎo)向和消振作用，延長刀具的使用時(shí)間。刃帶不宜太寬，否則會(huì)增大摩擦作用。刃帶寬度(3)主偏角和副偏角的選擇。①主偏角和副偏角的作用:a.影響已加工表面的殘留面積高度。減小主偏角和副偏角可以減小已加工表面粗糙度值，特別是副偏角對(duì)已加工表面粗糙度影響更大。上一頁下一頁返回第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例b.消振棱。為了增加后59第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例b.影響切削層形狀。主偏角直接影響切削刃工作長度和單位長度切削刃上的切削負(fù)荷。在切削深度和進(jìn)給量一定的情況下，增大主偏角，切削寬度減小，切削厚度增大，切削刃單位長度上的負(fù)荷隨之增大。因此，主偏角直接影響刀具的磨損和使用壽命。c.影響切削分力的大小和比例關(guān)系。增大主偏角可減小背向力FD，但增大了進(jìn)給力Ff。同理，增大副偏角，也可使FD減小。而FD的減小，有利于減小工藝系統(tǒng)的彈性變形和振動(dòng)。d.影響刀尖角的大小。主偏角和副偏角共同決定了刀尖角，故直接影響刀尖強(qiáng)度、導(dǎo)熱面積和容熱體積。P.影響斷屑效果和排屑方向。增大主偏角，切屑變厚變窄，容易折斷。上一頁下一頁返回第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例b.影響切削層形狀。主60第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例②主偏角的選擇。主偏角的大小影響刀具耐用度、背向力與進(jìn)給力的大小。減小主偏角能提高刀刃強(qiáng)度、改善散熱條件，并使切削層厚度減小、切削層寬度增加，減輕單位長度刀刃上的負(fù)荷，從而有利于提高刀具的耐用度;而加大主偏角，則有利于減小背向力，防止工件變形，減小加工過程中的振動(dòng)和工件變形。主偏角的選擇原則是在保證表面加工質(zhì)量和刀具耐用度的前提下，盡量選用較大值。工藝系統(tǒng)指切削加工時(shí)由機(jī)床、刀具、夾具和工件所組成的統(tǒng)一體。加工細(xì)長軸時(shí)，工藝系統(tǒng)剛度差，應(yīng)選用較大的主偏角，以減小背向力。加工強(qiáng)度、硬度高的材料時(shí)，切削力大，工藝系統(tǒng)剛度好時(shí)，應(yīng)選用較小的主偏角，以增大散熱面積，提高刀具耐用度。主偏角的選擇可參考表2-8。③副偏角的選擇。副偏角影響刀具的耐用度和已加工表面的粗糙度。增大副偏角，可減小副切削刃與已加工表面的摩擦，防止切削時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。減小副偏角有利于降低已加工表面的殘留高度，如圖2-28所示，降低已加工表面的粗糙度，但加劇副后面與已加工表面的摩擦。上一頁下一頁返回第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例②主偏角的選擇。主偏61第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例副偏角的選擇原則是在保證表面質(zhì)量和刀具耐用度的前提下，盡量選用較小值。一般情況下，當(dāng)工藝系統(tǒng)允許時(shí)，盡量取小的副偏角。外圓車刀常取。粗加工時(shí)，可大一些，。一巧。;精加工時(shí)可小些，。為了降低已加工表面的粗糙度，有時(shí)還可以磨出的修光刃。④過渡刃的形式。在主切削刃與副切削刃之間有一條過渡刃，如圖2-29所示。過渡刃有直線過渡刃和圓弧過渡刃兩種。過渡刃的作用是提高刀具強(qiáng)度，延長刀具耐用度，降低表面粗糙度。直線刃如圖2–29(a)所示。在粗車或強(qiáng)力車削時(shí)，一般取過渡刃偏角，長度b.圓弧刃如圖2-29(b)所示。圓弧刃即刀尖圓弧半徑。增大時(shí)，可減小表面粗糙度值，且能提高刀具耐用度，但會(huì)增大背向力FD，容易引起振動(dòng)，所以不能過大。通常高速鋼車刀=0.5~3mm硬質(zhì)合金車刀=0.5~2mm。上一頁下一頁返回第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例副偏角的選擇原則是在保62第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例c.水平修光刃如圖2-29(c)所示。水平修光刃是在刀尖處磨出一小段的平行刀刃。長度一般應(yīng)大于進(jìn)給量。具有修光刃的刀具若刀刃平直，裝刀精確，工藝系統(tǒng)剛度足夠，即使在大進(jìn)給切削條件下，仍能獲得很小的表面粗糙度值。d.大圓弧刃如圖2-29(d)所示。大圓弧刃即半徑為300~500mm的過渡刃。常用在寬刃精車刀、寬刃精刨刀、浮動(dòng)鎖刀等刀具上。(4)刃傾角的選擇①刃傾角的作用。刃傾角主要影響刀頭的強(qiáng)度和切屑流動(dòng)的方向(見圖2-30)。②刃傾角的選用原則。主要根據(jù)刀具強(qiáng)度、流屑方向和加工條件而定。粗加工時(shí)，為提高刀具強(qiáng)度，取負(fù)值;精加工時(shí)，為不使切屑劃傷已加工表面，常取正值或0。二、切削用量的選擇上一頁下一頁返回第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例c.水平修光刃如圖263第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例切削用量不僅是在機(jī)床調(diào)整前必須確定的重要參數(shù)，而且其數(shù)值合理與否對(duì)加工質(zhì)量、加工效率、生產(chǎn)成本等有著非常重要的影響。所謂“合理的”切削用量，是指充分利用刀具切削性能和機(jī)床動(dòng)力性能(功率、扭矩)，在保證質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。切削用量選擇原則:能達(dá)到零件的質(zhì)量要求(主要指表面粗糙度和加工精度)并在工藝系統(tǒng)強(qiáng)度和剛性允許下及充分利用機(jī)床功率和發(fā)揮刀具切削性能的前提下選取一組最大的切削用量。1.確定切削用量時(shí)考慮的因素(1)生產(chǎn)率。在切削加工中，金屬切除率與切削用量三要素aD、f、vc均保持線性關(guān)系，即其中任一參數(shù)增大1倍，都可使生產(chǎn)率提高1倍。然而由于刀具壽命的制約，當(dāng)任一參數(shù)增大時(shí)，其他二參數(shù)必須減小。因此，選擇切削用量，應(yīng)是三者的最佳組合。一般情況下，盡量優(yōu)先增大aD，以求一次進(jìn)刀全部切除加工余量。上一頁下一頁返回第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例切削用量不僅是在機(jī)床調(diào)64第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例(2)機(jī)床功率。背吃刀量aD和切削速度vc增大時(shí)，均使對(duì)切削功率成正比增加。進(jìn)給量f對(duì)切削功率影響較小。所以，粗加工時(shí)，應(yīng)盡量增大進(jìn)給量。(3)刀具壽命(刀具的耐用度卿。切削用量三要素對(duì)刀具壽命影響的大小，按順序?yàn)関c、f、aD。因此，從保證合理的刀具壽命出發(fā)，在確定切削用量時(shí)，首先應(yīng)采用盡可能大的背吃刀量aD，然后再選用大的進(jìn)給量f，最后求出切削速度vc。(4)加工表面粗糙度。精加工時(shí)，增大進(jìn)給量將增大加工表面粗糙度值。因此，它是精加工時(shí)抑制生產(chǎn)率提高的主要因素。在較理想的情況下，提高切削速度vc，能降低表面粗糙度值;背吃刀量aD，對(duì)表面粗糙度的影響較小。綜上所述，合理選擇切削用量，應(yīng)該首先選擇一個(gè)盡量大的背吃刀量aD，其次選擇一個(gè)大的進(jìn)給量f。最后根據(jù)已確定的aD和f，并在刀具耐用度和機(jī)床功率允許條件下選擇一個(gè)合理的切削速度vc。上一頁下一頁返回第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例(2)機(jī)床功率。背吃刀65第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例2.制定切削用量的原則粗加工的切削用量，一般以提高生產(chǎn)效率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本;半精加工和精加工的切削用量，應(yīng)以保證加工質(zhì)量為前提，并兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。(1)背吃刀量的選擇。粗加工時(shí)，在機(jī)床功率足夠時(shí)，應(yīng)盡可能選取較大的背吃刀量，最好一次進(jìn)給將該工序的加工余量全部切完。當(dāng)加工余量太大，機(jī)床功率不足，刀具強(qiáng)度不夠時(shí)，可分兩次或多次走刀將余量切完。切削表層有硬皮的鑄、鍛件或切削不銹鋼等加工硬化較嚴(yán)重的材料時(shí)，應(yīng)盡量使背吃刀量越過硬皮或硬化層深度，以保護(hù)刀尖。(2)進(jìn)給量的選擇。主要根據(jù)工藝系統(tǒng)的剛性和強(qiáng)度而定。生產(chǎn)實(shí)際中多采用查表法確定合理的進(jìn)給量f值。根據(jù)工件材料、車刀刀桿的尺寸、工件直徑及已確定的背吃刀量來選擇，若工藝系統(tǒng)剛性好，可選用較大的進(jìn)給量，反之應(yīng)適當(dāng)減小進(jìn)給量。進(jìn)給量的選擇可參考表2-9。上一頁下一頁返回第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例2.制定切削用量的原則66第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例(3)切削速度的確定。按刀具的耐用度T所允許的切削速度vT來計(jì)算。除了用計(jì)算方法外，生產(chǎn)中經(jīng)常按實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)手冊(cè)資料選取切削速度。(4)校驗(yàn)機(jī)床功率。機(jī)床功率所允許的切削速度(單位為m/min)為 (2-17)PE--機(jī)床電動(dòng)機(jī)功率(kW)Fc--切削力(N);--機(jī)床傳動(dòng)效率，一般刀=0.75~0.85。3.提高切削用量的途徑(1)采用切削性能更好的新型刀具材料。(2)在保證工件機(jī)械性能的前提下，改善工件材料加工性。(3)改善冷卻潤滑條件。(4)改進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)，提高刀具制造質(zhì)量。上一頁返回第六節(jié)刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例(3)切削速度的確定。67第七節(jié)磨削原理隨著各種高強(qiáng)度和難加工材料的廣泛應(yīng)用，對(duì)零件的精度要求也在不斷提高，磨削加工在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中已得到迅速的發(fā)展。磨削不僅用于精加工，而且用于粗加工毛坯去皮加工，能獲得較高的生產(chǎn)率和良好的經(jīng)濟(jì)性。磨削的加工余量可以很小，加工精度可達(dá)IT5~IT6級(jí)，加工表面粗糙度Ra可小至0.01~1.25um，鏡面磨削時(shí)，Ra可達(dá)0.01~0.04um。磨削常用于淬硬鋼、耐熱鋼及特殊合金鋼材料等堅(jiān)硬材料。一、磨削過程1.磨削過程磨削是利用砂輪上無數(shù)個(gè)微小磨粒的微切削刃對(duì)工件表面進(jìn)行的切削加工。與普通切削加工不同的是，磨粒切削刃的幾何形狀不確定。