第1章 金屬切削原理與刀具(新)

機械制造基礎（下冊）

第1章金屬切削原理與刀具第2章金屬切削機床簡介第3章常用金屬切削加工第4章典型表面加工分析第5章機械加工工藝規(guī)程分析第6章精密加工與特種加工簡介金屬切削加工的實質和分類：1.實質：切削加工是用刀具從毛坯（或型材）上切除多余的材料，使獲取的零件具有符合要求的形狀、尺寸，精度和表面質量的加工過程。2.分類：

切削加工可分為鉗工和機械加工（機工）。鉗工：劃線、鏨切、鋸、銼、刮、研、鉆孔、鉸孔、攻絲和套絲；機工：車、鉆、刨、銑、磨及齒輪加工。切削加工第1章金屬切削原理與刀具1.1切削運動及刀具結構1.2金屬切削基本規(guī)律1.3刀具磨損與耐用度1.4金屬切削效益分析1.1切削運動及刀具結構1.1.1切削運動及切削用量1.1.2刀具材料1.1.3車刀的形狀及幾何角度1.1.4刀桿中心線與進給方向不垂直時工件角度的變化1.1.1切削運動及切削用量1.零件表面的形成及切削運動

外圓面和內圓面（孔）：是以某一直線為母線，以圓為軌跡，作旋轉運動時所形成的表面。成型方法：車削、鉆孔、擴孔、鏜孔、鉸孔、內外圓磨削等.

平面：是以一直線為母線,以另一直線為軌跡,作平移運動時所形成的表面.成型方法：銑削、刨削、平面磨削等。

成形面：是以曲線為母線，以圓或直線為軌跡，作旋轉或平移運動時所形成的表面。成型方法：銑削、成形磨削、數(shù)控銑削、電火花加工、激光加工等。圖1-1零件不同表面加工時的切削運動

切削運動包括主運動（圖中Ⅰ）和進給運動（圖中Ⅱ）。主運動是切下切屑最基本的運動；進給運動是使金屬層不斷投入切削，從而加工出最終表面所需的運動?！?/p>

常見機床的切削運動：

機床名稱主運動Ⅰ進給運動Ⅱ

臥式車床工件的旋轉運動車刀的直線運動

機床名稱主運動Ⅰ進給運動Ⅱ

外圓磨床砂輪的旋轉運動

工件的旋轉及往復直線運動·

機床名稱主運動Ⅰ進給運動Ⅱ

鉆床鉆頭的旋轉運動鉆頭的直線移動

機床名稱主運動Ⅰ進給運動Ⅱ

車床工件的旋轉運動鏜孔刀的直線移動

機床名稱主運動Ⅰ進給運動Ⅱ

牛頭刨床刨刀的往復工件的間歇直線運動直線移動

機床名稱主運動Ⅰ進給運動Ⅱ

銑床銑刀的旋轉運動工件的直線移動由此可見，任何切削加工都必須有一個主運動，而進給運動則可能有一個或幾個。主運動是切削運動中速度最高，消耗功率最多的運動。圖1-1零件不同表面加工時的切削運動2.切削用量在切削過程中，工件上形成三個表面。如圖1-2所示。

已加工表面：工件上已切去切屑的表面。

待加工表面：工件上即將被切去切屑的表面。

加工表面：工件上正在切削的表面，也就是待加工表面與已加工表面之間的過渡表面。圖1-2車外圓的切削要素

在一般的切削加工中，切削用量包括切削速度，進給量和切削深度三要素。（1）切削速度v

在單位時間內，工件和刀具沿主運動方向的相對位移。單位為m/s或m/min。

1）若主運動為旋轉運動I旋

切削速度為其最大的線速度，如車外圓，切削速度為：

圖1-2車外圓的切削要素式中：dw—待加工表面直徑（mm）n—工件轉速（r/min）

2）若主運動為往復直線運動I線（如刨削、插削等），可用工作行程和空行程的平均速度作為切削速度。(m/s)

式中：L—往復直線運動的行程長度（mm）nr—主運動每分鐘的往復次數(shù)（str/min）

(m/s)

圖1-2車外圓的切削要素（2）進給量f

工件或刀具運動在一個工作循環(huán)（或單位時間）內，刀具與工件之間沿進給運動方向的相對位移。（3）切削深度ap待加工表面與已加工表面間的垂直距離，單位為mm。(mm)式中：dm

—已加工表面直徑（mm）（4）切削用量的合理選擇由于現(xiàn)代機床都具有足夠的剛性和功率，因此，在一般情況下，切削用量主要受刀具耐用度的限制。所謂刀具耐用度：刀具從刃磨鋒利開始到磨鈍為止的實際切削時間。綜合考慮切削速度v，進給量f

和切削深度ap對刀具耐用度T的影響，在用硬質合金車刀車削中碳鋼時：（當f>0.75mm/r時）式中：CT—與工件材料、刀具材料和其它切削條件有關的常數(shù)。

對于粗加工，應盡可能提高生產率和刀具耐用度，就應在選擇合理刀具耐用度的條件下，按切削深度ap→進給量f→切削速度v的順序來取其最佳值，即首先選取大的切削深度，其次取較大的進給量，最后在可能的條件下，盡量取大的切削速度。

對于精加工，首先應保證加工精度和表面質量，同時兼顧必要的刀具耐用度和生產率。一般多采用較小的切削深度和進給量，較高的切削速度。3.切削層幾何參數(shù)（1）切削厚度ac

兩相鄰加工表面間的垂直距離，單位為mm。如圖1-2所示，車外圓時：ac=f·sinkr(mm)（2）切削寬度aw

沿主切削刃度量的切削層尺寸，單位為mm。車外圓時：aw=ap/sinkr(mm)（3）切削面積Ac

切削層在垂直于切削速度截面內的面積，單位為mm2。車外圓時：Ac=ac·aw=f·ap

（mm2

）。圖1-2車外圓的切削要素1.1.2刀具材料1.刀具材料應具備的性能2.常用的刀具材料

(1)高的硬度和耐磨性

刀具材料的硬度必須大于工件材料的硬度。

一般來說，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。

(2)足夠的強度和韌性

刀具材料只有具備足夠的強度和韌性，才能承受切削力以及切削時產生的沖擊和振動，以免刀具產生脆性斷裂或崩刃。(3)高的耐熱性

耐熱性是指刀具材料在高溫下仍能保持其切削性能(硬度、強度、韌性等)的能力，又稱熱硬性。(4)良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能

刀具材料的導熱性愈好，散熱愈快，有利于降低切削速度。

刀具材料抵抗熱沖擊的能力可用耐熱沖擊系數(shù)來衡量。(5)良好的工藝性和經(jīng)濟性

為便于刀具本身的制造和刃磨，刀具材料還應具備一定的工藝性能，如鍛造性能、焊接性能及切削加工性能等。

1.刀具材料應具備的性能2.常用的刀具材料（1）碳素工具鋼及合金鋼

碳素工具鋼是含碳量較高的優(yōu)質鋼（含碳量0.7%~1.2%,如T8A、T10A、T12A等）淬火后含碳量較高的工具鋼，耐熱性較差（表1-1）。

在碳素工具鋼中加入少量的Cr、W、Mn、Si等元素形成合金工具鋼，如（9CrSi、CrWMn等）?？蛇m當減少熱處理變形和提高耐熱性，由于這兩種材料的耐熱性較低，目前主要用來制造一些切削速度不太高的手工工具，如銼刀、鋸條、鉸刀等，較少用來制造其它刀具。（2）高速鋼

是含有大量W、Cr等合金元素的高合金工具鋼。這些合金元素很容易形成各種金屬碳化物，因此硬度和耐磨性顯著提高。常溫硬度63～70HRC,耐熱溫度：600～700℃,由于高速鋼工藝性能好，熱處理變形小，用來制造各種刀具：成形車刀、鉆頭、銑刀、拉刀、齒輪刀具等,是目前主要的刀具材料之一.

常用牌號是：W18Cr4V。其中鎢是使高速鋼具有較好熱硬性的主要元素，平均含鎢量為18%；Cr主要用以提高硬度和改善熱處理性能，平均含Cr量為4%；V可細化晶粒和提高耐磨性,平均含V量為1%。高速鋼具有較好的熱硬性，良好的強度和韌性，并制造簡單，刃磨方便。切削中碳鋼時，切削速度為0.5m/s。常用于制造具有一定切削速度,形狀復雜的刀具,如鉆頭、銑刀和齒輪刀具等.

（3）硬質合金1）硬質合金的特點

是將以碳化鎢（WC），碳化鈦（TiC）研成粉為基體，用鈷（CO）作粘接劑，用粉末冶金的方法經(jīng)高溫燒結而成。

它具有很高的硬度75~80HRC，耐磨性也很好，耐熱溫度T耐為800~1000℃,切削速度可達1.6m/s，但硬質合金脆性大，抗彎強度低，抗振動、沖擊的能力較差，刃磨困難。硬質合金常制成一定形狀和規(guī)格的刀片，將其機械夾固或焊接在刀頭上使用。2）常用硬質合金的分類及性能鎢鈷類合金（YG類）：

由碳化鎢和鈷組成。YG類合金韌性好，硬度和耐磨性稍差，適于加工鑄鐵，青銅等脆性材料。常用牌號有YG3、YG6、YG8等。YG8適于粗加工，YG3適于精加工，YG6適于半精加工。

鎢鈦類合金（YT類）：

由碳化鎢、碳化鈦和鈷組成。YT類硬質合金不宜用于切削鑄鐵，只能用于切削碳素鋼、合金鋼等塑性材料。常用牌號有YT5、YT15、YT30等。YT30適于精加工，YT5適于粗加工。（4）陶瓷刀具

陶瓷刀具的主要成分是Al2O3，陶瓷刀具的硬度高、耐磨性好、耐熱性高（表1-1），允許使用較高的切削速度，加工Al2O3的價格低廉、原料豐富，因此有很好的發(fā)展前途。但陶瓷材料性脆怕沖擊，切削時易崩刃。近十年來，各國已先后研制成功“金屬陶瓷”，如我國研制成的AM、AMF、AMT、AMMC等牌號的金屬陶瓷，其成分除Al2O3外，還含有各種金屬元素，抗彎強度比普通陶瓷刀片高。（5）其它刀具材料

1）人造金剛石

人造金剛石硬度極高（10000HV）,耐熱性為700～800℃。聚晶金剛石大顆粒可制成一般切削刀具，單晶微粒主要制成砂輪，金剛石可以加工高硬度而具耐磨的硬質合金、陶瓷、玻璃外，還可以加工有色金屬及其合金，但不宜加工鐵族金屬，這是由于鐵和碳原子的親和力較強，易產生粘結作用而加快刀具磨損。

2）立方氮化硼（CBN）立方氮化硼是人工合成的又一種高硬材料，硬度（7300～9000HV）僅次于金剛石。但它的耐熱性為化學穩(wěn)定性大大高于金剛石，能耐1300～1500℃的高溫，并且與鐵族金屬的親和力小，因此它的切削性能好，不但適合于非鐵族難加工材料的加工，也適合于鐵族材料的加工。1.1.3車刀的形狀及幾何角度1.刀具切削部分的結構要素如圖1-3所示，各種復雜刀具或多齒刀具，拿出其中一個刀齒，它的幾何形狀都相當于一把車刀的刀頭。圖1-3各種刀具切削部分的形狀（1）車刀切削部分的組成車刀的結構形式有整體式，焊接式，機械夾固式等幾種，它們都由刀體和刀頭兩部分組成。刀體為夾持部分，刀頭為切削部分，由三面二刃一刀尖組成。外圓車刀1）前刀面：切削時切屑流出所經(jīng)過的表面。2）主后刀面：切削時刀具上與工件的加工表面相對的表面.

3）副后刀面：切削時刀具上與工件的已加工表面相對的表面.4）主切削刃：前刀面與主后刀面的交線。切削時大部分切削工作由它完成。5）副切削刃：前刀面與副后刀面的交線。切削時副切削刃也起一定微量的切削作用。6）刀尖：主切削刃與副切削刃相交的交點為刀尖。為增加刀尖部分的強度和耐磨，一般刀尖處都磨成一段小圓弧或折線。外圓車刀2.刀具角度參考系

車刀要能完成切削工作，其切削部分的各表面和切削刃在空間就要有一定的相對位置，構成一定的角度。為了確定這些角度，規(guī)定了三個輔助平面。（1）輔助平面：1）基面：通過主切削刃上某一點，與該點切削速度方向相垂直的平面，稱為該點的基面。2）切削平面：通過主切削刃上某一點，并與加工表面相切的平面，稱為該點的切削平面，切削平面與基面互相垂直。3）主剖面：通過主切削刃上某一點，與主切削刃在基面上投影相垂直的平面，這三個輔助平面互相垂直，構成一個空間直角坐標系，稱為主剖面坐標系。輔助平面（2）車刀的基本角度及合理選擇1）前角γo

：在主剖面中，前刀面與基面之間的夾角。根據(jù)前刀面與基面相對位置不同，又可分為正前角、零前角和負前角。車刀的基本角度前角的正和負

前角的作用：前角↑切屑變形↓前刀面磨損↓切削力↓但前角過大：刀刃強度↓刀具壽命↓刀具前角γo的選用：

1）工件材料的強度、硬度愈高，前角應愈小。如：加工中碳鋼：＝15o~20o，加工低碳鋼＝20o~25o，加工鋁合金＝30o~35o。2）刀具材料不同，加工同樣工件采用的前角值也不同，如硬質合金車刀的前角一般取-5o~20o，而高速鋼的抗彎強度和韌性較硬質合金高得多，刀具允許采用較大的前角（約可增大5o~10o）。

3）加工情況：如精加工時，切削深度較小，刀具受力不大，可取較大的前角；粗加工時，應取較小的前角；如機床剛度較差，前角可取大些，以減少振動。

前角γo

：-5o~35o。粗加工取較小值；精加工取較大值。

2）后角：在主剖面中，主后刀面與切削平面之間的夾角.車刀的基本角度后角的作用：后角↑主后刀面與加工表面間的摩擦↓主后刀面磨損↓

但后角過大：刀刃強度↓散熱條件

↓刀具后角的選用：后角：2o~12o。粗加工取較小值；精加工取較大值。

車刀的基本角度主偏角的作用：

主偏角↓主切削刃工作長度↑徑向切削分力↑刀具主偏角的選用：主偏角：30o~90o。

1）粗加工取較大值：60o，75o，90o

2）精加工取較小值：45o，60o3）主偏角Kr：在基面上，主切削刃的投影與進給方向之間的夾角。

徑向力引起的工件變形變形前變形后被切除的金屬層Fy

車刀的基本角度副偏角的作用：副偏角↑刀具副后刀面與已加工表面的摩擦↓表面粗糙度↑刀具副偏角的選用：副偏角：5o~20o。粗加工取較大值精加工取較小值

4）副偏角：在基面上，副切削刃的投影與進給反方向之間的夾角。

車刀的基本角度刃傾角的作用：它主要影響主切削刃的強度和切屑流出的方向。

刀具刃傾角的選用：刃傾角：-5o~+5o粗加工取負值。精加工取正值。

5）刃傾角：在切削平面中，主切削刃與基面之間的夾角。

當?shù)都馓幱谥髑邢魅凶罡唿c時,為正值（圖a）,這時,主切削刃強度較差,切屑向待加工表面流出,不影響加工表面質量;

當主切削刃與基面重合時，＝0（圖b）；

當?shù)都馓幱谥髑邢魅凶畹忘c時，為負值（圖c）,這時,主切削刃強度較好,切屑向已加工表面流出,可能劃傷已加工表面.3．車刀的工作角度

刀具在切削過程中的實際切削角度，稱為工作角度。

如圖所示：車外圓安裝車刀時，刀尖如果高于或低于工件回轉軸線，則切削平面和基面的位置將發(fā)生變化當?shù)都飧哂诠ぜ剞D軸線時，前角增大，后角減??；反之，若刀尖低于工件的回轉軸線，則前角減小，后角增大。車刀安裝高低對前角和后角的影響

如圖所示：若車刀刀桿中心線與進給方向不垂直，車刀的主、副偏角將發(fā)生變化。

若刀桿右偏（圖a）,則主偏角增大，副偏角減??；

若刀桿左偏（圖c）,則主偏角減小，副偏角增大。車刀安裝偏斜對主偏角和副偏角的影響1.2金屬切削基本規(guī)律1.2.1切屑種類及形成機理1.2.2金屬切削過程中的變形規(guī)律1.2.3切削的加工硬化與殘余應力1.2.4積屑瘤和鱗刺1.2.5切削力與切削功率1.2.6切削熱、切削溫度及切削液1.2.1切屑種類及形成機理1.切屑形成過程：

塑性金屬的切削過程，本質上是一種擠壓過程。一般要經(jīng)過彈性變形、塑性變形和擠裂三個階段。

2.切屑的種類：

切屑一般分為帶狀切屑、擠裂切屑、單元切屑、崩碎切屑等四類，如圖1-19所示。1.2.3切削的加工硬化與殘余應力

1.加工硬化

切削時，不僅形成切屑的那一層金屬產生很大的變形,而且工件已加工表面層，由于前刀面的擠壓作用和與后刀面之間的摩擦，使其硬度比工件原來硬度提高，而塑性、韌性明顯降低，這種現(xiàn)象稱為加工硬化。

2.殘余應力

在切削過程中，還由于切削力和切削熱的作用，使已加工表面層存在殘余應力，也會影響零件表面質量和使用性能。必要時，需在工序間穿插去應力退火，以消除殘余應力。1.2.4積屑瘤

在一定的切削速度下切削塑性材料時，往往在前刀面靠近切削刃處粘結著一小塊很硬的金屬，這塊金屬叫積屑瘤，又稱刀瘤，如圖1-35所示。圖1-35刀具上的積屑瘤及其使前角增大的情況

積屑瘤對切削加工的影響，概括起來可分為兩個方面：

有利的方面有：

1）積屑瘤包覆在切削刃上，代替刀具進行切削，對切削刃起到一定的保護作用。2）形成積屑瘤時增大了實際工件前角，可使切削力減小.

不利的方面有：

1）當積屑瘤突出于切削刃之外時,會造成一定的過切量,從而使切削力增大,在工件表面劃出溝紋并影響到零件加工的尺寸精度。2）由于積屑瘤局部不穩(wěn)定,容易使切削力產生波動而引起振動。3）積屑瘤形狀不規(guī)則，使切削刃形狀發(fā)生畸變，直接影響加工精度。4）積屑瘤被撕裂后，若被切屑帶走，會劃傷刀面，加快刀具的磨損，若留在已加工表面上，會形成毛刺，影響工件表面質量。

1)當v很低（v<5m/min）時，切削溫度較低，切屑內部結合力較大，前刀面與切屑間的摩擦小，積屑瘤不易形成；2)當v增大（v=5～50m/min）時，切削溫度升高,摩擦加大,則易于形成積屑瘤；3)當v很高（>100m/min）時，切削溫度升高，摩擦較小，則無積屑瘤形成。

因此，在精加工時，要特別注意防止積屑瘤的產生，采取的措施：

1)采取高速切削；2)采取極低的切削速度；3)噴注切削液；4)增大刀具前角，減小進給量f，減小前刀面粗糙度值；5)對塑性金屬材料來說，可采取適當?shù)臒崽幚?，改變其金相組織。例如低碳鋼通過正火、調質處理后，能提高其硬度，降低其塑性，減小積屑瘤生長。一般精車、精銑采用高速切削，而拉削、鉸削和寬刀精刨時，采用低速切削，以避免形成積屑瘤。

如加工中碳鋼工件：1.2.5切削力與切削功率1.切削力及研究切削力的意義2.切削合力、分力和切削功率3.切削力的測量與計算（1）切削合力和切削分力·主切削力Fz—是沿切削速度方向上的分力，又稱為切向力.·進給抗力Fx—是F在進給運動方向上的分力，外圓車削中又叫軸向力。·切深抗力Fy—是F在切深方向上的分力，外圓車削中，又叫徑向力。圖1-41外圓車削時的切削合力與分力

切削合力、分力和切削功率刀具在切削工件時，必須克服材料的變形抗力以及刀具與工件、切屑之間的摩擦阻力。這些阻力的總和就是切削合力。車削外圓時，作用在車刀上的切削合力指向刀具的右下方（如圖1-41）,為了便于測量和研究，常把切削合力分解成互相垂直的三個分力：

?

三個分力中，主切削力Fz最大，消耗功率也最多，約占總功率的95%。它是決定機床主電機功率、設計與校驗主傳動系統(tǒng)各零件以及夾具、刀具強度、剛度的重要依據(jù)。

?

通常情況下，F(xiàn)x和Fy都小于Fz，隨著刀具幾何參數(shù)、刀具磨損情況、切削用量的不同，F(xiàn)x、Fy相對于Fz的比值在很大范圍內變化，三者之間的比例大致為：Fx：Fy：Fz=(0.1~0.6)：（0.15~0.7）：1。這三個互相垂直的分力與切削合力F有如下的關系：

生產中常用單位切削力來估算切削力的大小。所謂單位切削力，就是切削單位切削面積（如1m㎡）所需要的切削力，單位為N/m㎡。（2）切削力的估算（N）

又

若已知實際的切削深度ap和進給量f，便可估算出主切削力。

由于主切削力差不多等于切削合力，切削時切削功率的90%以上是消耗在主切削力上。所以主切削力是切削功率計算的主要依據(jù)。（3）切削功率切削功率：

（kw）

由此，可計算出機床主電機所需功率PE≥Pzη式中η——機床傳動效率，一般取η＝0.75~0.85。1.2.6切削熱、切削溫度及切削液1.切削熱及切削溫度（1）切削熱及其對切削過程的影響

用刀具切削工件而產生的熱稱為切削熱。切削熱也是切削過程中產生的重要物理現(xiàn)象，對切削過程影響有多方面影響。切削熱傳散到工件上，會引起工件的熱變形，因而降低加工精度，工件表面上的局部高溫則會惡化已加工表面質量。傳散到刀具上的切削熱是引起刀具磨損和破損的重要原因。切削熱還通過使刀具磨損對切削加工生產率和成本發(fā)生影響?？傊?，切削熱對切削加工的質量、生產率和成本都有直接、間接的影響，研究和掌握切削熱產生和變化的一般規(guī)律，把切削熱的不利影響限制在允許的范圍之內，對切削加工生產是有重要意義的。（2）切削熱的產生與傳出1）切削熱的產生

?

切削熱產生于三個變形區(qū)，切削過程中，三個變形區(qū)內的金屬變形與摩擦產生切削熱的根本原因，切削過程中變形與摩擦所消耗的功，絕大部分轉化為切削熱。如圖為切削熱產生的部位及傳散情況示意圖。

2）切削熱的傳出?切削過程中產生的切削熱，將通過切屑、工件、刀具和周圍介質向切削區(qū)外傳散。各途徑傳散熱量的比例與切削形式、刀具、工件材料及周圍介質有關。車削加工中50%~86%的熱量由切屑帶走,10%~40%傳入工件，3%~9%傳入車刀，1%左右傳入空氣。鉆孔時,28%的熱由切屑帶走，14.5%傳入刀具，52.5%傳入工件，5%左右傳入周圍介質。?另外，切削速度υ對各途徑傳熱比例也有一定的影響。切削速度υ越高，切屑帶走的熱量則更少。

1）切削用量

據(jù)試驗知，車削鋼材時的切削溫度與切削用量的關系：

式中：—切削溫度—常數(shù)

可見，切削用量中，以切削速度對切削溫度的影響最大，進給量次之，而切削深度影響最小。（3）切削溫度

?切削溫度是指刀具表面上與切屑、工件接觸處的平均溫度。（4）影響切削溫度的主要因素

?影響切削溫度的主要因素有切削用量、工件材料、刀具材料及刀具幾何形狀、冷卻液等。①前角前角γo

增大，切削力減小，消耗的功率及產生的切削熱相應減少，故前角在一定范圍內增大時，切削溫度隨前角增大而降低，但當前角增大到一定程度后，則會由刀尖契角減小使散熱條件變差的作用變得突出，繼續(xù)增大刀具反而會使切削溫度升高。圖1-53示出了θ隨γo增加而變化的規(guī)律。②主偏角在切削深度ap不變時，減小主偏角κr，將使刀刃工作長度增加，散熱條件得到改善，但同時，切屑會變得薄而寬，使切屑平均變形增大面是導致生熱增加。由于散熱作用更大，故θ還是隨κr的減小而降低。圖1-54示出了主偏角對θ的影響規(guī)律。2）刀具角度圖1-52前角對切削溫度的影響

工件材料：45鋼刀具材料：高速鋼

ap=1.5mm，f=0.2mm·r-1，υc=20m·min-1

圖1-53主偏角對切削溫度的影響

ap=2mm，rε=20mm工件材料的強度、硬度、塑性及熱導率對切削溫度有較大的影響。工件強度、硬度高，切削時的切削力大，消耗功率大，產生的切削熱多，故切削溫度高。由于45鋼在正火、調質和淬火狀態(tài)下的強度、硬度差別較大，故三者的切削溫度差別也相當明顯。工件的導熱系數(shù)對切削溫度也有很大的影響，不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)的強度、硬度雖然低于45鋼，但它的導熱系數(shù)小于45鋼（約為45鋼的1/3）切削溫度比45鋼高40%。切削脆性金屬材料時，塑性變形小，切屑呈崩碎狀態(tài)，與前刀面的摩擦小，故產生的切削熱少，切削實驗結果表明，切灰鑄鐵HT200時的切削溫度比切45鋼大約低25%。3）工件材料2.切削液

在金屬切削過程中合理選用切削液，可以改善刀具與切屑和刀具與工件界面的摩擦情況，改善散熱條件，從而降低切削力、切削溫度和刀具磨損。切削液還可以減少刀具與切屑的粘結，抑制積屑瘤和鱗刺的生長，提高已加工表面質量，可以減少工件熱變形，保證加工精度。通常要求切削液具有以下四方面作用：

1）冷卻作用2）潤滑作用3）清洗作用4）防銹作用

除上述作用外,還要求切削液價廉、配制方便、穩(wěn)定性好、不污染環(huán)境和不影響人體健康。以上要求對一種切削液很難全面滿足。因此，要根據(jù)具體切削條件和使用要求，合理選用。金屬切削加工中常用的切削液可分三大類：水溶液、乳化液、切削油。

①水溶液水溶液主要成分是水，最簡單的是在水中加入一定防銹添加劑，為了具有一定的潤滑性能，可加入一定量表面活性物質和油性添加劑。這樣就使水溶液既有良好冷卻性，又有一定潤滑性，同時又透明，操作者便于觀察，某些情況下可代替乳化液，多用于磨削，也可用于切削。②乳化液乳化液是乳化油用水稀釋而成。乳化油是由礦物油、乳化劑及添加劑配成，用95~98%水稀釋成乳白色的或半透明的乳化液。它有良好的冷卻作用，但潤滑、防銹性能較差，可再加入一定量的油性、極壓添加劑和防銹添加劑，配成極壓乳化液和防銹乳化液。前者適用于極壓邊界摩擦，可代替植物油，后者適用于防銹性能要求較高的加工。1.切削液的種類③切削油主要成分是礦物油。常用的有5#、7#、10#、20#、30#機械油和輕柴油、煤油等，但不適用于邊界潤滑，邊界潤滑需要加入油性、極壓添加劑。

也有少數(shù)采用動植物油，如豆油、菜油、棉子油、蓖麻油、豬油等。

復合油是將植物油或動物油脂與礦物油混合制成。它們在邊界潤滑狀態(tài)下具有良好的潤滑作用，適用于低速精加工。但它們是食用油，又容易變質，故最好不用或少用，由含硫、氯等極壓添加劑的礦物油代用。

此外，也有采用固體潤滑劑的，如二硫化鉬，其摩擦系數(shù)很小，有很高的抗壓能力和附著能力，不與酸堿起作用，溫度穩(wěn)定性好，40℃左右才開始分解。將二硫化鉬與硬脂酸及石臘做成臘筆，涂于刀具表面，或混合在水中或油中，涂抹在刀具表面，可提高刀具耐用度和加工表面光潔度。如對鋼件30CrMnSiA攻絲，效果顯著。

切削液應根據(jù)工件材料、刀具材料、加工方法和加工要求的具體情況選用，否則不能取得應有的效果。高速鋼刀具耐熱性差，故應采用切削液。粗加工時，金屬切除量多，產生熱量大，刀具容易磨損。使用切削液的主要目的為降低切削溫度，可選用以冷卻為主的切削液，如3～5%乳化液或水溶液。精加工時主要改善加工表面質量，應選用潤滑性好的極壓切削油或高濃度極壓乳化液。硬質合金刀具由于耐熱性好，一般不用切削液，必要時也可采用低濃度乳化液或水溶液,但必須連續(xù)，充分地供應，否則高溫下刀片冷熱不勻，容易產生很大內應力而導致裂紋。2.切削液的合理選用

·從加工材料考慮，切削鋼料等塑性材料，需用切削液。切削鑄鐵等脆性材料，則一般可不用切削液，因為作用不如切鋼時明顯，且容易搞臟工作地。對于高強度鋼、高溫合金等難加工材料，對切削液的冷卻、潤滑等方面，均有較高要求。這類材料的切削加工均處于極壓潤滑摩擦狀態(tài)，故應選用極壓切削油或極壓乳化液，有時還需專門配制特殊的切削液以適應其切削要求。對于銅、鋁及鋁合金，為了得到較高表面質量和精度，可采用10~20%乳化液、煤油或煤油與礦物油的混合。但要注意硫會腐蝕銅，故切銅時不用含硫的切削液。鋁的強度低，如果極壓添加劑與金屬形成的化合物強度超過金屬本身，這種切削液將帶來相反效果，故切鋁時也不宜用硫化切削油。

常見的切削液使用方法有澆注法、高壓冷卻法和噴霧冷卻法：1）澆注法:如圖所示，澆注法使用方便，應用廣泛，但流量慢、壓力低，較難直接進入刀刃最高溫度處，故效果較差。使用時應使切削液盡量接近切削區(qū)。3.切削液的使用方法2）高壓冷卻法

深孔加工時，利用高壓的切削液，可以直接接近切削區(qū)起冷卻、潤滑作用,并將碎斷的切屑隨液流帶出孔外。3）噴霧冷卻法噴霧冷卻法是以壓力為0.29~0.59Mpa(3~6kgf/cm2)的壓縮空氣，借助噴霧器使切削液霧化，經(jīng)直徑1.5~3mm的噴咀，高速噴射到切削區(qū)，見圖1-59。高速氣流帶著霧化成細小液滴的切削液能滲透到切削區(qū)接觸面間。遇到灼熱的表面時，很快汽化，吸收大量熱量。噴霧冷卻示意圖1.3刀具磨損與耐用度1.3.1刀具磨損形式及過程1.3.2刀具磨損的原因及本質1.3.3切削用量與耐用度的關系1.3.4刀具破損1.3.1刀具磨損形式及過程1.刀具磨損形式2.刀具磨損過程3.刀具磨鈍標準

1.刀具磨損形式刀具的磨損形式有下面三種：（1）前刀面磨損（月牙洼磨損）

加工塑性金屬時，如果切削速度較高和切削厚度較大，切屑會逐漸在前刀面上磨出一個月牙狀的小凹坑（圖1-60）。隨著切削時間的增加，月牙洼的深度逐漸增大，而寬度的變化較小。在前刀面磨損部位的中間處垂直切削刃作一法剖面，月牙洼的表示方法如圖1-60中的A—A剖面所示圖1-60外圓車刀典型的磨損形式示意圖

由于切削刃鈍圓半徑部位對加工表面的擠壓與摩擦，在切削刃下方會磨出一狹條后角等于零的棱面，這就是后刀面磨損。切削塑性金屬，如果切削厚度較小和切削速度低；或者切削脆性金屬，一般不產生月牙洼磨損。但在一般情況下都有后刀面磨損。后刀面磨損平均值以VB表示（圖1-62），以VBmax表示切削刃中部的最大磨損值。由于在各類刀具上都有后刀面磨損，而且容易測量，故通常以它表示磨損的大小。但當前刀面磨損較后刀面嚴重時，應以月牙磨損量表示磨損的大小。（2）后刀面磨損（3）前刀面和后刀面同時磨損這是一種兼有前兩種磨損的形式。切削塑性金屬時，經(jīng)常會發(fā)生這種磨損。2.刀具磨損過程隨著切削時間的延長，刀具的磨損也逐漸增大。磨損的速度主要取決于刀具材料、工件材料與切削速度。圖1-64中曲線a是切削性能較好的刀具材料加工容易切削的工件材料，或者切削速度不太高、刀具磨損很緩慢時的磨損曲線。圖中曲線c是耐熱性較差的刀具材料（例如高速鋼）以較高的切削速度切削黑色金屬，或者切削速度很高刀具很快磨損的磨損曲線。如果刀具材料是高速鋼，而切削區(qū)的平均溫度超過了高速鋼的允許溫度（一般在600~700℃左右），則刀具切削區(qū)的硬度很快下降，使刀具在短時間內就已磨損。

不論哪種磨損方式，就其磨損過程而言，都包括初期磨損、正常磨損和劇烈磨損三個階段。如圖所示。第一階段（OH段）是初期磨損階段。在這較短的時期里，刀具表面最突出的微粒被強烈磨損。摩擦表面愈光潔，則磨損愈緩慢。

第二階段（HI段）是正常磨損階段。在這一階段里，隨切削時間的增加，磨損逐漸增大。

當磨損達到某種程度時，摩擦的條件改變了（主要是溫度劇烈增高）從而進入第三階段（IJ段）為劇烈磨損階段。使用刀具時，應避免進入這一階段。經(jīng)驗表明，在刀具正常磨損階段的后期，急劇磨損階段之間，換刀重磨為最好，這樣既可保證加工質量又能充分利用刀具材料。1.3.3切削用量與耐用度的關系1.刀具耐用度

刀具由刃磨后開始切削一直到磨損量達到磨鈍標準的總切削時間為刀具耐用度（用T表示）.一般地，磨鈍標準為后刀面磨損高度VB。2.切削用量與耐用度之間的關系1.4金屬切削效益分析1.4.1零件的加工表面質量1.4.2材料的切削加工性1.4.3刀具幾何參數(shù)的合理選擇1.4.4切削用量的合理選擇

1.4.1零件的加工表面質量

零件的加工質量直接影響產品的使用性能和使用壽命，它包括加工精度和表面質量。

加工精度：尺寸精度、形狀精度、位置精度；

表面質量：表面粗糙度、表面層加工硬化、表層殘余應力

加工質量1.加工精度1）尺寸精度：指的是表面本身的尺寸精度（如圓柱面的直徑）和表面間的尺寸精度（如孔間距離）。尺寸精度的高低，用尺寸公差的大小來表示。國標規(guī)定，尺寸公差有20個公差等級，IT表示標準公差。IT01，IT0，IT1，IT2……IT18數(shù)字越大，精度越低，公差值大2）形狀精度：指的是零件表面與理想表面之間在形狀上接近的程度。如直線的直線度，平面的平面度，圓的圓度。3）位置精度：指的是表面、軸線或對稱平面之間的實際位置與理想位置接近的程度，如兩圓柱面的同軸度，兩平面間的平行度或垂直度。一般零件通常只規(guī)定尺寸公差，而對于要求較高的零件，除了規(guī)定尺寸公差之外，還規(guī)定其所需的形狀公差，位置公差。

表面質量通常是以表面粗糙度來衡量的。

表面粗糙度：零件表面的微觀幾何形狀誤差。主要是由切削過程中在工件表面上留下的刀痕所引起的。呈交錯起伏的峰谷現(xiàn)象，粗加工后的表面明顯可見。

表面粗糙度的主要評定參數(shù)有三種：輪廓算術平均偏差Ra、微觀不平度十點高度Rz和輪廓最大高度Ry。2.表面質量

1.4.1零件的加工表面質量

·表面質量對零件使用性能影響（1）表面質量對零件耐磨性能的影響

表面質量的高低，對零件的耐磨性能和裝配質量影響很大。一般來說，表面粗糙度大的零件，裝配后接觸剛度低、運動平穩(wěn)性差，機器噪音大、使用壽命低。（2）表面質量對疲勞強度的影響

金屬表面粗糙度越大，加工硬化現(xiàn)象和殘余應力越大，疲勞強度就越低。表面粗糙度越小，因材料的疲勞而引起的表面裂紋機會越少（如研磨、超精加工等），疲勞強度越高。（3）表面質量對抗腐蝕性的影響

提高表面質量是增加抗腐蝕能力的有效措施，大氣里所含的氣體和液體金屬表面相接觸，便凝結在金屬表面上，對表面有腐蝕作用。

1.4.2材料的切削加工性1.衡量材料可切削加工性指標常用切削加工性能指標有以下幾個：（1）一定刀具耐用度下的切削速度VT

即刀具耐用度為T（min）時切削某種材料的所允許切削速度。VT越高，材料的切削加工性越好。若取T=60min則VT可寫作V60。（2）相對加工性κr

即各種材料的V60與45#鋼（正火）的V60比值。由于把后者的V60作為比較的基準，故寫作（V60）j，于是κr=V60/（V60）j。若κr>1，其切削加工性比45#鋼好；反之則切削加工性比45#鋼差。（3）已加工表面質量

凡較容易獲得好的表面質量的材料，其切削加工性較好；反之則較差。精加工時，常以此為衡量指標。（4）切屑控制或斷屑的難易

凡切屑較容易控制或易于斷屑的材料，其切削加工性較好；反之較差。在自動機床或自動線上加工時，常以此為衡量指標。

（5）切削力

在相同的切削條件下，凡切削力較小的材料，其切削加工性較好；反之較差。在粗加工中，當機床剛性或動力