朱明zhubob-機(jī)械加工工藝與設(shè)備第二章課件

第二章金屬切削過程的基本知識第二章金屬切削過程的基本知識1一、金屬切削運(yùn)動(dòng)和切削要素

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運(yùn)動(dòng)，這種相對運(yùn)動(dòng)稱為切削運(yùn)動(dòng)。切削運(yùn)動(dòng)可分為主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。一、金屬切削運(yùn)動(dòng)和切削要素在金屬切削加工過程中，用刀21.主運(yùn)動(dòng)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、鏜削中主軸的運(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。1.主運(yùn)動(dòng)切除多余金屬層以形成工件要求的形狀、尺寸精度及表面3圖2－1各種切削加工的切削運(yùn)動(dòng)圖2－1各種切削加工的切削運(yùn)動(dòng)42.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使新的金屬不斷投入切削的運(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。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）。2.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使新的金屬不斷投入切削的運(yùn)動(dòng)。它保證切削工作連續(xù)53.合成切削運(yùn)動(dòng)

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)相對工件的運(yùn)動(dòng)稱為合成切削運(yùn)動(dòng)。3.合成切削運(yùn)動(dòng)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6

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）。即：工件上有待切削金屬層的表面已加工與待加工表面間的切削刃正在切除的表面工件上經(jīng)刀具切削后形成的表面。圖2－2車削運(yùn)動(dòng)和加工表面在切削過程中，工件上通常存在著三個(gè)不斷變化的切削表面（如7二、切削用量

在切削加工過程中，需要針對不同的工件材料、刀具材料和其它技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求來選定適宜的切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量值。切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量通常稱為切削用量三要素。二、切削用量在切削加工過程中，需要針對不同的工件材81.切削速度

切削速度

---切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的主運(yùn)動(dòng)的線速度。式中——主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速，r/s(或r/min)；

——刀具或工件的最大直徑，mm。單位為m/s（或m/min）計(jì)算公式為：1.切削速度切削速度---切削刃上選定點(diǎn)相對于式中92.進(jìn)給量進(jìn)給量---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)給量的大小也反映了進(jìn)給速度（單位為mm/min）。關(guān)系式為：

2.進(jìn)給量進(jìn)給量---當(dāng)主運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀具（或工件）103.背吃刀量

背吃刀量

---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：

——待加工表面直徑，mm——已加工表面直徑，mm

3.背吃刀量背吃刀量---是工件上待加工表面和已加工114.合成運(yùn)動(dòng)速度

合成運(yùn)動(dòng)速度

---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。4.合成運(yùn)動(dòng)速度合成運(yùn)動(dòng)速度---在主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)12三、切削層參數(shù)

切削過程中，刀具切削刃在一次進(jìn)給（走刀）中，從工件待加工表面上切下的金屬層稱切削層。如圖2－4所示，外圓車削時(shí)，工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀從位置Ⅰ移到位置Ⅱ，所切下Ⅰ與Ⅱ之間的金屬層為切削層。切削層參數(shù)共有三個(gè)，通常在垂直于切削速度的平面內(nèi)測量。三、切削層參數(shù)切削過程中，刀具切削刃在一次進(jìn)給（走13圖2－3切削層參數(shù)

圖2－3切削層參數(shù)14切削厚度

---是指垂直于過渡表面度量的切削層尺寸。的大小反映了切削刃單位長度上的工作負(fù)荷。1．切削厚度

切削厚度---是指垂直于過渡表面度量的切削層尺寸。的152．切削寬度

切削寬度

---是指沿過渡表面度量的切削層尺寸。的大小反映了切削刃參加切削的長度。sinpDrabk=2．切削寬度切削寬度---是指沿過渡表面度量的切削層尺163．切削面積

切削面積

---是指在切削層尺寸平面里度量的橫截面積。

3．切削面積切削面積---是指在切削層尺寸平面里度量17

二、金屬切削刀具幾何角度

二、金屬切削刀具幾何角度18圖2－4幾種刀具切削部分的形狀

金屬切削加工的刀具種類繁多，各種刀具的結(jié)構(gòu)盡管有的相差很大，但刀具切削部分具有相同的幾何特征。其中較典型、較簡單的是車刀，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2－4所示。圖2－4幾種刀具切削部分的形狀金屬切削加工的19前刀面

---切削過程中切屑流出所經(jīng)過的刀具表面。主后刀面

---切削過程中與工件上過渡表面相對的刀具表面。副后刀面

---切削過程中與工件上已加工表面相對的刀具表面。主切削刃

---前刀面與后刀面的交線。它擔(dān)負(fù)著主要的切削工作。

副切削刃

---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

---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。2.2.1刀具切削部分的組成

圖2－5車刀的組成部分和各部分名稱不同類型的刀具，其刀面、切削刃的數(shù)量不完全相同。

前刀面---切削過程中切屑流出所經(jīng)過的刀具表面。2.202.2.2刀具的標(biāo)注角度

在刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測量時(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。以下主要介紹刀具靜止參考系中常用的正交平面參考系。2.2.2刀具的標(biāo)注角度在刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測量21基面：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（即底面）。安裝面是刀具制造、刃磨和測量時(shí)的定位基準(zhǔn)面。切削平面：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（即與工件過渡表面相切的面）。正交平面：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。1．正交平面參考系

圖2－6正交平面參考系

基面：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222．刀具的標(biāo)注角度

圖2－7正交平面參考系標(biāo)注角度

2．刀具的標(biāo)注角度圖2－7正交平面參考系標(biāo)注角度23朱明zhubob-機(jī)械加工工藝與設(shè)備第二章ppt課件24朱明zhubob-機(jī)械加工工藝與設(shè)備第二章ppt課件25圖2－8刃傾角圖2－8刃傾角26朱明zhubob-機(jī)械加工工藝與設(shè)備第二章ppt課件273.刀具的工作角度

3.刀具的工作角度28(1)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對工作角度的影響

①橫向進(jìn)給對工作角度的影響(1)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對工作角度的影響①橫向進(jìn)給對工作角度的影響29圖2－9橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對工作角度的影響圖2－9橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對工作角度的影響30②縱向進(jìn)給對工作角度的影響

車外圓或車螺紋時(shí)（如圖2-10所示），合成運(yùn)動(dòng)方向與主運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角為

f，這時(shí)工作基面Pre和工作切削平面Pse相對于標(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

oe增大和工作后角

oe減小，分別為

式中，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）；

f—螺旋升角（°）。

②縱向進(jìn)給對工作角度的影響車外圓或車螺紋時(shí)（如圖231圖2－10縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對工作角度的影響

圖2－1032（2）刀具安裝對工作角度的影響

①刀刃安裝高度對工作角度的影響

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2-11所示），此時(shí)工作基面、工作切削平面相對于標(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：（2）刀具安裝對工作角度的影響①刀刃安裝高度對工作角度的33圖2－11車刀安裝高度對工作角度的影響圖2－11車刀安裝高度對工作角度的影響34②刀桿安裝偏斜對工作角度的影響

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2-12所示），此時(shí)刀桿垂線與進(jìn)給方向產(chǎn)生

角的偏轉(zhuǎn)，將引起工作主偏角和工作副偏角的變化：②刀桿安裝偏斜對工作角度的影響在車削時(shí)會(huì)出現(xiàn)刀35圖2－12車刀安裝偏斜對工作角度的影響

圖2－12車刀安裝偏斜對工作角度的影響362.3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)。刀具材料的選擇對刀具壽命、加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率影響極大。

2.3刀具材料刀具材料是指刀具切削部分的材料。刀372.3.1刀具材料應(yīng)具備的性能

1．高的硬度和耐磨性2．足夠的強(qiáng)度和韌性3．較高的耐熱性4．良好的工藝性5．經(jīng)濟(jì)性2.3.1刀具材料應(yīng)具備的性能1．高的硬度和耐磨性382.3.2常用刀具材料

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。2.3.2常用刀具材料刀具材料有高速鋼、硬質(zhì)合金、工具鋼391.高速鋼（1）普通高速鋼（含碳量0.7～0.9％62～66HRC)

鎢系高速鋼W18Cr4V

鉬系高速鋼W6Mo5Cr4V2

高溫塑性好

用于一般材料的常規(guī)加工，切削速度一般不高于40m/min

（2）高性能高速鋼（增加碳量釩量，增加鈷鋁等66~70HRC）

9W18Cr4VW6Mo5Cr4V3

W6Mo5Cr4V2Co8W2Mo9Cr4VCo8

W6Mo5Cr4V2AlW12Cr4V4Mo

主要用于加工難加工材料的加工，加工普通材料切削速度可達(dá)90m/min1.高速鋼（1）普通高速鋼（含碳量0.7～0.9％62～640朱明zhubob-機(jī)械加工工藝與設(shè)備第二章ppt課件412.硬質(zhì)合金

金屬碳化物（WC、TiC、TaC、NbC等）+金屬黏結(jié)劑（Co、Ni等）在高溫條件下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。

◆硬度、耐熱性、耐磨性都很高，切削速度高于高速鋼

◆抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差2.硬質(zhì)合金金屬碳化物（WC、TiC、TaC、N42分類：P類（相當(dāng)于我國YT類）也稱鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金由WC+TiC+Co組成常用牌號有YT5、YT14、YT15、YT30等加工長切屑的黑色金屬，不適合加工含Ti元素的不銹鋼K類（相當(dāng)于我國YG類）也稱鎢鈷類硬質(zhì)合金

由WC+Co組成常用牌號有YG3、YG6、YG8等

加工短切屑的黑色金屬、有色金屬、非金屬M(fèi)類（相當(dāng)于我國YW類）由WC+TiC+TaC（NbC）+Co加工鑄鐵、鋼材、有色金屬、非金屬分類：43朱明zhubob-機(jī)械加工工藝與設(shè)備第二章ppt課件44不同硬質(zhì)合金刀具的應(yīng)用范圍不同硬質(zhì)合金刀具的應(yīng)用范圍453.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。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。

3．人造金剛石

金剛石分天然和人造兩種，工業(yè)上多使用人造金剛石。

3.其他刀具材料1．陶瓷46朱明zhubob-機(jī)械加工工藝與設(shè)備第二章ppt課件472.4

刀具磨損與刀具耐用度

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。刀具失效形式：磨損（正常工作時(shí)逐漸產(chǎn)生的損耗）破損（突發(fā)的損壞、隨即產(chǎn)生）2.4刀具磨損與刀具耐用度切削時(shí)刀具在高溫條件482.4.1刀具磨損的形態(tài)

刀具正常磨損形式有以下幾種：

1.前刀面磨損（月牙洼磨損）切塑性材料，切削速度和切削深度較大，前刀面產(chǎn)生月牙洼磨損，用月牙洼的寬度KB和深度KT表示。2.后刀面磨損切脆性材料或切削速度和切削深度較小的塑性材料3.前刀面和后刀面同時(shí)磨損

圖2－13刀具的磨損形態(tài)2.4.1刀具磨損的形態(tài)刀具正常磨損形式有以下幾種：圖2492.4.2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（或切削）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)生黏結(jié)現(xiàn)象，因相對運(yùn)動(dòng)，黏結(jié)點(diǎn)的晶?；蚓ЯＨ菏芗艋蚴芾粚Ψ綆ё叨斐傻哪p。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。4.化學(xué)磨損

化學(xué)磨損又稱為氧化磨損，指刀具材料與周圍介質(zhì)，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。2.4.2刀具磨損的主要原因刀具磨損的原因很復(fù)雜，主要有502.4.3刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)

1.刀具的磨損過程

（1）初期磨損階段與刀具刃磨質(zhì)量有關(guān)（2）正常磨損階段

VB與切削時(shí)間近似正比斜率表示磨損強(qiáng)度（3）急劇磨損階段切削力、切削溫度急劇升高，刀具很快失效。應(yīng)在之前及時(shí)更換刀具。

圖2－14刀具的磨損過程2.4.3刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)1.刀具的磨損過程圖2－512.刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)

刀具磨損到一定限度后就不能繼續(xù)使用，這個(gè)磨損限度稱為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)?！粲薪?jīng)驗(yàn)的工人根據(jù)一些現(xiàn)象來判斷刀具是否磨鈍?！魢H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VB作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。不同的加工條件、磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VB的數(shù)值是不同的硬質(zhì)合金刀具粗車碳鋼、合金鋼1.0～1.4硬質(zhì)合金刀具精車碳鋼、合金鋼0.4～0.6硬質(zhì)合金刀具粗車灰鑄鐵、可鍛鑄鐵0.8～1.0硬質(zhì)合金刀具半精車灰鑄鐵、可鍛鑄鐵0.6～0.8◆自動(dòng)化精加工刀具，以徑向磨損量NB作為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)2.刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具磨損到一定限度后就不能繼續(xù)522.4.4刀具的耐用度和刀具壽命

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。常用刀具的耐用度如表2－5所列。表2-5常用刀具耐用度T參考值（min）2.4.4刀具的耐用度和刀具壽命刀具耐用度是指532.5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。2.5切削液在切削過程中，合理地使用切削液(或稱542.5.1切削液的種類

最常用的切削液有以下幾類：

１．水溶液冷卻性能好，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，外觀呈乳白色或半透明，具有良好的冷卻性能。因含水量大，潤滑、防銹性能較差，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。2.5.1切削液的種類最常用的切削液有以下幾類：552.5.2切削液的作用

１．冷卻作用減少摩擦、減少熱的產(chǎn)生，帶走熱量，水溶液的冷卻性能最好，油類最差。２．潤滑作用潤滑性能的強(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４．防銹作用防銹添加劑

2.5.2切削液的作用１．冷卻作用562.5.3切削液的合理選用切削液的選用原則

⑴粗加工

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。在重型切削或切削特殊材料時(shí)，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。在低速切削時(shí)，宜選用以潤滑性能為主的切削油；在較高速度下切削時(shí)，宜選用水溶液和乳化液。2.5.3切削液的合理選用切削液的選用原則57⑵精加工

加工一般鋼件時(shí)，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。⑵精加工58⑶難以加工材料的加工切削高強(qiáng)度鋼、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。

⑷磨削加工

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。⑸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，宜選用乳化液、極壓乳化液和極壓切削油。⑶難以加工材料的加工592.6

金屬切削過程物理現(xiàn)象

2.6金屬切削過程物理現(xiàn)象602.6.1切屑的形成與切削變形

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)（剪切滑移區(qū)）OA-始滑移線OM-終滑移線變形主要特性●剪切滑移變形●加工硬化一般速度范圍內(nèi)，第一變形區(qū)域?qū)挾葹?.02～0.2mm，速度越高，寬度越小，可以看作一個(gè)剪切平面。圖2－15金屬切削過程中的滑移線和流線示意圖2.6.1切屑的形成與切削變形切削過程中，切削層金屬的61第二變形區(qū)（擠壓摩擦區(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刀面平行

第三變形區(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擦，產(chǎn)生變形與回彈。造成纖維化合加工硬化。刃前區(qū)：三個(gè)變形區(qū)匯集在切削刃附近，此處應(yīng)力集中而復(fù)雜，被切削層在此處與工件本體分離形成切屑第二變形區(qū)（擠壓摩擦區(qū)）第三變形區(qū)（擠壓摩擦回彈區(qū)）刃前區(qū)：622.切屑的類型

切屑類型分為4類。如圖2－16所示，

a)帶狀切屑b)擠裂(節(jié)狀)切屑c)單元(粒狀)切屑d)崩碎切屑圖2－16切屑類型

2.切屑的類型切屑類型分為4類。如圖2－16所示，63朱明zhubob-機(jī)械加工工藝與設(shè)備第二章ppt課件64

切屑的形成條件與特點(diǎn)

切屑的形成條件與652.6.2積屑瘤

1.積屑瘤的形成切削過程中在刀具前面靠近刀刃的部位會(huì)粘附著一小塊很硬的金屬，我們稱其為積屑瘤，或稱刀瘤，如圖2－17所示。圖2－17積屑瘤2.6.2積屑瘤1.積屑瘤的形成圖2－17積屑瘤662．積屑瘤對切削加工的影響

⑴對切削力的影響增大了刀具的實(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)。⑵對已加工表面粗糙度的影響積屑瘤不穩(wěn)定，易破裂，其碎片可能會(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。⑶影響刀具耐用度

積屑瘤相對穩(wěn)定時(shí)，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。2．積屑瘤對切削加工的影響⑴對切削力的影響增大了刀具673．影響積屑瘤的主要因素

⑴工件材料塑性好的材料，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。⑵切削速度切削速度較低(υc＜3m／min)時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)積屑瘤。切削速度在3～40m／min范圍內(nèi)時(shí)，容易產(chǎn)生積屑瘤。當(dāng)切削速度較高(υc＞40m／min)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤。

增大前角或用油石仔細(xì)打磨刀具前面，或選用合適的冷卻潤滑液都有助于防止積屑瘤的產(chǎn)生。3．影響積屑瘤的主要因素⑴工件材料塑性好的材料，容易產(chǎn)682.6.3切削力

（1）切削力的來源●切屑形成過程中，彈性變形和塑性變形產(chǎn)生的抗力●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。圖2.18切削力的來源

2.6.3切削力（1）切削力的來源圖2.18切削力的69⑵切削力的分解

常將分解為三個(gè)互相垂直的切削分力，如圖2.19所示。１）主切削力--主切削力是總切削力在主運(yùn)動(dòng)方向上的分力，也稱為切向力。２）進(jìn)給力--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。３）背向力--背向力是總切削力在垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的分力，也稱為徑向力或吃刀抗力。圖2.19總切削力的分解⑵切削力的分解圖2.19總切削力的分解70⑶切削力、切削功率的計(jì)算

①切削力計(jì)算

⑶切削力、切削功率的計(jì)算71②切削功率計(jì)算

切削功率是三個(gè)切削力消耗功率的總合。在車外圓時(shí)背向力方向速度為零，進(jìn)給力又很小，他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：

②切削功率計(jì)算72⑷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，切削力增大。加工脆性材料，切削力較小。②切削用量的影響⑷影響切削力的因素73

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，所以切削速度對切削力無明顯的影響。

圖２－19切削速度對切削力的影響

在切削脆性金屬工件材料時(shí)，因塑性變形很小，前刀面上74③刀具幾何參數(shù)的影響（a）前角的影響（b）主偏角的影響③刀具幾何參數(shù)的影響（b）主偏角的影響75圖2－21負(fù)倒棱對切削力的影響（c）負(fù)倒棱在鋒利的切削刃上磨出負(fù)倒棱（見圖2－21），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。圖2－21負(fù)倒棱對切削力的影響（c）負(fù)倒棱在鋒利的切削76④其它因素的影響刀具、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，高速鋼刀具切削力最大、硬質(zhì)合金次之、陶瓷刀具最小。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。④其它因素的影響772.6.4切削熱與切削溫度

1．切削熱的來源與傳導(dǎo)●切削熱的來源切削熱產(chǎn)生于三個(gè)變形區(qū)，切削過程中消耗的能量約98%轉(zhuǎn)換為熱能●切削熱傳導(dǎo)切削熱由切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)（切削液、空氣）等傳出

圖2－22切削熱的來源與傳散

2.6.4切削熱與切削溫度1．切削熱的來源與傳782．切削溫度及影響因素⑴工件材料材料的強(qiáng)度和硬度越高，切削溫度就越高；熱傳導(dǎo)率越小，切削溫度就越高。2．切削溫度及影響因素⑴工件材料材料的強(qiáng)度和硬度越高，79⑵刀具幾何參數(shù)

●前角的影響●主偏角的影響圖2-23主偏角與刀刃工作長度

⑵刀具幾何參數(shù)圖2-23主偏角與刀刃工作長度80⑶切削用量

增大切削用量，切削溫度上升。其中，吃刀深度對切削溫度的影響最小，進(jìn)給量次之，切削速度最大。⑷其它因素

刀具后刀面磨損增大時(shí)，切削速度越高，刀具磨損對切削溫度升高的影響越明顯。利用切削液的潤滑功能；可減少切削熱的產(chǎn)生，同時(shí)切削液也可帶走一部分切削熱。⑶切削用量813．切削熱對切削加工的影響

●傳入切屑及介質(zhì)中的熱對加工沒有影響；●傳入刀頭的熱量雖然不多，但由于刀頭體積小，刀頭上切削溫度可達(dá)l000o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。3．切削熱對切削加工的影響●傳入切屑及介質(zhì)中的熱對加工沒有822.7刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例2.7.1刀具幾何參數(shù)的選擇刀具幾何參數(shù)可分為兩類：●刀具角度參數(shù)●刀具刃型尺寸參數(shù)刃形、刃面、刃口型式及參數(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。2.7刀具幾何參數(shù)與切削用量選擇及實(shí)例2.7.1刀具幾何參831．選擇刀具幾何參數(shù)應(yīng)考慮的因素

⑴工件材料⑵刀具材料和刀具結(jié)構(gòu)⑶具體加工條件

1．選擇刀具幾何參數(shù)應(yīng)考慮的因素⑴工件材料842．刀具角度的選擇

⑴前角及前刀面的選擇①前刀面的類型

圖2-24前刀面的類型2．刀具角度的選擇⑴前角及前刀面的選擇圖2-24前刀面85②前角的功能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?！窆ぜ牧系膹?qiáng)度、硬度低，前角應(yīng)選得大些，反之應(yīng)選得小些。●刀具材料韌性好，前角可選得大些，反之應(yīng)選得小些?！窬庸r(shí)，前角可選得大些；粗加工時(shí)應(yīng)選得小些。圖2-25刀具的合理前角②前角的功能③前角的選擇原則圖2-25刀具的合理前角86朱明zhubob-機(jī)械加工工藝與設(shè)備第二章ppt課件87⑵后角、后刀面的選擇

①后刀面的類型雙重后角消振棱刃帶圖2-26后刀面的類型⑵后角、后刀面的選擇雙重后角消振棱刃帶圖2-26后刀面88

②后角的功用③后角的選擇原則●粗加工以確保刀具強(qiáng)度為主，可在4°～6°范圍內(nèi)選?。痪庸ひ约庸け砻尜|(zhì)量為主，常取8°～12°?！袂邢骱穸仍酱?，刀具后角越??；●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。

②后角的功用③后角的選擇原則89⑶主偏角、副偏角的選擇①主偏角和副偏角的功能（a）影響已加工表面的殘留面積高度（b）影響切削層形狀（c）影響切削