機(jī)械制造基礎(chǔ)課題五-金屬切削原理

課題五金屬切削原理教學(xué)重點(diǎn)1、掌握金屬切削要素，以及切削用量的選擇。2、理解金屬切削刀具的結(jié)構(gòu)、角度。教學(xué)難點(diǎn)1、掌握金屬切削用量的概念、符號(hào)并了解其選擇原那么。2、掌握刀具的幾何參數(shù)的含義及符號(hào)表示主要概念1、切削熱2、切削溫度3、切削液4、外表質(zhì)量3、了解刀具的磨損和耐用度及刀具的材料。4、理解金屬的切削過(guò)程，包括切屑的形成及其類型，積屑瘤的形成及其對(duì)切削過(guò)程的影響。3、了解刀具安裝位置、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具角度的影響。5、積屑瘤學(xué)習(xí)情境一金屬切削的根本知識(shí)金屬切削機(jī)床是用切削和特種加工等方法加工金屬工件，使之獲得所要求的幾何形狀、尺寸精度和外表質(zhì)量的機(jī)器。它是機(jī)床中的一種，人們習(xí)慣上稱為機(jī)床。機(jī)床一般都需要固定，在機(jī)床上裝有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，利用物理、化學(xué)或其他方法進(jìn)行各種不同加工。金屬切削機(jī)床的品種和規(guī)格繁多，為了便于區(qū)別、使用和管理，須對(duì)機(jī)床加以分類和編制型號(hào)。機(jī)床的分類方法很多。目前，我國(guó)常用的機(jī)床分類方法是按機(jī)床的加工性質(zhì)和所用的刀具進(jìn)行分類。機(jī)床共分為12類：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工機(jī)床、銑床、刨插床、拉床、電加工機(jī)床、切割機(jī)床和其他機(jī)床。在每一類機(jī)床中，又按工藝特點(diǎn)、布局形式和結(jié)構(gòu)特性等不同，可分為假設(shè)干組。每一組又細(xì)分為假設(shè)干系〔系列〕。除了上述分類外，還有其他分類的方法。

一、金屬切削機(jī)床的分類在切削加工中，為了得到具有一定幾何形狀、一定精度和外表質(zhì)量的工件，需要使刀具和工件間按一定的規(guī)律完成一系列地運(yùn)動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)按其功用可分為外表成形運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)兩大類。1．外表成形運(yùn)動(dòng)直接參與切削過(guò)程，使之在工件上形成一定幾何形狀外表的刀具和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)稱為外表成形運(yùn)動(dòng)。如下圖，在車床上車削圓柱面，工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)1和車刀的縱向直線移動(dòng)5是形成圓柱外外表的成形運(yùn)動(dòng)。外表成形運(yùn)動(dòng)是機(jī)床上最根本的運(yùn)動(dòng)。它直接影響被加工外表的精度和粗糙度。二、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)車削圓柱面過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)1，5-成形運(yùn)動(dòng)；2，3-快速趨近運(yùn)動(dòng)；4-切入運(yùn)動(dòng)；6，7-快速退回運(yùn)動(dòng)各種機(jī)床加工時(shí)所必須具備的外表成形運(yùn)動(dòng)的形式和數(shù)目，與被加工外表的形狀以及所采用的加工方法和刀具結(jié)構(gòu)有關(guān)。如下圖為常見(jiàn)的幾種工件外表的加工方法及加工時(shí)的成形運(yùn)動(dòng)。由圖可看出，用不同加工方法形成各種外表的成形運(yùn)動(dòng)，其根本形式為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)。即使刀具和工件的運(yùn)動(dòng)軌跡比較復(fù)雜，也仍然是由這兩種運(yùn)動(dòng)合成所得到的。如圖〔g〕中，車削成形外表時(shí)車刀沿曲線的運(yùn)動(dòng)是由相互垂直的兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)s1和s2組合而成的。在切削加工形成零件的全過(guò)程中，刀具和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通常是通過(guò)各種切削機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)提供。根據(jù)切削過(guò)程中所起的作用不同，外表成形運(yùn)動(dòng)又可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)是直接切除工件上的被切削層，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?，以形成工件新外表的運(yùn)動(dòng)，它是速度最高、消耗功率最多的運(yùn)動(dòng)。在圖中，車削外圓柱面時(shí)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，磨外圓時(shí)砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，鉆孔時(shí)鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等都是主運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是不斷地把被切削層投入切削，以逐漸切出整個(gè)工件外表的運(yùn)動(dòng)。在圖中，車削外圓柱面時(shí)刀具縱向的連續(xù)直線運(yùn)動(dòng)，磨外圓時(shí)砂輪橫向間斷的直線運(yùn)動(dòng)和工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及軸向往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，鉆孔時(shí)的鉆頭沿軸向連續(xù)的直線運(yùn)動(dòng)等都是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。任何一種機(jī)床，必定有且通常也只有一個(gè)主運(yùn)動(dòng)，但進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可能有一個(gè)或幾個(gè)，也可能沒(méi)有〔如拉削〕。主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)稱為合成切削運(yùn)動(dòng)。2．輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)床上除外表成形運(yùn)動(dòng)外的所有運(yùn)動(dòng)都是輔助運(yùn)動(dòng)，其功用是實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工過(guò)程中所必需的各種輔助動(dòng)作。輔助運(yùn)動(dòng)的種類很多，它包括：保證獲得一定加工尺寸所需的切入運(yùn)動(dòng)，如圖中的4運(yùn)動(dòng)；為反復(fù)進(jìn)行切削加工創(chuàng)造條件的快速引進(jìn)和退回運(yùn)動(dòng)，如圖中的2、3、6、7運(yùn)動(dòng)；使刀具和工件具有正確相對(duì)位置的調(diào)位運(yùn)動(dòng)，如搖臂鉆床上移動(dòng)鉆頭對(duì)準(zhǔn)被加工孔中心；多工位工作臺(tái)和刀架周期換位以及逐一加工許多相同的局部外表時(shí)，工件周期換位所需的分度運(yùn)動(dòng)。此外，機(jī)床的啟動(dòng)、停止、變速、變向以及部件和工件的夾緊、松開(kāi)等操縱控制運(yùn)動(dòng)，也都屬于輔助運(yùn)動(dòng)。車削圓柱面過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)1，5-成形運(yùn)動(dòng)；2，3-快速趨近運(yùn)動(dòng)；4-切入運(yùn)動(dòng)；6，7-快速退回運(yùn)動(dòng)三、零件外表的形成切削加工是機(jī)械加工的根本方法，它是利用切削刀具切除工件上多余材料來(lái)制造機(jī)械零件的。在切削加工中，隨著工件多余材料不斷被切除，工件上存在三個(gè)處于不斷變化的外表，如下圖。

常見(jiàn)加工方法中的外表形成1．待加工外表。工件上待加工的外表，即工件上將要切去一層金屬的外表。2．已加工外表。工件上切去一層金屬后形成的新外表。3．過(guò)渡外表。工件上由切削刃形成的外表，它總是介于待加工外表和已加工外表之間，也可以稱作加工外表或切削外表。零件三個(gè)外表的劃分，只是為了便于研究切削過(guò)程。在切削加工過(guò)程中，零件的三個(gè)外表處于不斷的變化之中：這一次加工走刀的待加工外表，為上一次加工走刀的已加工外表；過(guò)渡外表那么隨著每次切削加工的刀具進(jìn)給不斷被切除而形成新的過(guò)渡外表。

零件切削加工的質(zhì)量主要由加工精度和外表質(zhì)量來(lái)衡量。1．加工精度加工精度就是指零件加工后零件的尺寸、形狀和外表間的相互位置等方面的幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的相符合程度，兩者的差距愈小，加工精度愈高。零件的實(shí)際幾何參數(shù)對(duì)理想幾何參數(shù)的偏離量稱為加工誤差。加工誤差越小，加工精度越高。在保證零件使用要求的前提下，對(duì)要加工獲得的幾何參數(shù)規(guī)定一個(gè)允許變化的范圍，稱為公差。零件的公差越小，對(duì)加工精度的要求越高，零件的加工越困難。在一般情況下，零件的加工精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度，相對(duì)應(yīng)的就有尺寸誤差、形狀誤差、位置誤差以及尺寸公差、形狀公差、位置公差。1〕尺寸精度尺寸精度是指零件被加工后的實(shí)際尺寸和理想尺寸的相符合程度。尺寸精度要求的上下用公差來(lái)表達(dá)。“公差與配合〞國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將確定尺寸精度的標(biāo)準(zhǔn)公差分為20個(gè)等級(jí)，分別用IT01、IT0、IT1、IT2、…、IT18表示，等級(jí)數(shù)字愈大，零件的精度等級(jí)愈低，零件允許的加工誤差愈大。其中IT5~IT6用于精密零件的加工；IT6~IT7用于較精密零件的加工；IT8~IT9為中等精度級(jí)，用于一般零件的加工；IT10~IT13用于精度要求不高的零件的加工。2〕形狀精度形狀精度是指零件上的幾何要素線、面的實(shí)際形狀與理想形狀的相符合程度，例如零件平面的平面度、零件圓柱面的圓柱度等。形狀精度要求是通過(guò)形狀公差來(lái)規(guī)定的。3〕位置精度位置精度是指零件外表之間或軸線之間的實(shí)際位置與理想位置的相符合程度，例如兩平面之間的平行度等。位置精度要求是通過(guò)位置公差來(lái)規(guī)定的。形狀和位置公差簡(jiǎn)稱為形位公差。形位公差等級(jí)為1~12級(jí)，等級(jí)數(shù)字越大，公差值越大。對(duì)于精度要求高的零件，應(yīng)分別要求一定的尺寸精度、形狀精度和位置精度；對(duì)于一般零件，大多只要求尺寸精度。2．外表質(zhì)量零件的外表質(zhì)量對(duì)零件的耐磨性、疲勞強(qiáng)度、抗腐蝕性、密封程度、接觸剛度等都有一定的影響。1〕外表粗糙度零件外表微觀的凸凹不平的峰值與谷底造成的不平整程度稱為外表粗糙度。外表粗糙度是在毛坯制造或去除金屬加工過(guò)程中形成的。一般零件的工作外表粗糙度值在0.4~3.2μm范圍內(nèi)選取。非工作外表的粗糙度值可以選得比3.2μm大一些，而精度要求高的重要工作外表粗糙度值那么可能比0.4μm小得多。選擇外表粗糙度值時(shí)，配合外表的粗糙度值比非配合外表??；有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的接觸外表比無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的外表粗糙度值小；接觸應(yīng)力大的相對(duì)運(yùn)動(dòng)外表比接觸應(yīng)力小的相對(duì)運(yùn)動(dòng)外表粗糙度值小。2〕外表層組織及力學(xué)性能切削加工時(shí)，由于切削變形和切削熱等的影響，工件表層及其與基體材料的交界處會(huì)產(chǎn)生相互平衡的彈性應(yīng)力，稱為外表層剩余應(yīng)力。剩余應(yīng)力分為剩余拉應(yīng)力和剩余壓應(yīng)力。剩余拉應(yīng)力使零件疲勞強(qiáng)度下降，降低材料的耐蝕能力，如果剩余拉應(yīng)力到達(dá)材料的強(qiáng)度極限，將會(huì)使零件外表形成顯微裂紋，給零件的使用帶來(lái)平安隱患；剩余壓應(yīng)力在一定程度上可提高零件材料的疲勞強(qiáng)度。磨削加工時(shí)的高溫將導(dǎo)致表層金屬的金相組織發(fā)生變化，使零件外表硬度下降，甚至出現(xiàn)剩余拉應(yīng)力，大大降低了外表層的物理、力學(xué)性能。學(xué)習(xí)情境二金屬切削的要素一、切削要素1．切削用量要素切削用量是切削過(guò)程中最根本的操作參數(shù)，包括切削速度vc、進(jìn)給量f和背吃刀量ap，其分別表示切削刃與過(guò)渡外表之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、待加工外表轉(zhuǎn)化為已加工外表的速度、已加工外表與待加工外表之間的垂直距離。其數(shù)值的大小反映了切削運(yùn)動(dòng)的快慢以及刀具切入工件的深淺。如下圖為車削加工的切削用量要素。車削加工的切削用量要素1〕切削速度vc切削速度是指在切削過(guò)程中，切削刃上的某切削點(diǎn)相對(duì)于工件主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。切削刃上各點(diǎn)的切削速度可能是不同的。假設(shè)工件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，切削速度是指最大直徑處的線速度；假設(shè)主運(yùn)動(dòng)為工件的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，那么常以往復(fù)運(yùn)動(dòng)的平均速度作為切削速度。2〕進(jìn)給量f刀具在進(jìn)給方向上相對(duì)于工件單位時(shí)間的位移量稱之為進(jìn)給量，可以用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程的位移量來(lái)表示。不同的加工方法，由于切削運(yùn)動(dòng)的形式不同，進(jìn)給量的表達(dá)方式也不相同。例如車削外圓時(shí)，工件每轉(zhuǎn)一圈車刀沿工件軸線方向移動(dòng)的距離即為進(jìn)給量，單位為mm/r；牛頭刨床刨平面時(shí)，刀具每往復(fù)一次，工件移動(dòng)的距離即為進(jìn)給量，單位為mm/str；銑平面時(shí)，銑刀每進(jìn)一齒，或轉(zhuǎn)一圈，或運(yùn)行一分鐘，工件沿進(jìn)給方向移動(dòng)的距離分別稱為每齒進(jìn)給量(mm/z)、每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm/r〕和每分鐘進(jìn)給量(mm/min)。3)背吃刀量ap待加工外表和已加工外表的垂直距離，稱為刀具切削時(shí)的背吃刀量。

切削用量1．切削用量：2．三要素2dmdw圖：車削運(yùn)動(dòng)、切削層及工件上形成的外表v(n)BACDE待加工表面過(guò)渡表面已加工表面1apfvf(f)切削速度：（m/s或m/min）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：直線運(yùn)動(dòng)：進(jìn)給量f或進(jìn)給速度vf（3）背吃刀量ap（已加工表面和待加工表面的垂直距離）（mm）

車外圓時(shí)的切削層尺寸ADB-主切削刃截形；BC-副切削刃截形1〕切削層公稱厚度hD。簡(jiǎn)稱為切削層厚度，是在切削層尺寸平面內(nèi)，垂直于切削刃方向所測(cè)得的切削層尺寸，單位為mm。它代表了切削刃的工作載荷。2〕切削層公稱寬度bD。簡(jiǎn)稱為切削層寬度，是在切削層尺寸平面內(nèi)，沿切削刃的方向所測(cè)得的切削層尺寸，單位為mm。當(dāng)切削刃與切削層尺寸平面夾角為零時(shí)，切削層寬度即等于切削刃的工作長(zhǎng)度。3〕切削層公稱橫截面積AD。簡(jiǎn)稱切削層面積，是指在給定瞬間，在切削層尺寸平面里的實(shí)際橫截面積，單位為mm2。它等于切削層厚度與寬度的乘積，也等于背吃刀量與進(jìn)給量的乘積，即：AD=hDbD=apf

車外圓時(shí)的切削層尺寸ADB-主切削刃截形；BC-副切削刃截形在機(jī)床、刀具和工件等一定的條件下，選擇切削用量具有很大的靈活性和潛力。合理地選擇切削用量，對(duì)于保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和降低本錢有著重要的影響。切削加工時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的加工條件，確定切削用量三要素的合理組合。在實(shí)際生產(chǎn)中，粗加工時(shí)，為了提高生產(chǎn)率，一般采用較大的背吃刀量和進(jìn)給量，切削速度并不是很高。精加工時(shí)，主要考慮加工質(zhì)量，常采用較小的背吃刀量和進(jìn)給量，較高的切削速度。只有受刀具等工藝條件限制下不宜采用高速切削時(shí)，才采用較低的切削速度。例如，高速鋼鉸刀鉸孔時(shí)，切削速度受刀具材料耐熱性限制，同時(shí)為了防止積屑瘤的影響，采用低速切削。因此，切削用量選擇的原那么是：首先選盡可能大的背吃刀量ap，其次選盡可能大的進(jìn)給量f，最后選擇盡可能大的切削速度vc。二、切削用量的選擇原那么1．背吃刀量的選擇背吃刀量要盡可能取得大些，最好一次走刀能把該工序的加工余量切完。假設(shè)加工余量太大,一次走刀切除會(huì)使切削力太大、機(jī)床功率缺乏、刀具強(qiáng)度不夠或產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，可將加工余量分為兩次或?qū)掖吻型?。這時(shí)也應(yīng)將第一次走刀時(shí)的背吃刀量取得盡量大些，其后的背吃刀量取得相對(duì)小一些。2．進(jìn)給量的選擇粗加工時(shí)，一般對(duì)工件的外表質(zhì)量要求不高，中選定背吃刀量后，進(jìn)給量數(shù)值就直接影響切削力的大小。進(jìn)給量的選擇主要受機(jī)床、刀具和工件所能承受的切削力的限制。精加工時(shí)，一般背吃刀量不大，切削力也不大，限制進(jìn)給量的主要因素是工件外表粗糙度。實(shí)際生產(chǎn)中，一般通過(guò)查閱“切削用量手冊(cè)〞等資料查出進(jìn)給量的大小。硬質(zhì)合金車刀粗車外圓和端面時(shí)進(jìn)給量的參考值按外表粗糙度選擇進(jìn)給量f的參考值3．切削速度的選擇選定背吃刀量和進(jìn)給量以后，根據(jù)合理的刀具耐用度，用計(jì)算法或查表法選擇切削速度。粗加工時(shí)，切削速度主要受機(jī)床功率的限制。如果依據(jù)刀具耐用度選定的切削速度，使切削功率超過(guò)許用值時(shí)，就應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)亟档颓邢魉俣?；精加工時(shí)，切削速度主要受刀具耐用度的限制。切削速度的具體選擇，可查閱“切削用量手冊(cè)〞等資料。硬質(zhì)合金外圓車刀切削速度的參考值學(xué)習(xí)情境三刀具的幾何參數(shù)一、刀具結(jié)構(gòu)盡管切削刀具的種類很多，但分析各局部的構(gòu)造和作用，仍然存在共同之處，而車刀的組成要素具有普遍的代表性。因此，以車刀為例進(jìn)行說(shuō)明。如下圖為最常用的外圓車刀，其根本組成局部包括：1．夾持局部。俗稱刀柄或刀體，主要用于刀具安裝與標(biāo)注的局部。2．切削局部。俗稱刀頭，是刀具的工作局部，由刀面、切削刃〔又稱刀刃〕組成。其組成要素包括：前面、主后面、副后面、主切削刃、副切削刃、刀尖等六大要素。

外圓車刀1-主切削刃；2-主后面；3-刀尖；4-副后面；5-副切削刃；6-前面；7-切削局部；8-夾持局部1〕前面。又稱前刀面，切削過(guò)程中切屑流出所經(jīng)過(guò)的刀具外表。2〕主后面。又稱主后刀面，切削過(guò)程中與過(guò)渡外表相對(duì)的刀具外表。3〕副后面。又稱副后刀面，切削過(guò)程中與已加工外表相對(duì)的刀具外表。4〕主切削刃。前面與主后面的交線稱為主切削刃，承擔(dān)主要切削工作，形成過(guò)渡外表。5〕副切削刃。前面與副后面的交線稱為副切削刃，輔助切除余量并形成已加工外表。6〕刀尖。主、副切削刃連接處的一小局部切削刃，可以是一個(gè)點(diǎn)，也可以是一小段其他形式的切削刃〔未加說(shuō)明可視為一個(gè)點(diǎn)〕，是刀具切削局部工作條件最惡劣的部位。外圓車刀1-主切削刃；2-主后面；3-刀尖；4-副后面；5-副切削刃；6-前面；7-切削局部；8-夾持局部二、刀具的角度刀具要到達(dá)良好的切削加工效果，其切削局部必須具有正確的幾何形狀。刀具的角度反映了刀具切削局部各外表和切削刃的位置，決定了刀具的幾何形狀。為了標(biāo)注和度量方便，在不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，規(guī)定車刀安裝時(shí)刀尖與工件軸線等高，刀柄中心線垂直進(jìn)給方向等簡(jiǎn)化條件下建立一坐標(biāo)系，如下圖。

正交平面參考系1-切削平面；2-正交平面；3-底平面；4-車刀；5-基面；6-工件

①基面Pr。通過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)，并與該點(diǎn)切削速度方向相垂直的平面。②切削平面Ps。通過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)，并與該點(diǎn)處工件過(guò)渡外表相切的平面。③正交平面Po。通過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)，并與主切削刃在基面上的投影相垂直的平面?；?、切削平面和正交平面相互垂直，構(gòu)成正交平面參考系。

正交平面參考系1-切削平面；2-正交平面；3-底平面；4-車刀；5-基面；6-工件工件刀具n摩擦嚴(yán)重不便切入工件圖：刀具角度的必要性車刀的主要角度1．

車刀的標(biāo)注角度刀具的標(biāo)注角度是標(biāo)注在圖樣上供刀具制造、刃磨的角度。正交平面參考系中刀具的標(biāo)注角度主要有五個(gè)，如下圖。車刀的主要角度車刀的主要角度2．車刀的工作角度在實(shí)際的切削加工中，由于刀具裝夾位置和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，基面、切削平面和正交平面的位置會(huì)發(fā)生變化，標(biāo)注角度也會(huì)發(fā)生一定的變化。通常情況下，將切削過(guò)程中實(shí)際的基面、切削平面和正交平面為參考平面所確定的刀具角度稱為刀具的工作角度。1〕刀具安裝位置對(duì)工作角度的影響〔1〕刀具安裝高度的影響。車刀裝高時(shí)，如下圖。車刀切削刃高于工件中心線，實(shí)際的基面和切削平面相對(duì)于標(biāo)注角度參考坐標(biāo)平面產(chǎn)生θ角的偏轉(zhuǎn)，這時(shí)刀具的工作前角γ0e增大，工作后角α0e減小，其變化值均為θ。即γ0e=γ0+θα0e=α0—θ

當(dāng)車刀的刀尖低于工件的中心線時(shí)，刀具的工作角度的變化情況正好與前者相反。〔2〕刀柄中心線與進(jìn)給方向不垂直時(shí)的影響。如下圖，車刀刀柄中心線與進(jìn)給方向不垂直時(shí)，工作主偏角將增大〔或減小〕，而工作副偏角將減小〔或增大〕，其角度變化值為G，即：式中符號(hào)由刀柄偏斜方向決定，G為刀柄中心線的垂線與進(jìn)給方向的夾角。車圓錐時(shí)，進(jìn)給方向與工件軸線不平行，也會(huì)使車刀主偏角和副偏角發(fā)生變化。2〕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)的影響。如下圖，刀具作橫向進(jìn)給時(shí)，切削軌跡為螺旋線，此時(shí)，實(shí)際的基面和切削平面都要偏轉(zhuǎn)一個(gè)附加的螺旋角β，使車刀的工作前角γ0e比標(biāo)注角度γ0大，工作后角α0e比標(biāo)注角度α0小。即：γ0e=γ0+βα0e=α0—β〔2〕縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響。如下圖，縱向進(jìn)給時(shí)，在假定工作平面內(nèi)的工作角度為：γfe=γf+θαfe=αf—θ在正交平面內(nèi)的工作角度為： γ0e=γ0+θ0α0e=α0—θ0學(xué)習(xí)情境四金屬切削過(guò)程一、切屑的形成過(guò)程1．切削層的變形塑性金屬切削過(guò)程在本質(zhì)上是被切削層金屬在刀具的擠壓作用下產(chǎn)生變形，并與工件本體別離形成切屑的過(guò)程。切削過(guò)程中的切削變形可大致劃分為三個(gè)變形區(qū)。1〕第一變形區(qū)。從OA線開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形，到OM線金屬晶粒的剪切滑移根本完成，這一區(qū)域〔I區(qū)〕稱為第一變形區(qū)。在OA到OM之間整個(gè)第一變形區(qū)內(nèi)，變形的主要特征是沿滑移面的剪切變形，以及隨之產(chǎn)生的加工硬化。被切金屬層的變形主要在第一變形區(qū)進(jìn)行。在一般切削速度下，第一變形區(qū)的寬度僅為0.02~0.2mm，可以用一剪切面來(lái)表示。金屬切削過(guò)程中的變形區(qū)2〕第二變形區(qū)。切屑沿前刀面流出時(shí)，切屑底層受到前刀面的進(jìn)一步擠壓和摩擦，由于切屑與刀具之間存在較大的壓力以及較高的溫度，使靠近前刀面處的金屬晶粒進(jìn)一步變形，并沿前刀面方向纖維化。這局部變形區(qū)稱為第二變形區(qū)〔Ⅱ區(qū)〕。3〕第三變形區(qū)。已加工外表受到切削刃鈍圓局部與后刀面的擠壓，產(chǎn)生變形與回彈，造成已加工外表上金屬與后刀面摩擦，產(chǎn)生纖維化和加工硬化，導(dǎo)致工件外表形成剩余應(yīng)力。這一局部的變形也較為密集，稱為第三變形區(qū)〔Ⅲ區(qū)〕。金屬切削過(guò)程中的變形區(qū)三個(gè)變形區(qū)聚集在切削刃附近，相互關(guān)聯(lián)相互影響，稱為切削區(qū)域。在切削區(qū)域內(nèi)，應(yīng)力集中而復(fù)雜，被切金屬層在此與工件本體別離。在切削過(guò)程中，刀具切下的切屑厚度hch通常都要大于工件上切削層的厚度hD，而切屑的長(zhǎng)度lch卻小于切削層長(zhǎng)度1c，如下圖，這種現(xiàn)象稱為切屑收縮現(xiàn)象。切屑收縮的程度用變形系數(shù)ξ表示，它直觀地反映了切屑的變形程度。ξ值越大，說(shuō)明切出的切屑越厚、越短，切削變形越大，工件的外表質(zhì)量越差，切削過(guò)程中所消耗的能量越多。

切屑的變形2．切屑的形成在切削過(guò)程中，切削層金屬以切削速度vc向刀具前刀面接近，在前刀面的擠壓下，被切金屬產(chǎn)生彈性變形，并逐漸加大，其內(nèi)應(yīng)力也在增加。當(dāng)被切金屬運(yùn)動(dòng)到OA線時(shí)〔如圖〕，其內(nèi)應(yīng)力到達(dá)屈服點(diǎn)，開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形，金屬內(nèi)部發(fā)生剪切滑移。OA線稱為始滑移線。隨著被切金屬繼續(xù)向前刀面逼近，塑性變形加劇，內(nèi)應(yīng)力進(jìn)一步增加，到達(dá)OM線時(shí)，變形和應(yīng)力到達(dá)最大。OM稱為終滑移線。切削刃附近金屬內(nèi)應(yīng)力到達(dá)金屬斷裂極限而使被切金屬與工件本體別離。別離后的變形金屬沿刀具的前刀面流出成為切屑。3．切屑的種類在切削加工中，切削層的變形程度不同，產(chǎn)生的切屑形態(tài)不同。按其形態(tài)不同，可分為四種類型〔帶狀切屑、擠裂切屑、單元切屑、蹦碎切屑〕。1〕帶狀切屑。這是最常見(jiàn)的一種切屑。切屑外形呈較長(zhǎng)的帶狀，切屑上無(wú)明顯的裂紋，用顯微鏡觀察其反面，可以看到剪切變形的條紋。切屑底面光滑，反面呈毛茸狀。每個(gè)剪切單元很薄。這種切屑一般在加工塑性金屬，選用較小的進(jìn)給量、較高的切削速度、較大的刀具前角時(shí)得到。形成帶狀切屑時(shí)，切削過(guò)程平穩(wěn)，切削力波動(dòng)小，已加工外表粗糙度數(shù)值小，但帶狀切屑會(huì)纏繞工件和刀具，需要采取一定的斷屑措施，否那么會(huì)影響正常的加工，尤其在自動(dòng)化加工中。帶狀切屑產(chǎn)生條件：加工塑性金屬，且切削厚度較小，切削速度較高、刀具前角較大。優(yōu)點(diǎn)：切削過(guò)程平穩(wěn)，切削力波動(dòng)范圍小，已加工外表粗糙度較小。缺點(diǎn)：容易纏繞刀具或工件，影響加工過(guò)程。帶狀切屑2〕擠裂切屑。切屑外形仍然連續(xù)不斷，但變形程度比帶狀切屑大，切屑反面呈明顯的齒狀，底面有時(shí)有裂紋，但仍比較光滑。形成這類切屑時(shí)，第一變形區(qū)較寬，剪切滑移量較大，局部地方的切應(yīng)力到達(dá)材料的斷裂強(qiáng)度。在以較低切削速度、較大切削厚度、較小刀具前角加工中等硬度塑性金屬時(shí)會(huì)產(chǎn)生這種切屑。形成擠裂切屑時(shí)，切削力會(huì)產(chǎn)生一定的波動(dòng)，造成切削過(guò)程不平穩(wěn)，使工件的外表質(zhì)量降低。擠裂(節(jié)狀)切屑產(chǎn)生條件：加工塑性金屬，在低速、切削厚度較大、刀具前角較小特點(diǎn)：切削過(guò)程不平穩(wěn)，切削力有波動(dòng)，已加工外表粗糙度較大。擠裂切屑3〕單元切屑。切屑上裂紋已經(jīng)貫穿，形成彼此毫無(wú)關(guān)系的獨(dú)立單元，即梯形的單元切屑。當(dāng)用更低的切削速度，更大的切削厚度切削塑性較差的金屬時(shí)，擠裂切屑的裂紋將會(huì)擴(kuò)展到整個(gè)斷面上，整個(gè)變形單元那么被別離，成為梯形的單元切屑。形成單元切屑時(shí)，切削力波動(dòng)較大，工件外表質(zhì)量也更差。單元(粒狀)切屑產(chǎn)生條件：加工塑性金屬，切削速度極低時(shí)，增大進(jìn)給量，減小前角。特點(diǎn)：切削過(guò)程不平穩(wěn)，切削力波動(dòng)大，已加工外表粗糙度大。粒狀切屑切塑性材料帶狀切屑擠裂切屑單元切屑

↑γ0↑v↓hD↓γ0↓v↑hD↓γ0↓v↑hD↑γ0↑v↓hD4〕崩碎切屑。切削鑄鐵、硬黃銅等脆性材料時(shí)，材料塑性太差，切屑形成時(shí)幾乎未經(jīng)塑性變形便突然崩裂，形成形狀不規(guī)那么的細(xì)小顆粒狀切屑，這種切屑稱為崩碎切屑。形成崩碎切屑時(shí)，切削過(guò)程不穩(wěn)定，切削力集中在刀刃附近，容易引起刀具的破損。工件的已加工外表凹凸不平，外表粗糙度數(shù)值大。崩碎切屑切脆性材料，工件材料越是脆硬、進(jìn)給量越大那么越容易產(chǎn)生這種切屑。材料所受應(yīng)力超過(guò)了抗拉強(qiáng)度。切削力的幅度小，但波動(dòng)大，切削過(guò)程不平穩(wěn)，易損壞刀具，已加工外表粗糙。崩碎切屑減小切削厚度，使切屑成針狀或片狀，同時(shí)提高切削速度，以增加工件材料的塑性。切屑的控制1〕采用斷屑槽對(duì)流動(dòng)中的切屑施加一定的約束力，使切屑應(yīng)變?cè)龃?，切屑卷曲半徑減小。切削加工中采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)控制切屑的卷曲、流出與折斷，形成“可接受〞的良好切屑。增大刀具主偏角切削厚度變大，有利于斷屑。2〕改變刀具角度減小刀具前角可使切屑變形加大，切屑易于折斷。

刃傾角

正值切屑常卷曲后碰到后刀面折斷負(fù)值切屑常卷曲后碰到已加工表面折斷3〕調(diào)整切削用量即據(jù)實(shí)際條件適中選擇切削用量。

進(jìn)給量切削厚度對(duì)斷屑有利加工表面粗糙度

切削速度切削變形利于斷屑切除效率二、積屑瘤1．積屑瘤的現(xiàn)象加工一般鋼料或其他塑性金屬材料，在切削速度不高而又能形成連續(xù)切屑時(shí)，常發(fā)現(xiàn)在刀具前刀面靠近切削刃的部位黏附著一塊剖面呈三角狀的硬塊，稱其為積屑瘤，如下圖。積屑瘤硬度很高，為工件材料的2~3倍，處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)可代替刀尖進(jìn)行切削。積屑瘤積屑瘤與切削刃的金相顯微照片積屑瘤高度及其實(shí)際工作前角2．積屑瘤的形成積屑瘤的形成一般可以分為形核和核長(zhǎng)大兩個(gè)過(guò)程。切削塑性金屬時(shí)由于金屬的強(qiáng)烈變形與摩擦，切削區(qū)域溫度升高，當(dāng)切屑沿刀具的前刀面流出時(shí)，在一定的溫度與壓力作用下，與前刀面接觸的切屑底層受到很大的摩擦阻力，致使這一局部金屬的流動(dòng)速度減慢，形成一層很薄的滯流層。當(dāng)前刀面對(duì)滯流層的摩擦阻力超過(guò)切屑材料的內(nèi)部結(jié)合力時(shí)，就會(huì)有一局部金屬黏附在刀刃附近的前刀面上，形成積屑瘤核。積屑瘤核形成后，隨著切屑的流動(dòng)，切屑底層結(jié)構(gòu)相似的原子團(tuán)不斷依附，使積屑瘤核不斷長(zhǎng)大，到達(dá)一定高度后破碎，被切屑帶走或嵌附在工件外表。積屑瘤形成與被加工材料的硬化性質(zhì)、切削區(qū)的溫度、壓力分布等有關(guān)。一般地說(shuō)，塑性金屬材料的加工硬化傾向愈強(qiáng)，愈易產(chǎn)生積屑瘤；溫度低、壓力低時(shí)，不易產(chǎn)生積屑瘤；反之，溫度太高，使金屬軟化，也不易產(chǎn)生積屑瘤。對(duì)碳鋼，300~350℃最易形成積屑瘤，500℃以上時(shí)趨于消失?！?〕工件材料的性質(zhì)塑性材料的加工硬化傾向越強(qiáng)，越易產(chǎn)生積屑瘤；切削區(qū)的溫度和壓力很低時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤；切削區(qū)的溫度太高時(shí)，由于材料變軟，也不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤。積屑瘤的成因〔2〕切削區(qū)的溫度分布和壓力分布有關(guān)?！?〕刀具前角增大刀具前角可以有效抑制積屑瘤的形成?！?〕冷卻潤(rùn)滑條件加注切削液可以有效抑制積屑瘤的形成。

根據(jù)積屑瘤的有無(wú)及生長(zhǎng)高度Hb與切削速度關(guān)系，可分為四個(gè)區(qū)：〔5〕切削速度I區(qū)：切削速度很低，形成粒狀或節(jié)狀切屑，沒(méi)有積屑瘤生成；Ⅱ區(qū)：形成帶狀切屑，冷焊條件逐漸形成，隨著切削速度的提高，積屑瘤高度也增加。摩擦阻力Ff與切削流動(dòng)推力T：Ff>T積屑瘤高度增大；Ff<T積屑瘤被推走；Ff＝T積屑瘤達(dá)到臨界高度。Ⅲ區(qū)：積屑瘤的高度隨切削速度的增加而減小，當(dāng)?shù)竭_(dá)邊界時(shí)，積屑瘤消失。速度高，切屑溫度高被軟化，摩擦阻力下降，滯留傾向減弱。Ⅳ區(qū)：切削速度進(jìn)一步提高，由于切削速度較高而冷焊消失，此時(shí)積屑瘤不再存在，當(dāng)切屑底部的纖維化依然存在，切屑的滯留傾向也依然存在。3．積屑瘤的影響1〕使實(shí)際前角增大，減小切削力，對(duì)切削過(guò)程起積極作用。2〕影響刀具耐用度。穩(wěn)定時(shí)代替刀刃切削，減少刀具磨損，提高刀具耐用度；但破裂時(shí)可能使硬質(zhì)合金顆粒剝落，反而加劇刀具磨損。3〕增大加工外表粗糙度。積屑瘤的頂部很不穩(wěn)定，容易破裂，或局部黏附于切屑底部而排出，或局部留在已加工外表而影響粗糙度。4．積屑瘤的控制精加工時(shí)，防止積屑瘤產(chǎn)生的措施有：1〕用低速切削，使切削溫度低，黏結(jié)現(xiàn)象不易發(fā)生；或用高速切削，使切削溫度高于積屑瘤消失的相應(yīng)溫度。2〕采用潤(rùn)滑性能好的切削液，減小摩擦。3〕增大γ0，減小切削變形。4〕當(dāng)工件材料硬度很低、塑性很好時(shí)，可采取適當(dāng)?shù)臒崽幚?，提高工件材料硬度，降低塑性，減小加工硬化傾向。三、切削力和切削功率1．切削力的來(lái)源與分解切削力來(lái)源于兩個(gè)方面：一是切削層金屬和切屑作用在前刀面上的正壓力Fnr和摩擦力Ffr；二是已加工外表作用在后刀面上的正壓力Fna和摩擦力Ffa。前后刀面上作用力的合力為F，如下圖。作用在刀具上的力l〕克服切削層材料和工件外表層材料對(duì)彈性變形的抗力；2〕克服塑性變形的抗力；切削力也可以說(shuō)來(lái)源于以下這三個(gè)方面：3〕克服刀具與切屑、刀具與工件外表間摩擦阻力所需的力；定義:切削過(guò)程中作用在刀具上的切削抗力稱為切削力。實(shí)際加工中，前后刀面上的切削力都不易測(cè)定，也沒(méi)有必要測(cè)定它，而是根據(jù)設(shè)計(jì)和工藝分析的需要將切削合力分解在三個(gè)相互垂直的方向進(jìn)行研究，如下圖為切外圓時(shí)切削力的分解。切削力的分解

κrFcFFpFf·pFfFf·pFf·pfv切削力的分解F切削合力Fc主切削力Fp背向力Ff進(jìn)給力1〕切削力Fc。切削力是切削合力F在切削速度vc方向的分力，亦稱切向力或主切削力。切削力Fc約占總切削力的80%~90%，是計(jì)算機(jī)床動(dòng)力，以及主傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)零件強(qiáng)度、剛度的依據(jù)。切削力過(guò)大時(shí)，可能使刀具崩刃甚至發(fā)生“悶車〞現(xiàn)象。2〕進(jìn)給力Ff。進(jìn)給力是切削合力F在進(jìn)給方向的分力，亦稱軸向力或走刀抗力。由于切削加工中進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度低，F(xiàn)f所消耗的功率少，只占總功率的1％~5％。進(jìn)給力是設(shè)計(jì)和驗(yàn)算機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)所必需的數(shù)據(jù)。3〕背向力Fp。背向力是切削合力F在切削深度方向的分力，亦稱為切深抗力或徑向分力。因?yàn)榍邢骷庸r(shí)，刀具在這個(gè)力的方向運(yùn)動(dòng)速度為零，所以從理論上說(shuō)，F(xiàn)p不消耗功。但Fp一般作用在工件剛度較低的方向上，容易使工件產(chǎn)生變形。背吃刀量ap進(jìn)給量fAD↑↑↑↑變形抗力摩擦力切削力↑↑刀刃鋒利↑↓前角go變形抗力切削力↓刀具幾何參數(shù)對(duì)切削力的影響。a〕前角go對(duì)切削力的影響;

前角對(duì)切削力的影響ap

=

4

mmf

=

0.25

mm

/

rb〕主偏角Kr對(duì)切削力的影響;

c〕刃傾角ls對(duì)切削力的影響;ls↑↓背前角gp↑側(cè)前角gfFp↓Ff↑d〕刀尖圓弧半徑re對(duì)切削力的影響;刀具材料和切削液的使用對(duì)切削力也有一定的影響。2．切削功率切削功率指在切削過(guò)程中消耗的功率，切削功率應(yīng)是三個(gè)切削分力消耗功率的總和。但在車削外圓時(shí)，F(xiàn)p不消耗功率，F(xiàn)f所消耗的功率與Fc相比，完全可以忽略不計(jì)。因此切削功率計(jì)算公式如下：P=Fcvc/〔103×60〕式中：P為切削功率，kW；Fc為主切削力，N；vc為切削速度，m/min。由上式可知，切削功率直接與切削速度和主切削力有關(guān)，而主切削力又與背吃刀量和進(jìn)給量有關(guān)，因此，直接影響切削功率的是切削用量三要素：背吃刀量ap、進(jìn)給量f和切削速度vc。四、切削熱、切削溫度、切削液1．切削熱切削過(guò)程中所消耗的能量，除了極少局部以形變能存于工件外表和切屑中，其余都要轉(zhuǎn)變成熱，所以要產(chǎn)生大量的熱，這些熱稱為切削熱。切屑熱產(chǎn)生于切削加工的三個(gè)變形區(qū)，即切削變形所消耗的功、切屑與前刀面的摩擦所消耗的功、工件與刀具后刀面的摩擦所消耗的功三個(gè)方面。三個(gè)變形區(qū)與三個(gè)發(fā)熱區(qū)相對(duì)應(yīng)。切削塑性金屬時(shí)，切削變形量大，切屑底部與前刀面的摩擦大，消耗的功多，發(fā)熱多，第一變形區(qū)所占的比例大。切削脆性金屬時(shí)，被切金屬變形小，形成的崩碎切屑與前刀面摩擦少，發(fā)熱量少，刀具與工件摩擦產(chǎn)生的熱量所占比例增多。切削熱產(chǎn)生以后，由切屑、工件、刀具及周圍介質(zhì)傳出。各局部傳出的比例取決于工件材料、切削速度、刀具材料及刀具幾何形狀等因素。車削加工時(shí)，切屑帶走的切削熱為50%~80%，傳入車刀的占40%~10%，傳入工件的占9%~3%，約1%傳入空氣。傳入切屑和介質(zhì)中的熱越多，對(duì)切削加工越有利。傳入刀具的熱量雖不多，但由于刀具切削局部體積很小，刀具在切削過(guò)程中溫度可達(dá)很高，從而加速刀具磨損，縮短刀具使用壽命。傳入工件的熱，使工件發(fā)生變形，從而影響加工精度和外表質(zhì)量。圖為不同切削速度下的熱量傳出比例2．切削溫度切削溫度一般是指切削區(qū)的平均溫度。切削溫度的上下取決于切削熱的產(chǎn)生和傳出情況，一般可通過(guò)觀察切屑的顏色大致估計(jì)出來(lái)，精確時(shí)，可通過(guò)儀器測(cè)定。在切削加工過(guò)程中應(yīng)設(shè)法減小切削熱的產(chǎn)生，改善散熱條件，降低切削溫度，減小切削熱和切削溫度對(duì)刀具和工件產(chǎn)生的不良影響。影響切削溫度的因素切削用量刀具的幾何參數(shù)切削液

工件材料

ap、f

和vc增大，單位時(shí)間內(nèi)材料的切除量增大，切削熱增多，切削溫度隨之上升。在提高金屬切除率的同時(shí)，為了有效控制切削溫度以延長(zhǎng)刀具壽命，優(yōu)先增大ap

，其次是增大f，嚴(yán)格控制vc；在刀具材料與機(jī)床性能允許條件下，應(yīng)盡可能提高vc

，以進(jìn)行高效率、高質(zhì)量切削。刀具幾何參數(shù)1)前角γoγ0↑→變形程度↓→F↓→θ↓但γ0

＞20°時(shí)，散熱體積↓，對(duì)θ的影響減小2)主偏角krκr↑，切削刃工作接觸長(zhǎng)度、刀尖角和切削寬度↓，散熱面積↓→θ↑3〕工件材料的影響強(qiáng)度、硬度高，那么加工硬化能力強(qiáng)，切削抗力越大，消耗的功多，產(chǎn)生的熱就越多。

熱導(dǎo)率越小，傳散的熱越少，切削區(qū)的切削溫度就越高。4〕刀具磨損的影響后刀面磨損增大，塑性變形增大，摩擦加劇，切削溫度升高。VB達(dá)一定值，v越高刀磨損對(duì)θ影響越顯著刀具磨損是影響切削溫度的主要因素。5〕切削液的影響切削液對(duì)↓切削溫度↓刀具磨損↑加工質(zhì)量有明顯效果。熱導(dǎo)率比熱容和流量越大，本身溫度越低冷卻效果越顯著3．切削液為了減小切削熱，降低刀具與工件的切削溫度，使用切削液是簡(jiǎn)便有效的方法。使用切削液有以下作用：1〕冷卻作用。切削液通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流和汽化將切削區(qū)的熱量帶走，實(shí)現(xiàn)冷卻作用，從而降低刀具和工件的溫度，改善切削條件，減小工件熱變形，提高刀具壽命。2〕潤(rùn)滑作用。切削液通過(guò)滲透到達(dá)切削區(qū)，在刀具和工件、切屑的接觸外表之間形成潤(rùn)滑膜，減少摩擦，減小切削熱，從而提高刀具壽命和工件外表質(zhì)量。3〕清洗作用。在有些切削條件下，如切削鑄鐵或磨削加工，常會(huì)產(chǎn)生細(xì)小切屑和磨削微粒，它們常黏附在工件、刀具上，影響工件外表質(zhì)量。使用一定壓力的切削液可以迅速?zèng)_洗掉這些微粒，防止工件已加工面受到損傷，以保證加工質(zhì)量。4〕防銹作用。為了防止工件、機(jī)床、刀具受到周圍介質(zhì)的腐蝕，使用加有防銹添加劑的切削液能在金屬外表形成保護(hù)膜，起防銹作用。切削液的品種很多，性能各異，應(yīng)根據(jù)具體加工條件來(lái)選擇適宜的切削液，才能收到良好的效果。常用的切削液種類及其選用情況如下：1〕非水溶性切削液。主要是切削油。有各種礦物油，如機(jī)械油、輕柴油、煤油等；還有動(dòng)、植物油，如豆油、豬油等；以及參加油性、極壓添加劑配制的混合油。它主要起潤(rùn)滑作用。普通切削油在低溫條件下使用時(shí)具有良好的潤(rùn)滑性能，常用于低速精加工。但在極壓條件下工作時(shí)需要參加硫、氯等添加劑形成極壓切削油，以保證其具有良好的潤(rùn)滑性能。2〕水溶性切削液。主要成分為水，并參加防銹劑，也可參加適量的外表活性劑和油性添加劑，使其具有一定的潤(rùn)滑性能。水溶性切削液主要用于以冷卻為主的粗加工和高速切削的精加工。3〕乳化液。由礦物油、乳化劑及其他添加劑配制的乳化油加95%~98％的水稀釋而成的乳白色切削液。乳化液以水為主，有良好的冷卻性能和清洗作用。在乳化液中參加極壓添加劑后形成的極壓乳化液在高溫、高壓條件下仍能保持較好的冷卻作用和一定的潤(rùn)滑作用。高濃度的極壓乳化液用于低速切削，既有良好的冷卻效果，又有較好的潤(rùn)滑效果。低濃度的乳化液用于需要以冷卻為主的硬質(zhì)合金刀具高速切削。切削液：〔1〕水溶液：水+防銹劑，透明狀，冷卻性能好，潤(rùn)滑性能差。常用于磨削?！?〕乳化液：乳化油加水稀釋，乳白色，冷卻及清洗性能良好，潤(rùn)滑性能一般。適用于粗加工及磨削?！?〕切削油：礦物油，潤(rùn)滑性能好，冷卻性能差。主要用于精加工。一般鋼材：銅及有色金屬：脆性材料：低速加工：乳化液不含硫的切削液不使用切削液煤油五、刀具的磨損和耐用度刀具在使用過(guò)程中喪失切削能力的現(xiàn)象稱為刀具失效。刀具的失效直接影響加工精度、外表質(zhì)量和加工本錢。在加工過(guò)程中，刀具的失效是經(jīng)常發(fā)生的，主要的失效形式包括刀具的破損和磨損兩種。刀具的破損是由于刀具選擇、使用不當(dāng)及操作失誤造成的，俗稱打刀。一旦發(fā)生很難修復(fù)，屬于非正常失效，應(yīng)盡量防止。刀具的磨損屬正常失效形式，可以通過(guò)重磨修復(fù)。1．刀具的磨損形式刀具的磨損主要有刀具的前刀面磨損、后刀面磨損和邊界磨損三種形式，如下圖。刀具的磨損形式1〕前刀面磨損〔月牙洼磨損〕切削塑性材料且切削速度和切削厚度較大時(shí)，產(chǎn)生的連續(xù)切屑和刀具前刀面在高溫、高壓、高速下產(chǎn)生劇烈摩擦。由于摩擦的作用，以切削溫度最高的位置為中心開(kāi)始發(fā)生磨損，并逐漸向前、向后擴(kuò)展，且深度不斷增加，形成月牙洼。2〕后刀面磨損在切削鑄鐵等脆性材料或以小的切削速度、切削厚度切削塑性材料時(shí)，后刀面雖然磨出后角，使之不與工件外表接觸，但是靠近切削刃的后刀面局部，仍與工件外表發(fā)生彈性接觸，且實(shí)際的切削刃有一定的圓弧和塌刃，形成顯著的負(fù)后角局部，與已加工外表產(chǎn)生劇烈的摩擦，刀具出現(xiàn)磨損。后刀面一旦磨損，這局部承受的摩擦力增大，使刀具后刀面的磨損繼續(xù)開(kāi)展。3〕邊界磨損切削塑性材料以及切削鑄鋼或鍛件等外皮粗糙的工件時(shí)，常在主切削刃靠近工件外皮處以及副切削刃與工件已加工外表接觸處磨出較深的溝槽，稱為邊界磨損。1〕前刀面磨損形成條件：加工塑性材料，v高，hD大；刀具的耐熱性和耐磨性缺乏.AA形式：月牙洼影響：削弱刀刃強(qiáng)度，降低加工質(zhì)量磨損值以其最大深度KT表示?！?〕工件材料〔相同的切削條件〕

材料的強(qiáng)度和硬度越大，摩擦系數(shù)略有減??；是因?yàn)榍邢魉俣炔蛔儠r(shí)，溫度增高，導(dǎo)致摩擦系數(shù)減小?！?〕切削厚度

切削厚度越大，正應(yīng)力增大，摩擦系數(shù)略有減小。〔3〕切削速度〔4〕刀具前角2〕后刀面磨損形成條件：后刀面與工件小面積接觸，加工塑性材料,v

較小,hD

較小；加工脆性材料時(shí)常常發(fā)生。形式：后角=0的磨損面〔參數(shù)——VB，VBmax〕影響：切削力↑,切削溫度↑,產(chǎn)生振動(dòng)，降低加工質(zhì)量刀尖局部磨損嚴(yán)重,以VC表示；中間部位磨損較均勻,以VB表示,以VBmax表示最大磨損值。3〕邊界磨損形成條件：切鋼料，邊界處的加工硬化層、硬質(zhì)點(diǎn)、毛坯外表硬層。較大的應(yīng)力梯度和溫度梯度。形式：溝紋磨損量用VN表示。刀具磨損機(jī)制：1〕硬質(zhì)點(diǎn)劃痕硬質(zhì)點(diǎn)〔碳化物、氮化物、氧化物等〕積屑瘤碎片——各種切削速度下均存在——低速情況下刀具磨損的主要原因取決于硬度和耐磨性

磨削2〕冷焊粘結(jié)高溫高壓強(qiáng)烈摩擦

——刀具材料與工件材料親和力大——刀具材料與工件材料硬度比小——中等偏低切速

粘結(jié)磨損加劇冷焊

4〕化學(xué)磨損3〕擴(kuò)散磨損

化學(xué)作用——邊界磨損原因之一；——主要發(fā)生在較高速切削條件下；高溫作用——取決于刀具的耐熱性氧化鋁陶瓷和立方氯化硼刀具抗擴(kuò)散磨損能力較強(qiáng)。擴(kuò)散磨損常與冷焊磨損、磨料磨損同時(shí)產(chǎn)生。前刀面上溫度最高處擴(kuò)散作用最強(qiáng)烈〔月牙洼〕。對(duì)于一定的刀具和工件材料，切削溫度對(duì)刀具磨損具有決定性的影響。高溫時(shí)擴(kuò)散磨損和化學(xué)磨損強(qiáng)度較高；在中低溫時(shí)，冷焊磨損占主導(dǎo)地位；磨料磨損那么在不同切削溫度下都存在。①硬質(zhì)點(diǎn)劃痕②冷焊粘結(jié)③擴(kuò)散磨損④化學(xué)磨損2.刀具磨損過(guò)程刀具的磨損可分為三個(gè)階段，如下圖。刀具的磨損曲線1〕初期磨損階段此階段磨損較快。新刃磨的刀具外表比較粗糙，刀刃比較鋒利，刀具后刀面與工件加工外表的接觸面積小，壓強(qiáng)較大，使后刀面很快出現(xiàn)磨損帶。初期磨損量的大小與刀具的刃磨質(zhì)量有關(guān)。2〕正常磨損階段經(jīng)過(guò)初期磨損后，刀具的粗糙外表被磨平，刀具后刀面與工件接觸面積變大，壓強(qiáng)減小，刀具的磨損量隨時(shí)間的增加均勻增加，磨損速度比較慢。這個(gè)階段是刀具的有效工作期，磨損速度主要取決于刀具材料、工件材料和切削速度。3〕急劇磨損階段由于刀具變鈍，切削力增大，溫度升高，磨損原因發(fā)生了質(zhì)的變化，導(dǎo)致刀具磨損急劇增加。在此階段，即不能保證加工質(zhì)量，刀具材料消耗也多，甚至崩刃而完全喪失切削能力。為了合理使用刀具，保證加工質(zhì)量，刀具在使用時(shí)應(yīng)防止進(jìn)入這一階段，一般在此之前應(yīng)及時(shí)換刀。刀具磨損過(guò)程〔三個(gè)階段〕1〕初期磨損過(guò)程與刀具刃磨質(zhì)量直接相關(guān)。刀具外表粗糙度大、單位面積壓力高，磨損快。2〕正常磨損階段磨損緩慢，磨損量均勻增加;VB與t近似正比,斜率表示磨損強(qiáng)度,性能指標(biāo)之一。3〕急劇磨損階段切削力、溫度急升，磨損量急劇增加，之前需重新刃磨或換刀。

刀具磨損過(guò)程初期磨損后刀面磨損量VB正常磨損急劇磨損切削時(shí)間3.刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及其耐用度1〕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)磨損限度稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一規(guī)定，以1/2背吃刀量處的刀具后刀面上測(cè)定的磨損帶VB作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。確定磨鈍標(biāo)準(zhǔn)需要考慮被加工現(xiàn)象的特點(diǎn)和加工條件的具體情況。加工條件及要求不同，刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)也不同。精加工時(shí)的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)較小，粗加工較大；工藝系統(tǒng)剛性低時(shí)，考慮系統(tǒng)振動(dòng)，磨鈍標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)取小值；切削難加工材料時(shí)，一般應(yīng)取較小的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)；加工一般材料時(shí)，可取大值。2〕刀具的耐用度在實(shí)際生產(chǎn)中，不允許經(jīng)常卸下刀具來(lái)測(cè)量磨損量，因而不能直接以刀具磨損量的大小作為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，而是根據(jù)切削中的一些現(xiàn)象來(lái)判斷刀具是否已經(jīng)磨鈍。工程中以刀具刃磨后，從開(kāi)始切削到磨損量到達(dá)磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的總切削時(shí)間定義刀具的耐用度。在相同的條件下，刀具的耐用度越高，表示刀具磨損的越慢或刀具的切削性能越好。刀具的耐用度和切削用量有密切的關(guān)系，切削用量取得大，刀具耐用度就低，兩者大小的不同組合，對(duì)生產(chǎn)率及工序本錢影響很大。刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金車刀刀具壽命試驗(yàn)的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，有以下三種可供選擇：〔1〕VB＝0.3mm；〔2〕如果主后刀面為無(wú)規(guī)那么磨損，取VBmax=0.6mm；〔3〕前刀面磨損量KT＝〔0.06＋0.3f〕mm。1〕磨鈍標(biāo)準(zhǔn)概念：允許的最大磨損的限度。度量：后刀面處的磨損寬度VB；徑向尺寸磨損量NB〔精加工〕；2〕磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的制定〔1〕工藝系統(tǒng)剛性工藝系統(tǒng)的剛性差，VB應(yīng)取小值。如車剛性差的細(xì)軸。〔2〕工件材料切削難加工材料如高溫合金、不銹鋼、鈦合金等，VB一般應(yīng)取小值；加工一般材料，VB值可取大一些。加工大型工件，為了防止頻繁換刀，VB應(yīng)取大值?！?〕加工精度和外表質(zhì)量加工精度和外表質(zhì)量要求高時(shí)，VB應(yīng)取小值。刀具壽命刀具壽命的定義刃磨后的刀具自開(kāi)始切削直到磨損量到達(dá)磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止所經(jīng)歷的總切削時(shí)間；兩次刃磨之間所經(jīng)歷的切削時(shí)間T。刀具壽命乘以刃磨次數(shù)，得到的就是刀具總壽命。

Vc1>Vc2>Vc3>Vc4

在提高生產(chǎn)率，保證刀具的使用壽命的情況下，首先盡量選用大的切削深度，然后根據(jù)加工條件和加工要求選取允許的最大進(jìn)給量，最后根據(jù)刀具使用壽命和機(jī)床功率允許的情況選取最大切削速度。

不同刀具材料的耐用度比較硬質(zhì)合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速鋼刀具耐用度T（min）1235681020304060800600500400300200100806050切削速度v（m/min）不同刀具材料壽命〔耐用度〕比較影響刀具壽命的其他因素：(1)刀具幾何參數(shù)合理選擇刀具幾何參數(shù)能提高刀具壽命。刀具幾何參數(shù)中對(duì)刀具壽命影響較大的是前角和主偏角。(2)刀具材料采用涂層刀具材料和使用新型刀具材料，可提高刀具壽命。(3)工件材料工件材料的強(qiáng)度、硬度和韌性越高，伸長(zhǎng)率越小，切削時(shí)均能使切削溫度升高，刀具壽命降低。

2〕多刀車床上的車刀，組合機(jī)床上的鉆頭、絲錐和銑刀，自動(dòng)機(jī)及自動(dòng)線上的刀具，因?yàn)檎{(diào)整復(fù)雜，刀具壽命應(yīng)規(guī)定得高些。l〕刀具構(gòu)造復(fù)雜、制造和磨刀費(fèi)用高時(shí)，刀具壽命應(yīng)規(guī)定得高些。刀具壽命制訂考慮因素：3〕某工序的生產(chǎn)成為生產(chǎn)線上的瓶頸時(shí)，刀具壽命應(yīng)定得低些，這樣可以選用較大的切削用量，以加快該工序生產(chǎn)節(jié)拍；某工序單位時(shí)間的生產(chǎn)本錢較高時(shí)刀具壽命應(yīng)規(guī)定得低些，這樣可以選用較大的切削用量，縮短加工時(shí)間。4〕精加工大型工件時(shí)，刀具壽命應(yīng)規(guī)定得高些，至少保證在一次走刀中不換刀。5〕一般情況下，首先最小本錢刀具壽命。在生產(chǎn)任務(wù)緊迫等情況下，可選用最高生產(chǎn)率刀具壽命。1〕崩刃切削刃產(chǎn)生小的缺口。在繼續(xù)切削中，缺口會(huì)不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致更大的破損。用陶瓷刀具切削及用硬質(zhì)合金刀具作斷續(xù)切削時(shí)，常發(fā)生這種破損。刀具的破損形式分為脆性破損和塑性破損。刀具的破損

1．脆性破損硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具切削時(shí)，在機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力沖擊作用下，經(jīng)常發(fā)生以下幾種形態(tài)的破損：2〕碎斷切削刃發(fā)生小塊碎裂或大塊斷裂，不能繼續(xù)進(jìn)行切削。用硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具作斷續(xù)切削時(shí)，常發(fā)生這種破損。3〕剝落在刀具的前、后刀面上出現(xiàn)剝落碎片，經(jīng)常與切削刃一起剝落，有時(shí)也在離切削刃一小段距離處剝落陶瓷刀具端銑時(shí)常發(fā)生。4〕裂紋破損長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行斷續(xù)切削后，因疲勞而引起裂紋的一種破損。熱沖擊和機(jī)械沖擊均會(huì)引發(fā)裂紋，裂紋不斷擴(kuò)展合并就會(huì)引起切削刃的碎裂或斷裂。2．塑性破損過(guò)高的溫度和壓力的作用，刀具表層材料將因發(fā)生塑性流動(dòng)而喪失切削能力?？顾苄云茡p能力取決于刀具材料的硬度和耐熱性。硬質(zhì)合金和陶瓷的耐熱性好，一般不易發(fā)生這種破損。相比之下，高速鋼耐熱性較差，較易發(fā)生塑性破損。3〕防止刀具破損采取的措施1)合理選擇刀具材料的種類和牌號(hào)。2)合理選擇刀具幾何參數(shù)。3)保證刀具焊接和刃磨質(zhì)量，防止各種缺陷。4)合理選擇切削用量。5)提高工藝系統(tǒng)的剛性，減少振動(dòng)。6)采用正確的操作方法，防止刀具承受突變載荷，不要斷續(xù)使用切削液冷卻脆性大的刀具材料。六、切削刀具的材料1．對(duì)刀具材料的根本要求刀具材料一般是指刀具切削局部的材料。刀具切削局部在切削加工過(guò)程中，承受很大的切削力，并且承受沖擊、振動(dòng)和摩擦，工作溫度很高。因此，刀具切削局部的材料必須滿足以下根本要求。1〕刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度，否那么難以切削。在常溫條件下，刀具切削局部的硬度要求在60HRC以上。2〕刀具材料應(yīng)具有良好的耐磨性。耐磨性與刀具材料的硬度有關(guān)，同時(shí)與刀具組織結(jié)構(gòu)中碳化物種類、數(shù)量、大小和分布情況有關(guān)。3〕刀具材料必須具備足夠的強(qiáng)度和韌度，以便承受切削力、沖擊和振動(dòng)時(shí)不被破壞。4〕切削時(shí)切削溫度很高，因此，要求刀具材料在高溫條件下仍能保持高的硬度，高的耐磨性和具有足夠的堅(jiān)韌度，材料的這種性質(zhì)稱為熱硬性。5〕刀具材料應(yīng)具有較好的化學(xué)惰性，保證在切削過(guò)程中，隨著切削溫度的升高而具有不發(fā)生黏結(jié)磨損和擴(kuò)散磨損的能力。6〕刀具材料應(yīng)具有良好的工藝性。高速鋼

分類：按用途：通用型高速鋼、高性能高速鋼工藝方法：熔煉高速鋼、粉末冶金高速鋼*參加WMoCrV等高合金工具鋼*較高的熱穩(wěn)定性；較高的強(qiáng)度；工藝性好，使用可靠特點(diǎn)：1、熱穩(wěn)定性：500-650℃。切削速度提高1-3倍，2、硬度：63-70HRC3、抗彎強(qiáng)度：3.3GPa〔硬質(zhì)合金的2-3倍，陶瓷的5-6倍〕4、工藝性好，適于制作復(fù)雜道具通用高速鋼：*按含鎢量：鎢系：W12%、W18%；鎢鉬系：W6%、W8%；鉬系：W2%或不含W一般硬度：63-66HRC，615℃-620℃時(shí)，60HRC良好的塑性和刃磨性——復(fù)雜刀具切削材料：硬度小于250-280HBS以下的結(jié)構(gòu)鋼和鑄鐵切削速度最高：40-60m/min〔一〕鎢鋼W18Cr4V〔W18〕〔二〕鎢鉬鋼W6Mo5Cr4V2〔M2〕；W9Mo3Cr4V2、W9Mo3Cr4V〔1〕σ彎：4-4.5GPa；αk=350-400KJ/m2〔2〕65-66.5HRC〔3〕熱穩(wěn)定性能高于M2〔4〕碳化物均勻性接近M2，良好的熱塑性；〔5〕脫碳傾向小于M2〔6〕耐用度較高。高性能高速鋼1．什么是高性能高速鋼：在通用性高速鋼成分中再增加含碳量、含釩量及添加鈷、鋁等合金元素的新鋼種。2．特點(diǎn)：〔1〕高熱穩(wěn)定性〔630-650度時(shí)60HRC〕〔2〕耐用度高1.5-3倍〔3〕硬度高：67-70HRC3．主要牌號(hào)：〔1〕高C：9W18Cr4V、9W6Mo5Cr4V2〔韌性差〕〔2〕高V：W6Mo5Cr4V3〔刃磨差〕〔3〕高Co：；W18Cr4VCo5〔本錢高〕〔4〕超硬：W2Mo9Cr4VCo8〔M42〕、W6Mo5Cr4V2Al〔501〕4.適應(yīng)范圍：高碳，高釩，含鈷高速鋼的局限性5、W2Mo9Cr4VCo8〔M42〕〔