金属切削原理与刀具ppt课件.ppt

1、.1.2金属切削过程金属切削过程 金属切削过程的变形金属切削过程的变形 切削的类型及控制切削的类型及控制 切削力切削力 切削热和切削温度切削热和切削温度 刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命.3金属切削过程定义：金属切削过程定义： 刀具和工件相互作用形成切屑的过程。刀具和工件相互作用形成切屑的过程。目的：目的：使被加工零件的尺寸精度、形状和位置精度、表面质量达到设计与使使被加工零件的尺寸精度、形状和位置精度、表面质量达到设计与使用要求。用要求。两个基本条件：两个基本条件：切削运动和刀具。切削运动和刀具。过程中的现象：过程中的现象：切削变形、切削力、切削热、积屑瘤、加工硬化和刀具磨损。切削变形、

2、切削力、切削热、积屑瘤、加工硬化和刀具磨损。意义：意义： 有助于切削加工技术的发展，保证加工质量，提高生产率和降低成本。有助于切削加工技术的发展，保证加工质量，提高生产率和降低成本。 金属切削过程金属切削过程.4 FABOM45a）正挤压）正挤压FABOM45b）偏挤压）偏挤压OMFc）切削）切削 正挤压：金属材料受挤压时，最大正挤压：金属材料受挤压时，最大剪应力方向与作用力方向约成剪应力方向与作用力方向约成4545 偏挤压：金属材料一部分受挤压时，偏挤压：金属材料一部分受挤压时，OBOB线以下金属由于母体阻碍，不能沿线以下金属由于母体阻碍，不能沿ABAB线滑移，而只能沿线滑移，而只能沿OMO

3、M线滑移线滑移 切削：与偏挤压情况类似。弹性变形切削：与偏挤压情况类似。弹性变形剪切应力增大，达到剪切应力增大，达到屈服点屈服点产生塑产生塑性变形性变形，沿，沿OMOM线滑移线滑移剪切应力与滑移剪切应力与滑移量继续增大，达到量继续增大，达到断裂强度断裂强度切屑与母切屑与母体脱离体脱离。切削的形成过程切削的形成过程金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形.5金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形以塑性材料的切屑形成为例，以塑性材料的切屑形成为例，金属切削区可大致划分为：金属切削区可大致划分为： 三个变形区三个变形区 第一变形区第一变形区 第二变形区第二变形区 第三变形区第三变形区.6金属切削过

4、程中的变形金属切削过程中的变形OA始滑移线始滑移线:塑性变形开始；塑性变形开始； OM终滑移线：金属晶粒的剪终滑移线：金属晶粒的剪切滑移基本完成，切滑移基本完成，成为切屑。金成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要集中属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。于此区域。变形的主要特征：变形的主要特征： 剪切滑移变形剪切滑移变形 加工硬化加工硬化一般速度范围内一般速度范围内区宽度为区宽度为0.020.2mm，速度越高，宽度越小，可看作，速度越高，宽度越小，可看作一个剪切平面一个剪切平面（1）第一变形区）第一变形区（剪切滑移区）（剪切滑移区）.7金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形前刀面挤压与摩擦，前

5、刀面挤压与摩擦， 金金属纤维化的二次变形。属纤维化的二次变形。 此变形区的变形是造成前此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。主要原因。（2）第二变形区）第二变形区（挤压摩擦区）（挤压摩擦区）.8金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形 （3）第三变形区第三变形区刃前区：三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应力集中刃前区：三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应力集中而复杂，被切削层在此与工件本体材料分离而复杂，被切削层在此与工件本体材料分离（挤压摩擦回弹区）（挤压摩擦回弹区）.9 切屑根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：=s剪切角金属切削过程中的变形金属

6、切削过程中的变形.10切屑的类型及控制切屑的类型及控制1 1）带状切屑）带状切屑产生条件：加工塑性金属，且产生条件：加工塑性金属，且切削厚度较小，切削速度较高、切削厚度较小，切削速度较高、刀具前角较大。刀具前角较大。优点：切削过程平稳，切削力波优点：切削过程平稳，切削力波动范围小，已加工表面粗糙度较动范围小，已加工表面粗糙度较小。小。缺点：容易缠绕刀具或工件，缺点：容易缠绕刀具或工件，影响加工过程。影响加工过程。带状切屑切屑的类型（从变形观点出发）切屑的类型（从变形观点出发）.112 2）挤裂）挤裂( (节状节状) )切屑切屑产生条件：加工塑性金属，在低产生条件：加工塑性金属，在低速、切削厚度

7、较大、刀具前角较速、切削厚度较大、刀具前角较小小特点：切削过程不平稳，切削特点：切削过程不平稳，切削力有波动，已加工表面粗糙度力有波动，已加工表面粗糙度较大。较大。挤裂切屑切屑的类型及控制切屑的类型及控制.123 3）单元）单元( (粒状粒状) )切屑切屑产生条件：加工塑性金属，切削产生条件：加工塑性金属，切削速度极低时，增大进给量，减小速度极低时，增大进给量，减小前角。前角。特点：切削过程不平稳，切削力特点：切削过程不平稳，切削力波动大，已加工表面粗糙度大。波动大，已加工表面粗糙度大。粒状切屑切屑的类型及控制切屑的类型及控制切塑性材料切塑性材料 带状切屑带状切屑 挤裂切屑挤裂切屑 单元切屑单

8、元切屑 0v hD0 v hD0 v hD0v hD.134 4）崩碎切屑）崩碎切屑 切脆性材料，工件材料越是脆硬、切脆性材料，工件材料越是脆硬、进给量越大则越容易产生这种切进给量越大则越容易产生这种切屑。材料所受应力超过了抗拉强屑。材料所受应力超过了抗拉强度。度。切削力的幅度小，但波动大，切削过程不平稳，易损坏刀具，切削力的幅度小，但波动大，切削过程不平稳，易损坏刀具，已加工表面粗糙。已加工表面粗糙。崩碎切屑切屑的类型及控制切屑的类型及控制减小切削厚度，使切屑成针状或片状，同时提高切削速度，减小切削厚度，使切屑成针状或片状，同时提高切削速度，以增加工件材料的塑性。以增加工件材料的塑性。.14

9、切屑的控制切屑的控制1 ）采用断屑槽）采用断屑槽对流动中的切屑施加一定的约束力，使切屑应变增大，切对流动中的切屑施加一定的约束力，使切屑应变增大，切屑卷曲半径减小。屑卷曲半径减小。切屑的类型及控制切屑的类型及控制切削加工中采用适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，切削加工中采用适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，形成形成“可接受可接受”的良好切屑。的良好切屑。.15切屑的类型及控制切屑的类型及控制.16增大刀具主偏角增大刀具主偏角 切削厚度变大，有切削厚度变大，有利于断屑。利于断屑。2 2）改变刀具角度）改变刀具角度减小刀具前角减小刀具前角 可使切屑变形加大，可使切屑变形加大，切屑易于折

10、断。切屑易于折断。 刃倾角刃倾角 正值正值 切屑常卷曲后碰到后刀面折断切屑常卷曲后碰到后刀面折断 负值负值 切屑常卷曲后碰到已加工表面折断切屑常卷曲后碰到已加工表面折断 切屑的类型及控制切屑的类型及控制.173 3）调整切削用量）调整切削用量 即据实际条件适当选择切削用量。即据实际条件适当选择切削用量。 进给量进给量 切削厚度切削厚度 对断屑有利对断屑有利 加工表面粗糙度加工表面粗糙度 切削速度切削速度 切削变形切削变形 利于断屑利于断屑 切除效率切除效率 切屑的类型及控制切屑的类型及控制.18 积屑瘤的成因积屑瘤的成因速度不高、切削塑性金属、形速度不高、切削塑性金属、形成带状切屑，刀具和切屑

11、间的成带状切屑，刀具和切屑间的压力和摩擦，使得切屑冷焊并压力和摩擦，使得切屑冷焊并层积在前刀面上，形成硬度很层积在前刀面上，形成硬度很高的一块剖面呈三角状的硬块，高的一块剖面呈三角状的硬块，其硬度是工件材料硬度的其硬度是工件材料硬度的23倍，能够代替刀刃进行切削，倍，能够代替刀刃进行切削，并以一定的频率生长和脱落。并以一定的频率生长和脱落。这硬块称为积屑瘤。这硬块称为积屑瘤。1 1）积屑瘤的形成）积屑瘤的形成积屑瘤的形成及其影响积屑瘤的形成及其影响.19（1）工件材料的性质）工件材料的性质塑性材料的加工硬化倾向越强，越易产生积屑瘤；塑性材料的加工硬化倾向越强，越易产生积屑瘤；切削区的温度和压力

12、很低时，不会产生积屑瘤；切削区切削区的温度和压力很低时，不会产生积屑瘤；切削区的温度太高时，由于材料变软，也不会产生积屑瘤。的温度太高时，由于材料变软，也不会产生积屑瘤。2 2）积屑瘤的成因）积屑瘤的成因（2）切削区的温度分布和压力分布有关。）切削区的温度分布和压力分布有关。（3）刀具前角）刀具前角 增大刀具前角可以有效抑制积屑瘤的形成。增大刀具前角可以有效抑制积屑瘤的形成。（4）冷却润滑条件）冷却润滑条件 加注切削液可以有效抑制积屑瘤的形成。加注切削液可以有效抑制积屑瘤的形成。积屑瘤的形成及其影响积屑瘤的形成及其影响.20（5） 切削速度切削速度 积屑瘤的形成及其影响积屑瘤的形成及其影响.2

13、1积屑瘤的形成及其影响积屑瘤的形成及其影响（1）增大刀具前角）增大刀具前角 减小了切屑变形，降低切削力，减小了切屑变形，降低切削力，使切削过程容易进行。使切削过程容易进行。（2）增大切削厚度）增大切削厚度 h hD D的变化导致切削厚度的变的变化导致切削厚度的变化，从而导致切削力的波动和影化，从而导致切削力的波动和影响加工质量。响加工质量。3 3）积屑瘤对切削过程的影响）积屑瘤对切削过程的影响.22积屑瘤的形成及其影响积屑瘤的形成及其影响（3）增大已加工表面粗糙度）增大已加工表面粗糙度 积屑瘤伸出切削刃外的部分积屑瘤伸出切削刃外的部分高低不平，外形极不规则，增高低不平，外形极不规则，增大了已加

14、工表面的粗糙度，降大了已加工表面的粗糙度，降低了表面加工质量。低了表面加工质量。（4）对刀具寿命的影响）对刀具寿命的影响 积屑瘤积屑瘤 如生长稳定，起到了保护了刀具，提高了刀具的使如生长稳定，起到了保护了刀具，提高了刀具的使用寿命的作用；如频繁脱落，则加剧了刀具的磨损，降低了用寿命的作用；如频繁脱落，则加剧了刀具的磨损，降低了刀具的使用寿命。刀具的使用寿命。 .23积屑瘤对切削过程的影响有积极的一面，也有消极的一面。在积屑瘤对切削过程的影响有积极的一面，也有消极的一面。在粗加工时，可充分利用积屑瘤粗加工时，可充分利用积屑瘤, ,精加工时必须防止积屑瘤的产精加工时必须防止积屑瘤的产生，可采取的控

15、制措施有：生，可采取的控制措施有： （2 2）使用润滑性能好的切削液，目的在于减小切屑底层材料）使用润滑性能好的切削液，目的在于减小切屑底层材料与刀具前刀面间的摩擦。与刀具前刀面间的摩擦。（1 1）合理选用切削速度，使切削速度避开产生积屑瘤的区域。）合理选用切削速度，使切削速度避开产生积屑瘤的区域。 （3 3）增大刀具前角，减小刀具前）增大刀具前角，减小刀具前刀面与切屑之间的压力。刀面与切屑之间的压力。（4 4）降低工材塑性，适当提高工）降低工材塑性，适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。件材料硬度，减小加工硬化倾向。4 4）控制措施）控制措施（5 5）减小进给量。）减小进给量。积屑瘤的形成

16、及其影响积屑瘤的形成及其影响.24l l）克服切削层材料和工）克服切削层材料和工件表面层材料对弹性变形件表面层材料对弹性变形的抗力；的抗力；2 2）克服塑性变形的抗力；）克服塑性变形的抗力；切削力来源于以下三个方面：切削力来源于以下三个方面：1 1）切削力）切削力3 3）克服刀具与切屑、刀）克服刀具与切屑、刀具与工件表面间摩擦阻力具与工件表面间摩擦阻力所需的力；所需的力；切削过程受力分析切削过程受力分析.25rFcFFpFf pFfFf pFf pfv切削力的分解F 切削合力Fc主切削力Fp背向力Ff进给力2 2）切削合力及分解）切削合力及分解 切削合力及分解切削合力及分解 22222NCPf

17、FcFFFFF.26切屑的受力分析切屑的受力分析sinDssAFA前刀面：前刀面： 法向力法向力 F Fn n 摩擦力摩擦力 F Ff f剪切面：剪切面： 正压力正压力 F Fnsns 剪切力剪切力 F Fs s切屑形成力切屑形成力 F F第一步：受力分析第一步：受力分析.27sinDssAFAcos()soFF切屑的受力分析切屑的受力分析 剪切角剪切角 摩擦角摩擦角 第二步：角度分析第二步：角度分析.28cos()cos()sin cos()cDoooAFF sin()sin()sin cos()pDoooAFF tan()/opcFFtan切屑的受力分析切屑的受力分析cos()sin co

18、s()sDooFAF 第三步：分力计算第三步：分力计算.29切屑变形过程切屑变形过程被切削金属层好比一叠被切削金属层好比一叠卡片，刀具进行切削时卡片，刀具进行切削时，卡片之间发生滑移。，卡片之间发生滑移。.30切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本不变。可用切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本不变。可用其表示切削层的变形程度。其表示切削层的变形程度。lchhDhchlC 切屑与切削层尺寸切屑与切削层尺寸厚度变形系数厚度变形系数Dchhhh长度变形系数长度变形系数CLchll1. 变形系数变形系数切屑变形程度切屑变形程度.31切屑变形程度切屑变形程度相对滑移模型：相对滑移模

19、型：平行四边形平行四边形OHNMOHNM发生剪发生剪切变形后，变为平行四边形切变形后，变为平行四边形OGPMOGPM，其相对滑移，其相对滑移cottan()osNPNKKPyMKMK2 2相对滑移相对滑移00cossincos()或.32切屑变形程度切屑变形程度3剪切角剪切角4o （1）根据材料力学平面应力状态理论）根据材料力学平面应力状态理论 主应力与切应力主应力与切应力 45 F Fs4-o （2）根据合力学最小理论：）根据合力学最小理论： cos()sincos()sDooFAF422o.33切屑变形程度切屑变形程度 分析上式可知：分析上式可知： 1）前角增大时，剪切角随之增大，变形减小

20、前角增大时，剪切角随之增大，变形减小。这。这表明，在保证切削刃强度的前提下，增大刀具前角可表明，在保证切削刃强度的前提下，增大刀具前角可减少切削变形，对改善切削过程有利。减少切削变形，对改善切削过程有利。 2）摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形增大摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形增大。提高刀具刃磨质量、采用润滑性能好的切削液可以减提高刀具刃磨质量、采用润滑性能好的切削液可以减小前刀面和切屑之间的摩擦系数，有利于改善切削过小前刀面和切屑之间的摩擦系数，有利于改善切削过程。程。4o422o.34影响切屑因素影响切屑因素1 1工件材料的影响工件材料的影响2 刀具前角的影响刀具前角的影响.35影响切

21、屑因素影响切屑因素3切削速度的影响切削速度的影响A段：段： 积屑瘤随着切削速度的增大逐渐积屑瘤随着切削速度的增大逐渐形成，前角逐渐增大，所以变形形成，前角逐渐增大，所以变形系数减小。系数减小。 积屑瘤消失，随着积屑瘤消失，随着vc的增大，切削温度增高，使切屑底层材料的剪的增大，切削温度增高，使切屑底层材料的剪切屈服强度切屈服强度ss下降，导致前刀面摩擦系数下降，导致前刀面摩擦系数减小，摩擦角随之减小，减小，摩擦角随之减小，剪切角增大，故变形系数减小。剪切角增大，故变形系数减小。C段：段： 切削塑性金属时切削塑性金属时vc是通过积屑瘤的生长消失过程影响切削变形大小的。是通过积屑瘤的生长消失过程影

22、响切削变形大小的。切削铸铁等脆性金属时，一般不产生积屑瘤。随着切削速度增大，变形系数切削铸铁等脆性金属时，一般不产生积屑瘤。随着切削速度增大，变形系数 逐渐地减小。逐渐地减小。B段：段： 积屑瘤随着积屑瘤随着vc的增大逐渐消失，前的增大逐渐消失，前角逐渐减小，所以变形系数增大。角逐渐减小，所以变形系数增大。.36影响切屑因素影响切屑因素4 4切削层公称厚度的影响切削层公称厚度的影响5 5刀尖圆弧半径的影响刀尖圆弧半径的影响.37l l）克服切削层材料和工）克服切削层材料和工件表面层材料对弹性变形件表面层材料对弹性变形的抗力；的抗力；2 2）克服塑性变形的抗力；）克服塑性变形的抗力；切削力来源于

23、以下三个方面：切削力来源于以下三个方面：1 1）切削力）切削力切削力、切削合力与分力、切削功率切削力、切削合力与分力、切削功率3 3）克服刀具与切屑、刀）克服刀具与切屑、刀具与工件表面间摩擦阻力具与工件表面间摩擦阻力所需的力；所需的力；切削力切削力.38rFcFFpFf pFfFf pFf pfv切削力的分解F 切削合力Fc主切削力Fp背向力Ff进给力2 2）切削合力及分解）切削合力及分解 切削力切削力22222NCPfFcFFFFF.39主偏角主偏角Kr的大小影响的大小影响 Fp 和和 Ff 的配置。当工艺系统刚性较的配置。当工艺系统刚性较差时，应尽可能使用大的主偏角刀具进行切削。差时，应尽

24、可能使用大的主偏角刀具进行切削。根据实验，当根据实验，当Kr =45, s= 0, o 15，F c、F p和和F f有以有以下近似关系：下近似关系： F p =（0.150.7） F c F f = （0.10.6） F c可以得到：可以得到： Fp.f=（1.021.36） F c三者会随着刀具材料、刀具几何参数、切削用量、工件材三者会随着刀具材料、刀具几何参数、切削用量、工件材料、刀具磨损情况而在较大范围内变化。料、刀具磨损情况而在较大范围内变化。切削力切削力.40 3 3）切削功率）切削功率式中式中 Fc 主切削力（主切削力（N）；）； v 主运动速度（主运动速度（m/s）。）。 4

25、4）机床电机功率）机床电机功率式中式中 机床传动效率，通常机床传动效率，通常= 0.750.85 ()cEPPKW3310101000ccwfccCvFfnFvFP只有前者只有前者1%2%切削力切削力.415 5）切削力的测量及切削力经验公式）切削力的测量及切削力经验公式目前常用的测力仪有电目前常用的测力仪有电阻式测力仪和压电式测阻式测力仪和压电式测力仪。力仪。2 2切削力的经验公式切削力的经验公式1 1切削力的理论公式切削力的理论公式 切削过程非常复杂，理论模型还存在较大缺点，计算结切削过程非常复杂，理论模型还存在较大缺点，计算结果与实验结果不能很好的吻合。果与实验结果不能很好的吻合。（1）

26、切削力的测量）切削力的测量切削力切削力.42（2 2）切削力的经验公式的建立（详参冯之敬书）切削力的经验公式的建立（详参冯之敬书）FcFcFpFpFfFfCFcPPFpPFFfPyxyxyxfC aFfC aFfC aF测量仪测出切削力后，再将实验数测量仪测出切削力后，再将实验数据用图解法、线性回归等进行处理，据用图解法、线性回归等进行处理，其实质就是测定其实质就是测定 FC、 FP、 Ff后，后，如何确定如何确定3个系数和个系数和6个指数。个指数。切削力切削力.43图解法图解法 FcpFcCaPCfxyC aFfCFloglogloglogloglogpCaPCfFcFcFCxaFCyfFc

27、FcCFcPyxfC aF切削力切削力.44FeFeFeFpFpFpFfFfFfCFeFcPCPFpFpPCFFfFfPCyxnyxnyxnfC avFKfC avFKfC avFK（3 3）切削力经验公式应用）切削力经验公式应用( (指数公式指数公式) )与实验条件不符的要考虑修正系数，切削力的获得是通过查与实验条件不符的要考虑修正系数，切削力的获得是通过查表所得，是建立在表所得，是建立在前人实验的基础前人实验的基础之上。之上。式中式中 C CFc Fc , C, CFp Fp , C, CFfFf 与工件、刀具材料有关系数；与工件、刀具材料有关系数； x xFc Fc , x, xFp F

28、p , x, xFfFf 切削深度对切削力影响指数；切削深度对切削力影响指数； y yFc Fc , y, yFp Fp , y, yFfFf 进给量对切削力影响指数；进给量对切削力影响指数； n nFc Fc , n, nFp Fp , n, nFfFf 切削速度切削速度对切削力影响指数；对切削力影响指数； K KFc Fc , K, KFp Fp , K, KFfFf 考虑刀具几何参数、刀具磨损等因素影响考虑刀具几何参数、刀具磨损等因素影响的修正系数。的修正系数。切削力切削力.456 6）单位切削力的概念）单位切削力的概念CCCCDPDDfFFFKah bA用用kc（Nmm2）表示：）表示

29、：切削力切削力7 7）单位切削功率的概念）单位切削功率的概念zcSQPP Qz单位时间内金属切除量（mm3/s）f1000vaQpz3pczc10fvaKvFP6cs10KP.46强度、硬度越高，强度、硬度越高，塑性、韧性越大，塑性、韧性越大，切屑变形略小，总切削力越大。切屑变形略小，总切削力越大。 8 8）影响切削力的因素）影响切削力的因素1 1工件材料的影响工件材料的影响2 2切削用量的影响切削用量的影响1）背吃刀量和进给量）背吃刀量和进给量反映在经验公式中，反映在经验公式中，ap的指数近似为的指数近似为1，而，而f的指数为的指数为0.750.9，从切，从切削力和切削功率的角度考虑，切削面

30、积相同，加大削力和切削功率的角度考虑，切削面积相同，加大f比加大比加大ap有利。有利。fAD成正比成正比，但，但 kc略减小，略减小， 变形系数减小，变形系数减小， 切削力增加但与切削力增加但与f 不成正比。不成正比。 apAD成正比成正比， kc不变，不变， 变形系数不变，变形系数不变， 切削力成正比增加；切削力成正比增加； 切削力切削力.47切削力切削力切削力切削力（1）在积屑瘤增长阶段）在积屑瘤增长阶段 随随v 积屑瘤高度积屑瘤高度 变形程度变形程度，F （2） 在积屑瘤减小阶段在积屑瘤减小阶段 v 变形程度变形程度，F （3） 在无积屑瘤阶段在无积屑瘤阶段 随随v ，温度升高，摩擦系，

31、温度升高，摩擦系数数变形程度变形程度 F 2 2）切削速度）切削速度塑性材料塑性材料.48切削力切削力切削力切削力切削速度对切削力没有显著影切削速度对切削力没有显著影响。响。脆性材料：脆性材料：在生产实践中，尽可能采用高在生产实践中，尽可能采用高速切削，既能提高生产效率，速切削，既能提高生产效率，又能减小切削力。又能减小切削力。.49切削力切削力3 3刀具几何参数的影响刀具几何参数的影响 （1 1）前角）前角0 0增大前角增大前角o ，可以减小切，可以减小切削变形，减小变形抗力，切削变形，减小变形抗力，切削力减小。削力减小。塑性材料塑性材料0 0 变形程度变形程度F F脆性材料脆性材料切削变形

32、很小，切削变形很小，0 0对对 F F 影响不影响不显著；显著；.50（2 2）主偏角）主偏角K Kr ra.a.r r对对F Fc c影响较小，影响较小， 影响程度不超过影响程度不超过10%10%；r r在在60607575之间时，之间时，F Fc c最小。最小。b.r r对对F Fp p、 F Ff f影响较大影响较大 F Fp p F FD D coscosr r F Ff f F FD D sinsinr r F Fp p随随r r 增大而减小，增大而减小， F Ff f随随r r 增大而增大增大而增大切削力切削力.51（3 3）刃倾角）刃倾角s sa. a. s s对对F Fc c影

33、响很小影响很小b. s s对对F Fp p、 F Ff f影响较大影响较大 F Fp p随随s s增大而减小，增大而减小， F Ff f随随s s增大而增大增大而增大切削力切削力.524 4）负倒棱）负倒棱1rbb b1 1 与与f f 之比增大之比增大, ,切削力随之增大。切削力随之增大。 当切钢当切钢b b11/ /f f 55或或 切铸铁切铸铁b b11/ /f f 33时，时， 切削力趋于稳定，接近于负前角的状态。切削力趋于稳定，接近于负前角的状态。切削力切削力.535 5）过渡圆弧刃半径）过渡圆弧刃半径r r增大相当于增大相当于r r减小的影响减小的影响（1 1）r r对对F Fc

34、c影响很小影响很小（2 2）F Fp p随随 r r增大而增大；增大而增大；F Ff f随随 r r增大而减小增大而减小（ r Fp，Ff） 切削力切削力.544 4刀具磨损刀具磨损后刀面平均磨损带宽度后刀面平均磨损带宽度VBVB越大，越大，摩擦越强烈，切削力也越大。摩擦越强烈，切削力也越大。VBVB对背向力对背向力F Fp p影响最显著影响最显著 5 5切削液切削液以润滑为主的切削液能减小切以润滑为主的切削液能减小切削力。以冷却为主的对切削力削力。以冷却为主的对切削力的影响不大。的影响不大。 6 6刀具材料刀具材料亲合力和摩擦系数；切削条件完全相同的情况下：亲合力和摩擦系数；切削条件完全相同

35、的情况下： 立方氮化硼立方氮化硼陶瓷陶瓷涂层涂层硬质合金硬质合金高速钢高速钢 切削力切削力.55切削热的产生与传导切削热的产生与传导切削热的来源切削热的来源1)1)切削层金属发生弹性变形和塑性变形切削层金属发生弹性变形和塑性变形所消耗的能量（三个区）；所消耗的能量（三个区）；2)2)切屑与前刀面、工件与后刀面间产生切屑与前刀面、工件与后刀面间产生的的摩擦热摩擦热。塑性材料？塑性材料？脆性材料？脆性材料？工件工件切屑切屑刀具刀具 切削热的来源与传出切削热的来源与传出切削热和切削温度切削热和切削温度切削热是切削过程中的重要物理现象。切削热是切削过程中的重要物理现象。切削所消耗的能量切削所消耗的能量

36、=形成新表面和以晶格扭曲等形式的潜藏能形成新表面和以晶格扭曲等形式的潜藏能（1-2%）+热能（热能（98-99%）切削温度升高会影响？切削温度升高会影响？（变形（变形+ +摩擦）摩擦）（后面摩擦为主）（后面摩擦为主）（摩擦因素、积屑瘤、刀具磨损、加工精度、加工表面）（摩擦因素、积屑瘤、刀具磨损、加工精度、加工表面）.56单位时间产生的切削热：单位时间产生的切削热： Q= = Fcvc = CFz ap xFz f yFz v（nFZ+1） KFz工件切屑刀具 切削热的来源与传出热的传导及其影响因素热的传导及其影响因素1）工件材料的导热系数）工件材料的导热系数2）刀具材料的导热系数）刀具材料的导

37、热系数3）周围介质）周围介质切削热和切削温度切削热和切削温度切削用量切削用量ap 基本成正比例影响，切削速度基本成正比例影响，切削速度v 或或 进给量进给量f等等因素对切削热影响因素对切削热影响=对切削力影响对切削力影响 .57不同的加工方法其切削热由切屑、工件、刀具和介质传出的比不同的加工方法其切削热由切屑、工件、刀具和介质传出的比例不同。例不同。导热率高，热量容易传出，切削温度随之降低，刀具不易磨损，导热率高，热量容易传出，切削温度随之降低，刀具不易磨损，有利于提高刀具寿命。有利于提高刀具寿命。切削热和切削温度切削热和切削温度.58加工方法加工方法切屑切屑工件工件刀具刀具车削车削50-86

38、%3-9%10-40%钻削钻削28%52.5%14.5%铣削铣削70%50%15%磨削磨削4%80%12%切削热和切削温度切削热和切削温度切屑与刀具接触时间长短也切屑与刀具接触时间长短也影响刀具切削温度。影响刀具切削温度。车削？车削？钻削？钻削？（脱离速度快）（脱离速度快）（仍存在接触）（仍存在接触）.592 切削温度分布切削温度分布剪切面上各点温度几乎相等，各点剪切面上各点温度几乎相等，各点的应变规律基本相同；的应变规律基本相同；前后刀面最高温度点不在刀刃上；前后刀面最高温度点不在刀刃上；切屑上最高温度比剪切区温度高；切屑上最高温度比剪切区温度高；切屑底层温度比上层温度高。切屑底层温度比上层

39、温度高。切削塑性材料切削塑性材料 前刀面靠近刀尖处温度最高。前刀面靠近刀尖处温度最高。切削脆性材料切削脆性材料 后刀面靠近刀尖处温度最高。后刀面靠近刀尖处温度最高。切削温度的测量切削温度的测量1 1 测量方法测量方法热电偶法、辐射温度计法热电偶法、辐射温度计法 切削热和切削温度切削热和切削温度.60影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素 刀具与切屑接触区平均温度，单位为刀具与切屑接触区平均温度，单位为； C切削温度系数，主要取决于加工方法和刀具材料；切削温度系数，主要取决于加工方法和刀具材料； z、y、x切削速度、进给量、背吃刀量的影响指数。切削速度、进给量、背吃刀量的影响指数。xpyz

40、cafvC1）切削用量）切削用量 经验公式经验公式 切削热和切削温度切削热和切削温度.61 ap、f 和和vc增大，单位时间内材料的切除量增大，切削热增大，单位时间内材料的切除量增大，切削热增多，切削温度随之上升。增多，切削温度随之上升。三个影响指数三个影响指数 zyx，说明，说明vc 影响最大，进给量影响最大，进给量 f 的影的影响次之，背吃刀量响次之，背吃刀量ap的影响最小。的影响最小。切削热和切削温度切削热和切削温度.62在提高金属切除率的同在提高金属切除率的同时，为了有效控制切削温时，为了有效控制切削温度以延长刀具寿命，优先度以延长刀具寿命，优先增大增大ap ，其次是增大，其次是增大f

41、 ，严格控制严格控制vc；在刀具材料与机床性能在刀具材料与机床性能允许条件下，应尽可能提允许条件下，应尽可能提高高vc ，以进行高效率、高，以进行高效率、高质量切削。质量切削。切削热和切削温度切削热和切削温度.632）刀具几何参数）刀具几何参数1)1)前角前角o o0 0 变形程度变形程度F F q 但但0 0 2020时，时，散热体积散热体积，对，对的影响减小的影响减小切削热和切削温度切削热和切削温度.642) 2)主偏角主偏角k kr r r r ，切削刃工作接触长度、刀尖角和切削宽度，切削刃工作接触长度、刀尖角和切削宽度 ，散热散热面积面积 切削热和切削温度切削热和切削温度.653 3）

42、工件材料的影响）工件材料的影响 强度、硬度高强度、硬度高，则加工，则加工硬化能力强，切削抗力硬化能力强，切削抗力越大，消耗的功多，产越大，消耗的功多，产生的热就越多。生的热就越多。 热导率越小热导率越小，传散的热，传散的热越少，切削区的切削温越少，切削区的切削温度就越高。度就越高。切削热和切削温度切削热和切削温度.664 4）刀具磨损的影响）刀具磨损的影响后刀面磨损增大，塑性变形后刀面磨损增大，塑性变形增大，增大，摩擦加剧摩擦加剧，切削温度，切削温度升高升高 。VB达一定值达一定值 ， v越高刀磨损越高刀磨损对对影响越显著影响越显著刀具磨损是影响切削温度的刀具磨损是影响切削温度的主要因素。主要

43、因素。5 5）切削液的影响）切削液的影响切削液对切削液对切削温度切削温度刀具磨损刀具磨损加工质量有明显效果。加工质量有明显效果。热导率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越显著热导率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越显著切削热和切削温度切削热和切削温度.67切削液：切削液：（1）水溶液：水）水溶液：水+防锈剂，透明状，冷却性能好，润滑性能防锈剂，透明状，冷却性能好，润滑性能差。常用于磨削。差。常用于磨削。（2）乳化液：乳化油加水稀释，乳白色，冷却及清洗性能良）乳化液：乳化油加水稀释，乳白色，冷却及清洗性能良好，润滑性能一般。适用于粗加工及磨削。好，润滑性能一般。适用于粗加工及磨削。（3

44、）切削油：矿物油，润滑性能好，冷却性能差。主要用于）切削油：矿物油，润滑性能好，冷却性能差。主要用于精加工。精加工。切削热和切削温度切削热和切削温度一般钢材：一般钢材：铜及有色金属：铜及有色金属：脆性材料：脆性材料：低速加工：低速加工：乳化液乳化液不含硫的切削液不含硫的切削液不使用切削液不使用切削液煤油煤油.68切削热对工件、刀具及切削过程影响：切削热对工件、刀具及切削过程影响：（1 1）工件材料强度和切削力）工件材料强度和切削力对工件材料强度基本无影响：变形速度高，抵消温度影响；只对工件材料强度基本无影响：变形速度高，抵消温度影响；只对切削底层的抗剪强度产生影响。对切削底层的抗剪强度产生影响

45、。切削力：预热切削，切削力下降，用于难加工材料。切削力：预热切削，切削力下降，用于难加工材料。 普通切削？普通切削？（2 2）刀具材料）刀具材料各类刀具材料都具有相应的最佳切削温度范围。各类刀具材料都具有相应的最佳切削温度范围。硬质合金高温下韧性较好。硬质合金高温下韧性较好。切削热和切削温度切削热和切削温度.69（3 3）工件尺寸精度）工件尺寸精度材料自身材料自身“热障冷缩热障冷缩”特性。特性。（4 4）自动控制切削速度及进给量）自动控制切削速度及进给量保持最佳切削温度保持最佳切削温度（5 5）控制刀具磨损）控制刀具磨损利用利用“刀具刀具工件工件热电偶热电偶”方法，方法，延长刀具寿命延长刀具寿

46、命。切削热和切削温度切削热和切削温度车削加工时车削加工时工件：工件：刀杆：刀杆：外圆及长度发生变化外圆及长度发生变化被吃刀量增加被吃刀量增加.70刀具磨损形态和磨损机制刀具磨损形态和磨损机制 1 1刀具磨损的形态刀具磨损的形态1 1）前刀面磨损）前刀面磨损形成条件：加工塑性材形成条件：加工塑性材料，料，v v高，高，h hD D大；刀具大；刀具的耐热性和耐磨性不足的耐热性和耐磨性不足. . 刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命AA.71刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命形式：月牙洼形式：月牙洼影响：削弱刀刃强度，降低加工质量影响：削弱刀刃强度，降低加工质量磨损值以其最大深度磨损值以其最大深度

47、 KT KT 表示表示 。.72前刀面上的摩擦前刀面上的摩擦滑动接触滑动接触nrsFArssrssrnnnsFAFCFFF冷焊粘结冷焊粘结rsasaFAPAsanAF.73切塑性金属时前刀面上应力切塑性金属时前刀面上应力分布情况：分布情况：刀刀-屑接触区摩擦可分两部分：屑接触区摩擦可分两部分：OA 段粘接区段粘接区:形成紧密接触型摩擦，形成紧密接触型摩擦，剪切滑移，内摩擦剪切滑移，内摩擦AB 段滑动区段滑动区:形成峰点接触型滑动形成峰点接触型滑动摩擦，外摩擦摩擦，外摩擦一般内摩擦力约占总摩擦力的一般内摩擦力约占总摩擦力的85%前刀面上的摩擦前刀面上的摩擦.74影响前刀面摩擦的因素影响前刀面摩擦

48、的因素（1）工件材料（相同的切削条件）工件材料（相同的切削条件） （2）切削厚度）切削厚度 .75（3 3）切削速度）切削速度 （4 4）刀具前角）刀具前角 影响前刀面摩擦的因素影响前刀面摩擦的因素.762 2） 后刀面磨损后刀面磨损形成条件：后刀面与工件小形成条件：后刀面与工件小面积接触，加工塑性材料面积接触，加工塑性材料, , v v 较小较小, , h hD D 较小；加工脆性材较小；加工脆性材料时常常发生。料时常常发生。 刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命.77形式：后角形式：后角=0=0的磨损面（参数的磨损面（参数VBVB，VBVBmaxmax） 影响：切削力影响：切削力, , 切

49、削温度切削温度, , 产生振动，降低产生振动，降低加工质量加工质量刀尖部分磨损严重刀尖部分磨损严重, ,以以VCVC表示；中间部位磨损表示；中间部位磨损较均匀较均匀, ,以以VBVB表示表示, ,以以VBmaxVBmax表示最大磨损值表示最大磨损值 。刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命.783 3）边界磨损）边界磨损 形成条件：切钢料，边界形成条件：切钢料，边界处的加工硬化层、硬质点、处的加工硬化层、硬质点、毛坯表面硬层。较大的应力毛坯表面硬层。较大的应力梯度和温度梯度。梯度和温度梯度。形式：形式： 沟纹沟纹 磨损量用磨损量用VNVN表示。表示。刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命.792

50、2刀具磨损机制刀具磨损机制1）硬质点划痕）硬质点划痕 硬质点（碳化物、氮化物、氧化物等）硬质点（碳化物、氮化物、氧化物等）积屑瘤碎片积屑瘤碎片 各种切削速度下均存在各种切削速度下均存在 低速情况下刀具磨损的主要原因低速情况下刀具磨损的主要原因取决于硬度和耐磨性取决于硬度和耐磨性 磨削磨削刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命.802 2）冷焊粘结）冷焊粘结高温高压高温高压强烈摩擦强烈摩擦 刀具材料与工件材料亲和力大刀具材料与工件材料亲和力大 刀具材料与工件材料硬度比小刀具材料与工件材料硬度比小 中等偏低切速中等偏低切速 粘结磨损加剧粘结磨损加剧冷焊冷焊 刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命.81