第1章-金属切削基本原理-机械制造技术课件.ppt

1、a）轨迹法 b）成形法c）相切法 d）展成法图1-1 零件表面成形方法 指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运动的速度即切削速度，用v（m/s）表示。主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是直线运动（用 T 表示），也可以是回转运动（用 R 表示）。正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的多种组合，产生了不同的加工方法。指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的速度用进给量（fmm/r）或进给速度（vf mm/min）表示。使工件或刀具进入正确加工位置的运动。如调整切削深度，工件分度等。若主运动为往复运动时，其平均速度为：1000nDvc

2、（1-1）式中 n 主运动转速（r/s）；D 刀具或工件的最大直径（mm）。式中 nr 主运动每秒钟往复次数（str/s）；l 往复运动行程长度（mm）。10002rcnlv （1-2）外圆磨无心磨车铣加工滚压加工铣削成形磨（横磨）主运动 进给运动表1-1 外圆表面加工方法 刀 具T/RT主运动 进给运动 工 件表 面 成 形 原 理 图RRRRRTRRT/R车削成形车削拉削研磨表1-2 内圆表面加工方法表 面 成 形 原 理 图钻扩铰镗拉挤行星式内圆磨主运动 进给运动刀 具主运动 进给运动工 件RRTRRT/RTRTRTTRTT内圆磨无心磨主运动 进给运动表1-3 平面加工方法刀 具主运动

3、进给运动工 件表 面 成 形 原 理 图RTRTTT刨插周铣端铣平磨端面平磨车拉T车螺纹板牙主运动 进给运动表1-4 螺纹加工方法刀 具主运动 进给运动工 件表 面 成 形 原 理 图RTRRTTR滚压丝锥铣螺纹梳形铣刀旋风铣磨螺纹RR主运动 进给运动表1-5 齿形加工方法刀 具主运动 进给运动工 件表 面 成 形 原 理 图RTRTTR/TRRR/T铣齿指状铣刀铣齿成形磨齿滚齿剃齿插齿蜗杆砂轮磨齿碟形砂轮磨齿锥形砂轮磨齿刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合图1-2 各种刀具切削部分的形状a）焊接式车刀b）整体式车刀c）机夹式车刀图1-1 车刀的结构（主剖面坐标系）主切削刃主后刀面

4、前刀面副切削刃主剖面 PoA1）基面 Pr：通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面。基面与刀具底面平行。切削平面 Ps基面 Pr图1-3 车刀主剖面坐标系2）切削平面 Ps：通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3）主剖面 Po：通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面 Ps的平面。ArA 向f图1-4 车刀的主要角度0000rrs0q 用硬质合金车刀切削钢件，o取1020；切削灰铸铁，o取515；切削铝及铝台金，o取2535；切削高强度钢，o取-5-10。ArA 向f图1-4 车刀的主要角度0000rrs0q 粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使刀刃有足够强度，后角可选小些，一

5、般为46；精加工时切深较小，为保证加工的表面质量，后角可选大一些，一般为812。q 主偏角应根据加工对象正确选取，车刀常用的主偏角有45、60、75、90几种。ArA 向f图1-4 车刀的主要角度0000rrsrrAA 向f图1-4 车刀的主要角度0000rrsrq 在切深、进给量和主偏角相同的情况下，减小副偏角可使残留面积减小，表面粗糙度降低。a）b）c）图1-5 刃倾角对排屑方向的影响5）刃倾角s切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹角。当刀尖是切削刃最高点时,s定为正值；反之位负。q s影响刀尖强度和切屑流动方向。粗加工时为增强刀尖强度，s常取负值；精加工时为防止切屑划伤已加工表面，s常取

6、正值或零。刀具安装对工作角度的影响图1-6 车刀安装高度对工作角度的影响re=r0e=0a）0e0b）0e0c）rer rer 式中角是主运动方向与合成切削速度方向间的夹角。进给运动对工作角度的影响（图1-13）0e=0-0e=0+0PsPse图1-13 切断刀的工作角度fx00000ee（1-4）（1-4a）tanWfD （图1-14）tanfwfd 在进给剖面，有：将其换算到主剖面内得到：在主剖面内：oeooeo（1-5）tantansinsinfrrwfDO O图1-14 外圆车刀工作角度ffoeoedwooforACAO vf B C B f O dwf ffefef ffefe （1

7、-3）rDfhsin （1-4）sinfbD图1-17 切削层截面bDhD=ffdwDmapa）rhDbD=apb）c）acawpDDDfabhA1）高的硬度和耐磨性2）足够的强度和韧性3）较好的耐热性4）良好的工艺性5）经济性图1-18 刀具材料的发展与切削加工高速化的关系切削速度（m/min）200010005002001005020101800 1850 1900 1950 2000 年代碳素工具钢合金工具钢WC系硬质合金高速钢WC-TiC系硬质合金涂层硬质合金TiAlN涂层硬质合金DLC涂层硬质合金TiC-TiN金属陶瓷聚晶立方氮化硼（PCBN）陶瓷聚晶金刚石（PCD）天然金刚石PCB

8、NPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬质合金涂层WC硬质合金涂层超细粒状硬金属涂层高速钢TiN涂层高速钢断裂韧性耐磨性图1-19 刀具材料的耐磨性与断裂韧性刀具材料种类很多，常用的有工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。表1-6 常用高速钢牌号及其应用范围类别牌 号主 要 用 途普通高速钢W18Cr4V广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等W14Cr4VMnRe用于制造要求热塑性好和受较大冲击载

9、荷的刀具，如轧制钻头等高性能高速钢高碳95W18 Cr4V用于制造对韧性要求不高，但对耐磨性要求较高的刀具高矾W12Cr4V4 Mo用于制造形状简单，对耐磨性要求较高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造复杂刀具和难加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高强度耐热钢的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形状简单的刀具，如加工铁基高温合金的钻头W12Cr4V3 Mo3Co5Si耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作难加工材料的刀具，因其磨削性好可作复杂刀具，价格昂贵 超硬刀具材料包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方

10、氮化硼三种。金刚石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非铁金属、耐磨材料和塑料，如铝及铝合金、黄铜、预烧结的硬质合金和陶瓷、石墨、玻璃纤维、橡胶及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬钢、喷涂材料、冷硬铸铁和耐热合金等。天然金刚石是自然界最硬的材料，根据其质量的不同，硬度范围为HK800012000（HK，Knoop硬度，单位kgf/mm2），密度为3.483.56。由于天然金刚石是一种各向异性的单晶体，因此，在晶体上的取向不同，耐磨性及硬度也有差异，其耐热性为700800。天然金刚石的耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01m左右，刀具寿命可长达数百小时。但天然金刚石价格昂贵，因此主要

11、用于制造加工精度和表面粗糙度要求极高的零件的刀具，如加工磁盘、激光反射镜、感光鼓、多面镜等。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶金刚石是由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，因此不存在各向异性，其硬度比天然金刚石低，为HK65008000，价格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成为当前金刚石刀具的主要材料，可在大部分场合替代天然金刚石刀具。用等离子CVD法开发的金刚石涂层刀具，其基体材料为硬质合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金刚石相同。由于可在形状复杂的刀具（如硬质合金麻花钻、立铣刀、成形刀具及带断屑槽的刀片等）上进行涂层，故具有广阔的发展前途。聚晶立方氮化硼是由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。由

12、于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV 30004500间变动，其耐热性达1200左右，化学惰性很好，在1000的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。由于陶瓷、金刚石和立方氮化硼等材料韧性差、硬度高，因此要求使用这类刀具的机床刚性好、速度高、功率足够、主轴偏摆小，并且要求机床一夹具一工件一刀具系统的刚性好。只有这样才能充分发挥这些先进刀具材料的作用，取得良好的使用效果。超硬刀具材料包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼三种。金刚石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非铁金属、耐磨材料和

13、塑料，如铝及铝合金、黄铜、预烧结的硬质合金和陶瓷、石墨、玻璃纤维、橡胶及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬钢、喷涂材料、冷硬铸铁和耐热合金等。天然金刚石是自然界最硬的材料，根据其质量的不同，硬度范围为HK800012000（HK，Knoop硬度，单位kgf/mm2），密度为3.483.56。由于天然金刚石是一种各向异性的单晶体，因此，在晶体上的取向不同，耐磨性及硬度也有差异，其耐热性为700800。天然金刚石的耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01m左右，刀具寿命可长达数百小时。但天然金刚石价格昂贵，因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求极高的零件的刀具，如加工磁盘、激光反射镜、

14、感光鼓、多面镜等。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶金刚石是由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，因此不存在各向异性，其硬度比天然金刚石低，为HK65008000，价格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成为当前金刚石刀具的主要材料，可在大部分场合替代天然金刚石刀具。用等离子CVD法开发的金刚石涂层刀具，其基体材料为硬质合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金刚石相同。由于可在形状复杂的刀具（如硬质合金麻花钻、立铣刀、成形刀具及带断屑槽的刀片等）上进行涂层，故具有广阔的发展前途。聚晶立方氮化硼是由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV 30004500间变动

15、，其耐热性达1200左右，化学惰性很好，在1000的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。由于陶瓷、金刚石和立方氮化硼等材料韧性差、硬度高，因此要求使用这类刀具的机床刚性好、速度高、功率足够、主轴偏摆小，并且要求机床一夹具一工件一刀具系统的刚性好。只有这样才能充分发挥这些先进刀具材料的作用，取得良好的使用效果。表1-7 各种硬质合金的应用范围牌 号应 用 范 围YG3X铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG3铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG6X普通铸铁、

16、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工YG6铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属及合金、非金属材料粗加工，也可用于断续切削YG6A冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工，亦可用于高锰钢、淬硬钢的半精加工和精加工YT30碳素钢、合金钢的精加工YT15碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工，亦可用于断续切削时的精加工YT14同YT15YT5碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削YW1高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的半精加工和精加工YW2高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工抗弯强

17、度、韧性、进给量 硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量 硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量 硬度、耐磨性、切削速度 超硬刀具材料包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼三种。金刚石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非铁金属、耐磨材料和塑料，如铝及铝合金、黄铜、预烧结的硬质合金和陶瓷、石墨、玻璃纤维、橡胶及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬钢、喷涂材料、冷硬铸铁和耐热合金等。天然金刚石是自然界最硬的材料，根据其质量的不同，硬度范围为HK800012000（HK，Knoop硬度，单位kgf/mm2），密度为3.483.56。由于天然金刚石是一种各向异性的单晶体，因此，在晶体上

18、的取向不同，耐磨性及硬度也有差异，其耐热性为700800。天然金刚石的耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01m左右，刀具寿命可长达数百小时。但天然金刚石价格昂贵，因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求极高的零件的刀具，如加工磁盘、激光反射镜、感光鼓、多面镜等。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶金刚石是由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，因此不存在各向异性，其硬度比天然金刚石低，为HK65008000，价格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成为当前金刚石刀具的主要材料，可在大部分场合替代天然金刚石刀具。用等离子CVD法开发的金刚石涂层刀具，其基体材料为硬质合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金

19、刚石相同。由于可在形状复杂的刀具（如硬质合金麻花钻、立铣刀、成形刀具及带断屑槽的刀片等）上进行涂层，故具有广阔的发展前途。聚晶立方氮化硼是由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV 30004500间变动，其耐热性达1200左右，化学惰性很好，在1000的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。由于陶瓷、金刚石和立方氮化硼等材料韧性差、硬度高，因此要求使用这类刀具的机床刚性好、速度高、功率足够、主轴偏摆小，并且要求机床一夹具一工件一刀具系统的刚性好。只有

20、这样才能充分发挥这些先进刀具材料的作用，取得良好的使用效果。天然金刚石是自然界最硬的材料，耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01m，刀具寿命可达数百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。聚晶金刚石PCD由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，硬度比天然金刚石略低（HK65008000），价格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶立方氮化硼（PCBN）由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。硬度为HV 30004500，耐热性达1200，化学惰性很好，在1000的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁

21、、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。刀具材料种类 合金 高速钢 硬质合金 陶瓷 天然 聚晶金刚石 聚晶立方氮工具钢 W18Cr4V YG6 Si3N4 金刚石 PCD 化硼 PCBN材料性能 硬度 HRC65 HRC66 HRA90 HRA93 HV10000 HV7500 HV4000抗弯强度 2.4GPa 3.2GPa 1.45GPa 0.8GPa 0.3GPa 2.8GPa 1.5GPa导热系数 40-50 20-30 70-100 30-40 146.5 100-120 40-100热稳定性 350 620 1000 1400 800 600-800 1000 化

22、学惰性 低 惰性大 惰性小 惰性小 惰性大 耐磨性 低 低 较高 高 最高 最高 很高 一般精度 Ra0.8 高精度 Ra=0.4-0.2加工质量 Ra0.8 IT7-8 Ra=0.1-0.05 IT5-6 IT7-8 IT5-6 可替代磨削加工对象低速加工一般钢材、铸铁一般钢材、铸铁粗、精加工一般钢材、铸铁粗、精加工高硬度钢材精加工硬质合金、铜、铝有色金属及其合金、陶瓷等高硬度材料淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等难加工材料表1-8 普通刀具材料与超硬刀具材料性能与用途对比没有副刃参加切削，且s=0。图1-15 直角、斜角自由切削与不自由切削a）直角切削）直角切削b）斜角切削）斜角切削c）不自由切

23、削）不自由切削 FABOM45a）正挤压）正挤压FABOM45b）偏挤压）偏挤压OMFc）切削）切削图1-16 金属挤压与切削比较图1-17 切屑根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：=s剪切角图1-18 切削变形实验设备与录像装置 第变形区：即剪切变形区，金属剪切滑移，成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。图1-19 切削部位三个变形区第变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。第变形区：靠近前刀面处，切屑排出时受前刀面挤压与摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。形成条件影响名称简图形态变形带状

24、，底面光滑，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状粒状不规则块状颗粒剪切滑移尚未达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小，刀具前角较大加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大，刀具前角较小工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆材料，刀具前角较小切削过程平稳，表面粗糙度小，妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切削过程不平稳，表面粗糙度不佳切削力波动大，有冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑表1-9 切屑类型及形成条件带状切屑挤裂切屑节状切屑崩碎切

25、屑图1-20 切屑形态照片v 为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量，应使切屑卷曲和折断。v 切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加变形的结果（图1-21）图1-21 切屑的卷曲图1-22 断屑的产生v断屑是对已变形的切屑再附加一次变形（常需有断屑装置，图1-22）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。LchhDhchLD图1-23 切屑与切削层尺寸厚度变形系数（1-11）Dchhhh长度变形系数chDLLL（1-12）ysOM0图1-24 相对滑移系数)cos(sincos00yS（1-13）粘结区：高温高压使切屑底层软化，粘嵌在前刀面

26、高低不平的凹坑中，形成长度为lfi的粘接区。切屑的粘接层与上层金属之间产生相对滑移，其间的摩擦属于内摩擦。图1-25 切屑与前刀面的摩擦 在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生沾接，切屑与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。滑动区：切屑在脱离前刀面之前，与前刀面只在一些突出点接触，切屑与前刀面之间的摩擦属于外摩擦。lfolfi 一定温度、压力作用下，切屑底层与前刀面发生粘接粘接金属严重塑性变形，产生加工硬化 增大前角，保护刀刃 影响加工精度和表面粗糙度滞留粘接长大切屑刀具图1-26 积屑瘤积屑瘤n切削刃存在刃口圆弧，导致挤压和摩擦，产生第变形区。A点以上部分沿前刀面流出，形成切屑；A点以下部分受

27、挤压和摩擦留在加工表面上，并有弹性恢复。hDhDhACFE图1-27 已加工表面变形A点前方正应力最大，剪应力为 0。A点两侧正应力逐渐减小，剪应力逐渐增大，继而减小。GGC （1-17）式中 G 裂纹扩展单位长度时释放的能量（应变能 释放率）；GC 裂纹扩展单位长度时所需的能量（裂纹扩 展阻力）。K1K1C （1-18）式中 K1 应力强度因 子；K1C K1临界值。对于型（张开型）裂纹，在平面应变条件下，脆性断裂条件为：大规模挤裂与小规模挤裂交替进行（图1-28）a）b）c）d）e）图1-28 硬脆材料切削过程a）大规模挤裂（大块破碎切除）b）空切c）小规模挤裂（小块破碎切除）d）小规模挤

28、裂（次小块破碎切除）e）重复大规模挤裂（大块破碎切除）rFcFFpFf pFfFf pFf pfv图1-30 切削力的分解 3个变形区产生的弹、塑性变形抗力 切屑、工件与刀具间摩擦力F 切削合力Fc主切削力Fp吃刀抗力Ff进给抗力（1-26）式中 CFc,CFp,CFf 与工件、刀具材料有关系数；xFc,xFp,xFf 切削深度ap 对切削力影响指数；yFc,yFp,yFf 进给量 f 对切削力影响指数；zFc,zFf ,zFp 切削速度对切削力影响指数；KFc,KFp,KFf 考虑切削速度、刀具几何参数、刀具磨损等因素影响的修正系数。ppFpFpFpffFfFfFfccFcFcFcFzyxp

29、FpFzyxpFfFzyxpFckvfaCFkvfaCFkvfaCF1FFFccccccFcxyxFpFFpcyDppCafKCaFpAafaf（1-27）切除单位切削层面积的主切削力（令修正系数KFc=1）式中 Fc 主切削力（N）；v 主运动速度（m/s）。（1-28）310()ccPFvKW式中 机床传动效率，通常=0.750.85 （1-30）63010(/)ccPppKWsmmV()cEPPK W（1-29）指单位时间切除单位体积 V0 材料所消耗的功率背吃刀量与切削力近似成正比；进给量增加，切削力增加，但不成正比；切削速度对切削力影响复杂（图3-16）强度高加工硬化倾向大切削力大5

30、 19 28 35 55 100 130 切削速度 v（m/min）981784588主切削力Fc（N）图1-31 切削速度对切削力的影响 前角0 增大，切削力减小（图1-32）主偏角r 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（r Fp，Ff，图1-33）图1-32 前角对0切削力的影响前角0切削力F0-Fc0 Fp0 Ff图1-33 主偏角r对切削力的影响主偏角r /切削力/N3045607590r-Fcr Ffr Fp2006001000140018002200 与主偏角相似，刃倾角s对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（s Fp，Ff）刀尖圆弧半径 r 对主切削力影

31、响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（r Fp，Ff）；刀具材料：与工件材料之间的亲和性影响其间的摩擦，而影响切削力；切削液：有润滑作用，使切削力降低；后刀面磨损：使切削力增大，对吃刀抗力Fp的影响最为显著 ；切削过程变形和摩擦所消耗功，绝大部分转变为切削热切削热由切屑、工件、刀具和周围介质（切削液、空气)等传散出去工件切屑刀具图1-34 切削热的来源与传出 主要来源 QA=QD+QFF+QFR （1-22）cccvFPq（1-21）式中，QD,QFF,QFR分别为切削层变形、前刀面摩擦、后刀面摩擦产生的热量 切削塑性材料 前刀面靠近刀尖处温度最高。切削脆性材料 后刀面靠近刀尖处温度最高。75

32、0刀具图1-35 二维切削中的温度分布 工件材料：低碳易切钢；刀具：o=30，o=7；切削用量：ap=0.6mm，vc=0.38m/s；切削条件：干切削，预热611Cq 切削用量的影响 式中 用自然热电偶法测出的前刀面接触区的平均温度(C)；C 与工件、刀具材料和其它切削参数有关的切削温度系数；Z、Y、X vc、f、ap 的指数。经验公式ZyxcpC vfa （1-25）刀具材料加工方法高速钢车削1401700.350.450.20.30.080.10铣削80钻削150硬质合金车削320f(mm/r)0.10.410.150.050.20.310.30.26表1-10 切削温度的系数及指数q

33、刀具几何参数的影响 q 工件材料的影响 vc（m/min）图1-36 切削速度、工件材料对切削温度的影响1GH131 21Cr18Ni9Ti 345钢(正火)4HT200刀具材料：YT15；YG8刀具几何参数：o=15，o=68，r=75，1=-10，s=0，b=0.1mm，r=0.2mm切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/r（）103050709011013040060080010001243q 刀具磨损的影响 q 冷却液的影响 工件和刀具材料不同，组成热电偶两极，切削时刀具与工件接触处的高温产生温差电势，通过电位差计测得切削区的平均温度。利用红外辐射原理，借助热敏感元件，测量切削区温度

34、。可测量切削区侧面温度场。用不同材料、相互绝缘金属丝作热电偶两极（图1-37）。mV图1-37 人工热电偶工件刀具金属丝小孔 可测量刀具或工件指定点温度，可测最高温度及温度分布场。正常磨损形式：月牙洼形成条件：加工塑性材料，v大，hD大影响：削弱刀刃强度，降低加工质量形式：后角=0的磨损面（参数VB，VBmax）形成条件：加工塑性材料,v 较小,hD 较小；加工脆性材料影响：切削力,切削温度,产生振动，降低加工质量VBVBmaxa)KTKBb)图1-38 刀具磨损形态非正常磨损破损（裂纹、崩刃、破碎等），卷刃（刀刃塑性变形）图1-39 刀具磨损过程初期磨损后刀面磨损量VB正常磨损急剧磨损切削时

35、间刀具磨损过程3个阶段（图1-39）常取后刀面最大允许磨损量VB磨钝标准 磨粒磨损 各种切速下均存在 低速情况下刀具磨损的主要原因 粘结磨损（冷焊）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 中等偏低切速粘结磨损加剧 扩散磨损 高温下发生 氧化磨损 高温情况下，在切削刃工作边界发生刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间，用T 表示。刀具总寿命 一把新刀从投入切削开始至报废为止的总切削时间，其间包括多次重磨。111TpmnpCTvfa（1-34）式中CT、m、n、p 为与工件、刀具材料等有关的常数。52.250.75TpCTvfa（1-35）可见v 的影响最显著；f 次之；ap 影响最小

36、。用硬质合金刀具切削碳钢（b=0.763GP a）时，有：图1-39 不同刀具材料的耐用度比较硬质合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速钢刀具耐用度T（min）1 2 3 5 6 8 10 20 30 40 60800600500400300200100806050切削速度v（m/min）规定刀具切削时间，离线检测切削加工时，切屑剥离，工件塑性变形，刀具与工件之间摩擦以及刀具破损等，都会产生声发射。正常切削时，声发射信号小而连续，刀具严重磨损后声发射信号会增大，而当刀具破损时声发射信号会突然增大许多，达到正常切削时的几倍 钻头破损 检测器图1-40 声发射钻头破损检测装置系统图交换机床控制器工件折断工作台声发射传感器破损信号