金属切削过程基本规律

1、LOGO 机制教研室机制教研室 第第五节五节 金属切削过程金属切削过程 基本规律基本规律 切削切削变形变形 一一 切削切削力力 二二 切削热与切削温度切削热与切削温度 二二 一一 三三 本本 节节 教教 学学 内内 容容 第第五五节节 金属切削过程金属切削过程基本规律基本规律 刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命 四四 （1 1）衡量切削变形程度的两个指标；）衡量切削变形程度的两个指标； （2 2）积屑瘤对切削过程的影响及抑制其产生的方法。）积屑瘤对切削过程的影响及抑制其产生的方法。 （3 3）影响切削变形的因素。）影响切削变形的因素。 本本 节节 教教 学学 重重 点点 难难 点点 （4 4

2、）切削力、切削功率的计算；）切削力、切削功率的计算； （5 5）影响切削力的因素；）影响切削力的因素； （6 6）影响切削温度的因素；）影响切削温度的因素； （7 7）刀具寿命的概念及影响寿命的因素。）刀具寿命的概念及影响寿命的因素。 第第五五节节 金属切削过程金属切削过程基本规律基本规律 本本 节节 教教 学学 重重 点点 难难 点点 （1 1）影响切削变形的因素。影响切削变形的因素。 第第五五节节 金属切削过程金属切削过程基本规律基本规律 （2 2）影响切削力的因素；）影响切削力的因素； （3 3）影响切削温度的因素；）影响切削温度的因素； （4 4）影响刀具寿命的因素。）影响刀具寿命的因

3、素。 金属切削过程与金属受压缩过程比较：金属切削过程与金属受压缩过程比较： 一一、切削切削变形变形 a a）压缩）压缩 b b）切削）切削 金金 属属 切切 削削 过过 程程 切削过程切削过程 金金 属属 切切 削削 过过 程程 第第变形区变形区 第第变形区变形区 第第变形区变形区 金属切削过程中的滑移线和流线示意图金属切削过程中的滑移线和流线示意图 一一、切削切削变形变形 金金 属属 切切 削削 过过 程程 OA始滑移线始滑移线； OM终滑移线终滑移线 1. 1. 第第变形区的变形变形区的变形过程过程 金属的剪切滑移变形金属的剪切滑移变形 一般速度范围内，第一般速度范围内，第变形区的宽度为变

4、形区的宽度为0.020.2mm。速。速 度越高，宽度越小，可看作一个平面度越高，宽度越小，可看作一个平面剪切面剪切面。 剪切面与切削速度剪切面与切削速度vc方向之间的夹角称为方向之间的夹角称为剪切角剪切角 。 （一）（一） 第第变形区变形区 金金 属属 切切 削削 过过 程程 切屑根部金相照片切屑根部金相照片 M 刀具刀具 切屑切屑 O A 终滑移线终滑移线 始滑移线：始滑移线：=s 剪切角剪切角 剪切面剪切面 金金 属属 切切 削削 过过 程程 变形系数变形系数 2.2.变形程度的表示方法变形程度的表示方法 金金 属属 切切 削削 过过 程程 变形系数是通过切屑外形尺寸变化来衡量变形大小的。

5、变形系数是通过切屑外形尺寸变化来衡量变形大小的。 变形系数变形系数表示切屑收缩的程度表示切屑收缩的程度, ,即即: : 1 c ch ch c a a l l 变形系数的计算变形系数的计算 sin )cos( sin )cos( 0o c ch OM OM a a 2.2.变形程度的表示方法变形程度的表示方法 金金 属属 切切 削削 过过 程程 90 0 90 由上式可知：由上式可知：越大，越大，o越大，则越大，则越小。越小。 该方法简便，但很粗略，有时不能反映剪切变形该方法简便，但很粗略，有时不能反映剪切变形 的真实情况，因而有必要研究标志变形程度的其的真实情况，因而有必要研究标志变形程度的

6、其 他方法。他方法。 2.2.变形程度的表示方法变形程度的表示方法 金金 属属 切切 削削 过过 程程 相对滑移相对滑移 y s 2.2.变形程度的表示方法变形程度的表示方法 金金 属属 切切 削削 过过 程程 切削过程中金属变形的主要形式是剪切滑移，采用切削过程中金属变形的主要形式是剪切滑移，采用“相对相对 滑移滑移单位厚度上的剪切滑移量单位厚度上的剪切滑移量” 来衡量变形程度应该是来衡量变形程度应该是 比较合理的比较合理的。 当平行四边形当平行四边形OHNM发生剪切滑移变形后，变为发生剪切滑移变形后，变为OGPM ，其相对滑移为，其相对滑移为 MK KPNK MK NP y s )tan(

7、cot o 2.2.变形程度的表示方法变形程度的表示方法 相对滑移相对滑移的计算的计算 金金 属属 切切 削削 过过 程程 由上式知：由上式知：越大，越大，o o 越大，则越大，则越小，变形也越小。越小，变形也越小。 2.2.变形程度的表示方法变形程度的表示方法 金金 属属 切切 削削 过过 程程 综上所述，综上所述，主要从塑性压缩方面分析，而主要从塑性压缩方面分析，而主要是从剪主要是从剪 切变形考虑的，所以，切变形考虑的，所以，与与都只能近似表示变形程度的大小都只能近似表示变形程度的大小 。相对来讲，。相对来讲，能比较真实地反映变形的程度。能比较真实地反映变形的程度。 （二）（二）第第变形区

8、变形区的变形的变形 1. 第第变形区的变形变形区的变形过程过程 此此变形区的变形是造成前变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。的主要原因。 金金 属属 切切 削削 过过 程程 （二）（二）第第变形区变形区的变形的变形 金金 属属 切切 削削 过过 程程 2.2.切屑与前刀面间的摩擦特点切屑与前刀面间的摩擦特点 粘接区粘接区lf1: :高温高压高温高压材料软化材料软化微熔微熔底层金属在钱刀面底层金属在钱刀面 上滞留、粘结上滞留、粘结（内摩擦）。内摩擦）。 滑动区滑动区lf2: : 切屑即将脱离前刀面，切屑底层与前刀面间只是切屑即将脱离前刀面，切屑底层与前刀面间只

9、是 突出的点接触（外摩擦）。突出的点接触（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%85% 3. 积屑瘤积屑瘤 积屑瘤积屑瘤 金金 属属 切切 削削 过过 程程 3. 积屑瘤积屑瘤 积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削过程的影响 （1 1）代替刀具切削，保护刀具）代替刀具切削，保护刀具 （2 2）增大前角，减小切削变形和力）增大前角，减小切削变形和力 （3 3）增大切削厚度，影响工件的尺寸精度）增大切削厚度，影响工件的尺寸精度 （4 4）增大已加工表面粗糙度）增大已加工表面粗糙度 金金 属属 切切 削削 过过 程程 影响积屑瘤产生的因素影响积屑瘤产生的因素 3. 积屑

10、瘤积屑瘤 积屑瘤的形成主要决定于积屑瘤的形成主要决定于切削温度以及接触面的压力、切削温度以及接触面的压力、 粗糙程度、粘结程度粗糙程度、粘结程度等。这些因素与以下切削条件有关。等。这些因素与以下切削条件有关。 工件材料的塑性越好，刀屑之间的接触长度工件材料的塑性越好，刀屑之间的接触长度lf越大，摩擦越大，摩擦 系数系数越大，切削温度越高，就越容易产生粘结，易产生积越大，切削温度越高，就越容易产生粘结，易产生积 屑瘤。屑瘤。 1 1）工件材料）工件材料 前角前角o越大，刀具和切屑之间的接触长度越大，刀具和切屑之间的接触长度lf就越小，摩擦就越小，摩擦 越小，所以不易产生积屑瘤。越小，所以不易产生

11、积屑瘤。 2 2）前角）前角 3 3）进给量）进给量 进给量减小，进给量减小，ac减小，减小， 切屑与前刀面接触长度切屑与前刀面接触长度lf减小，减小， 摩擦系数减小，切削温度降低，不易产生积屑瘤。摩擦系数减小，切削温度降低，不易产生积屑瘤。 金金 属属 切切 削削 过过 程程 3. 积屑瘤积屑瘤 4 4）切削速度）切削速度 在低速切削（在低速切削（vc3mmin）中碳钢时，切削温度较低；而）中碳钢时，切削温度较低；而 在高速切削时（在高速切削时（vc60mmin），切削温度又较高，在这两），切削温度又较高，在这两 种情况下刀屑之间摩擦系数均较小，不易粘结，也就不易形种情况下刀屑之间摩擦系数均

12、较小，不易粘结，也就不易形 成积屑瘤。切削速度在两者之间时，有积屑瘤产生，而在中成积屑瘤。切削速度在两者之间时，有积屑瘤产生，而在中 速时（速时（vc=20mmin）积屑瘤高度最大。）积屑瘤高度最大。 切削速度对积屑瘤的影响切削速度对积屑瘤的影响 金金 属属 切切 削削 过过 程程 抑制积屑瘤产生的措施抑制积屑瘤产生的措施 1）采用热处理降低工件材料的塑性；）采用热处理降低工件材料的塑性； 2）避开积屑瘤产生切削速度范围；）避开积屑瘤产生切削速度范围； 3）增大前角；）增大前角； 4）减小进给量；）减小进给量； 5）采用润滑液等。）采用润滑液等。 积屑瘤对精加工是不利的，应避免它产生。积屑瘤对

13、精加工是不利的，应避免它产生。 3. 积屑瘤积屑瘤 金金 属属 切切 削削 过过 程程 刀刃钝圆半径刀刃钝圆半径 r r 后刀面磨损带后刀面磨损带VBVB 弹性恢复区弹性恢复区CDCD 已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦， 产生变形与回弹，造成纤维化、加工硬化产生变形与回弹，造成纤维化、加工硬化和残余应力和残余应力。 （三）（三）第第变形区变形区的变形的变形 金金 属属 切切 削削 过过 程程 弹性恢复弹性恢复影响零件的尺寸影响零件的尺寸 硬化层表面出现细微裂纹硬化层表面出现细微裂纹降低表面加工质量降低表面加工质量 表面硬度提高表

14、面硬度提高产生残余应力产生残余应力影响零件使用性能影响零件使用性能 后刀面磨损带后刀面磨损带VBVB加速刀具磨损，减少刀具寿命加速刀具磨损，减少刀具寿命 1.1.工件材料工件材料 工件材料强度硬度越高，摩擦系数工件材料强度硬度越高，摩擦系数越小，剪切角越小，剪切角越越 大，切削变形越小。大，切削变形越小。 工件材料的塑性越高，切削变形大。工件材料的塑性越高，切削变形大。 （四）（四）影响切削变形的因素影响切削变形的因素 影影 响响 切切 削削 变变 形形 的的 因因 素素 2.2.刀具几何参数刀具几何参数 （1 1）刀具前角）刀具前角o 前角前角o切削刃锋利切削刃锋利越易切入金属越易切入金属阻

15、力阻力 摩擦系数摩擦系数剪切角剪切角变形系数变形系数 切削变形切削变形 切削轻快。切削轻快。 （2 2）刀尖圆弧半径）刀尖圆弧半径 刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径切削刃上参加切削的曲线刃的长切削刃上参加切削的曲线刃的长 使平均切削厚度使平均切削厚度切削变形切削变形。 影影 响响 切切 削削 变变 形形 的的 因因 素素 （四）（四）影响切削变形的因素影响切削变形的因素 前角对剪切角的影响前角对剪切角的影响 a) a) 负前角；负前角； b)b)正前角正前角 影影 响响 切切 削削 变变 形形 的的 因因 素素 （四）（四）影响切削变形的因素影响切削变形的因素 3.3.切削速度切削速度vc 影影 响响

16、 切切 削削 变变 形形 的的 因因 素素 切削速度切削速度vc是通过积屑瘤使剪切角是通过积屑瘤使剪切角改变和通过切削温改变和通过切削温 度使摩擦系数度使摩擦系数变化而影响切削变形的。变化而影响切削变形的。 （四）（四）影响切削变形的因素影响切削变形的因素 切削速度切削速度vc对对切削变形的影响切削变形的影响 vc=（320）mmin，vch积 积oe vc=20mmin左右时，左右时， h积 积max oe max max min vc=（2040）mmin， vch积 积 oe vc40mmin后，切削温度后，切削温度 影影 响响 切切 削削 变变 形形 的的 因因 素素 （四）（四）影响

17、切削变形的因素影响切削变形的因素 3.3.进给量进给量 进给量进给量f 切削厚度切削厚度ac正压力正压力Fn，平均正应力，平均正应力 fav因此摩擦系数因此摩擦系数剪切角剪切角变形系数变形系数影影 响响 切切 削削 变变 形形 的的 因因 素素 （四）（四）影响切削变形的因素影响切削变形的因素 切削过程中，使工件上的切削层材料发生变形形成切屑切削过程中，使工件上的切削层材料发生变形形成切屑 所需的力，称为所需的力，称为切削力切削力。 切切 削削 力力 二、二、切削切削力力 （一）（一）切削力切削力的来源、合力及其分力的来源、合力及其分力 切削热切削热 的产生的产生 工艺系统的强度和刚度工艺系统

18、的强度和刚度 加工质量加工质量 切削切削 温度温度 刀具磨损刀具磨损 刀具刀具 寿命寿命 切削力切削力 的影响的影响 工件热变形工件热变形 切切 削削 力力 u直角自由切削的分力与合力直角自由切削的分力与合力 切切 削削 力力 r Fc Fr FpFfp Ff Ffp Ff p vf vc u直角非自由切削时切削力的分力与合力直角非自由切削时切削力的分力与合力 Fc Fr 切削合力 主切削力 Fp吃刀抗力 Ff进给抗力 切切 削削 力力 直角非自由切削时，由于受到副切削刃上刀尖处变形抗力直角非自由切削时，由于受到副切削刃上刀尖处变形抗力 和摩擦力的影响和摩擦力的影响, ,改变了合力改变了合力

19、F Fr r 的作用方向。的作用方向。 为了便于分析切削力的作用和测量、计算切削力的大小，为了便于分析切削力的作用和测量、计算切削力的大小， 通常将合力通常将合力 F Fr r 在按主运动速度方向、背吃刀量方向和进给方在按主运动速度方向、背吃刀量方向和进给方 向向分解为三个互相垂直的分力：分解为三个互相垂直的分力： F Fc c 主切削力主切削力，与切削速度方向一致。，与切削速度方向一致。 F Ff f 进给力进给力，与进给方向平行，车外圆时称为轴向力。，与进给方向平行，车外圆时称为轴向力。 F Fp p 背向力背向力( (吃刀抗力吃刀抗力) )，与进给方向垂直，车外圆时又称径，与进给方向垂直

20、，车外圆时又称径 向力。向力。 切切 削削 力力 22222 fpcpfcr FFFFFF rpfp FFcos rpff FFsin c FF）（7 . 015. 0 p c FF）（6 . 01 . 0 f 式中式中 F Fpf pf 合力合力F Fr r在基面上的分力。在基面上的分力。 一般情况下，主切削力一般情况下，主切削力F Fc c最大，最大，F Fp p、F Ff f小一些。小一些。 ； 切切 削削 力力 进给抗力进给抗力F Ff f 消耗总功率消耗总功率5%5%左右，它是验算机床进给左右，它是验算机床进给 系统主要零、部件强度和刚性的依据。系统主要零、部件强度和刚性的依据。 主

21、切削力主切削力F Fc c最大，消耗切削总功率的最大，消耗切削总功率的95%95%左右。左右。 背向力背向力F Fp p 不消耗功率，但在机床不消耗功率，但在机床工件工件夹具夹具刀刀 具所组成的工艺系统刚性不足时，是造成振动的主要因素。具所组成的工艺系统刚性不足时，是造成振动的主要因素。 切切 削削 力力 切切 削削 力力 f f F f F f F f p p F p F p F p c c F c F c F c F z c yx pF F z c yx pF F z c yx pF KvfaCF KvfaCF KvfaCF f p c 式中系数指数式中系数指数 式中：CFc、 CFf、C

22、 CFp影响系数；KFc、 KFf、 KFp为切削条 件修正系数xFc、 yFc、 zFc等为指数，均可在切削用量 手册中查到。 切除单位切削层面积所产生的的主切削力，用切除单位切削层面积所产生的的主切削力，用p p（单（单 位为位为N Nmmmm2 2）表示。）表示。 wc cc c c aa F fa F A F p p 单位切削力单位切削力p p可从手册相关表中查出，则可由上式求可从手册相关表中查出，则可由上式求 出出F Fc c，切削条件不同时，再乘以相关修正系数即可。求出，切削条件不同时，再乘以相关修正系数即可。求出 F Fp p、F Ff f时，时， 用用F Fc c再乘以相应的比

23、例系数和修正系数。再乘以相应的比例系数和修正系数。 在同一切削条件下，用单位切削力算出的切削力与用在同一切削条件下，用单位切削力算出的切削力与用 指数公式算出的切削力基本相同。指数公式算出的切削力基本相同。 切切 削削 力力 Fc= pAcKFc KFc为切削条件修正系数 式中式中 F Fc c 主切削力（主切削力（N N）；）； v vc c 主运动速度（主运动速度（m/minm/min）。）。 60 10 3 cc F P c 用用P Pc c 表示，单位为表示，单位为kWkW在切削过程中消耗的功率。在切削过程中消耗的功率。 式中式中 机床传动效率，通常机床传动效率，通常= 0.75= 0

24、.750.850.85。 c P E P 切切 削削 力力 单位时间内切除单位体积的金属所消耗的功率。单位时间内切除单位体积的金属所消耗的功率。 W c E P p c kWkW（mmmm3 3ss-1 -1） ） 60 1000 cp fa Ew 6 cp 3 cp 10 1000 10 p fa fap pc 式中式中 E Ew w 金属切除率。金属切除率。 则有则有 从有关手册表中可查出单位切削功率从有关手册表中可查出单位切削功率p pc c，即可求出切，即可求出切 削功率削功率P Pc c。 切切 削削 力力 对于塑性材料，硬度、强度越高，材料的剪切屈服强度对于塑性材料，硬度、强度越高

25、，材料的剪切屈服强度 s s越高，切削力越大。越高，切削力越大。 材料的塑性或韧性越高，切屑不易折断，使切屑与前刀材料的塑性或韧性越高，切屑不易折断，使切屑与前刀 面间摩擦增加，故切削力越大。面间摩擦增加，故切削力越大。 对于脆性材料，如铸铁、黄铜等，由于塑性变形小，对于脆性材料，如铸铁、黄铜等，由于塑性变形小， 切屑与前刀面的摩擦小，故切削力小。切屑与前刀面的摩擦小，故切削力小。 1.1.工件材料的影响工件材料的影响 切切 削削 力力 2.切削用量的影响 ap， f都会使切削面积Ac（Ac=ap f）变形力 摩擦力 切削力。 但影响不同 ap切削厚度ac不变，切削宽度aw（ aw= ap/s

26、inkr），而 变形系数、摩擦系数与aw几乎无关，故：F成正比。 f切削功增大切削功增大 切削力， 另外f切削厚度ac成正 比（ ac = ap/sinkr）变形系数摩擦系数 切削力 正反两方面的作用，使切削力增加与f 不成正比 切削速度对切削力影响切削速度对切削力影响 切削速度切削速度v vc c对切削力对切削力F Fc c 、F Fp p、F Ff f的影响的影响 切切 削削 力力 l在积屑瘤增长阶段在积屑瘤增长阶段 v vc c h h积 积 变形程度变形程度 F F l在积屑瘤减小阶段在积屑瘤减小阶段 v vc c h h积 积 变形程度变形程度 F F l在无积屑瘤阶段在无积屑瘤阶段

27、 v vc c温度温度摩擦系数摩擦系数 变形程度变形程度 F F o o 3030或高速切削时，或高速切削时， o o对对 F F 影响不显著。影响不显著。 3. 刀具几何参数的影响刀具几何参数的影响 前角前角o o 的影响的影响 前角对切削力的影响前角对切削力的影响 加工塑性材料时加工塑性材料时 o o变形变形F F 加工脆性材料时加工脆性材料时 切削变形很小、摩擦很小，切削变形很小、摩擦很小， o o对对 F F 影响不显著影响不显著 切切 削削 力力 主偏角主偏角r的影响的影响 主偏角主偏角r r对切削力的影响对切削力的影响 lr r对对F Fc c影响较小影响较小 r r在在30306

28、060内增内增 大，由于大，由于a ac c的影响起主的影响起主 要作用，故要作用，故F Fc c减小；减小； r r约在约在60609090内内 增大，刀尖圆弧的影响增大，刀尖圆弧的影响 更为突出，故更为突出，故F Fc c增大。增大。 一般情况下，主偏角一般情况下，主偏角 r r=60=607575时，时，F Fc c最小。最小。 3. 刀具几何参数的影响刀具几何参数的影响 切切 削削 力力 Fp Ffp cosr Ff Ffp sinr r Fp Ff 主偏角主偏角r r对切削力的影响对切削力的影响 lr r对对F Fp p、 、 F Ff f影响较大 影响较大 3. 刀具几何参数的影响

29、刀具几何参数的影响 切切 削削 力力 ls对对F Fc c影响很小影响很小 ls对对Fp、 、 Ff影响较大 影响较大 s Fp 、Ff 刃倾角刃倾角s s对切削力的影响对切削力的影响 刃倾角刃倾角s的影响的影响 ，主切削刃的，主切削刃的 工作长度工作长度 ，摩擦，摩擦 ， 但切削刃锋利性但切削刃锋利性 ，切，切 削变形削变形，上述作用的结上述作用的结 果，使果，使F Fc c变化很小。变化很小。 s 3. 刀具几何参数的影响刀具几何参数的影响 切切 削削 力力 负倒棱负倒棱b b1 1的影响 的影响 b 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

30、切钢b b1 1/ /f f 55或或 切铸铁切铸铁b b1 1/ /f f 33时，时， 切削力趋于稳定，接近切削力趋于稳定，接近 于负前角的状态。于负前角的状态。 正前角负倒棱车刀的切屑流出情况正前角负倒棱车刀的切屑流出情况 3. 刀具几何参数的影响刀具几何参数的影响 切切 削削 力力 刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r r 的影响 的影响 r r 对 对F Fc c影响很小影响很小 r r F Fp p F Ff f 刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r r 增大时切削刃曲线部分长度增大 增大时切削刃曲线部分长度增大 3. 刀具几何参数的影响刀具几何参数的影响 切切 削削 力力 后刀面平均后刀面平均 磨损

31、带宽度磨损带宽度VBVB 越越 大，摩擦越强烈，大，摩擦越强烈， 切削力也越大。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 4. 刀具磨损的影响刀具磨损的影响 切切 削削 力力 6. 刀具材料的影响刀具材料的影响 刀具材料不同，刀具与工件之间的摩擦系数不同，对力刀具材料不同，刀具与工件之间的摩擦系数不同，对力 的影响也不同。按立方氮化硼、陶瓷、涂层、硬质合金、高的影响也不同。按立方氮化硼、陶瓷、涂层、硬质合金、高 速钢顺序，切削力依次增大。速钢顺序，切削力依次增大。 5. 切削液的影响切削液的影响 切削液润滑作用越好，力减小越显著，低速时更突出。切削液润滑作用越

32、好，力减小越显著，低速时更突出。 切切 削削 力力 三三、切削热与切削温度、切削热与切削温度 由切削过程中产生的切削功和摩擦功转变而来的。由切削过程中产生的切削功和摩擦功转变而来的。 1.切削热切削热 切切 削削 热热 与与 切切 削削 温温 度度 切削热的来源与传出 切屑切屑Q Qch ch 、刀具 、刀具Q Qc c、 、 工件工件Q Qw w、 、周围介质（切 周围介质（切 削液、空气削液、空气) )Q Qf f 切削热产生与传出的关系为切削热产生与传出的关系为 fwcchaffrp QQQQQQQ 1.切削热切削热 切切 削削 热热 与与 切切 削削 温温 度度 分析归纳切削温度分布规

33、律： 1.剪切区等温线与滑移线相近 OM线温度比OA线上温度高 剪切滑移相等的地方温度相等， 剪切变形是切削热的第一来源 2.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 切屑底层温度比上层温度高 摩擦是切削热的又一来源 2.切削温度切削温度 750 刀具 2.切削温度切削温度 切切 削削 热热 与与 切切 削削 温温 度度 切削脆性材料时切削脆性材料时 最高温度区域最高温度区域 后刀面靠近刀后刀面靠近刀 尖处尖处 切削塑性材料时最高切削塑性材料时最高 温度区域温度区域前刀面前刀面 靠近刀尖处靠近刀尖处 切削温度一般指切削区（切屑与切削温度一般指切削区（切屑与 前刀面接触区）的平

34、均温度前刀面接触区）的平均温度 3.影响切削温度的因素影响切削温度的因素 影响切削温度的因素主要有两个方面：影响切削温度的因素主要有两个方面： 切削热的产生与传出切削热的产生与传出 （1 1）切削用量的影响）切削用量的影响 式中式中 前刀面接触区的平均温度前刀面接触区的平均温度( ( C)C)； C C 与工件、刀具材料和其它切削参数有关的修正系数；与工件、刀具材料和其它切削参数有关的修正系数； z z 、 、y y 、 、x x v vc c、f f、a ap p 的影响指数。的影响指数。 经验公式经验公式 KafC xy p z c 切切 削削 热热 与与 切切 削削 温温 度度 刀具材料

35、加工方法 高速钢 车削140170 0.350.450.20.30.080.10铣削80 钻削150 硬质合金车削320 f (mm/r) 0.10.41 0.150.050.20.31 0.30.26 切削温度的系数及指数 3.影响切削温度的因素影响切削温度的因素 切削用量切削用量切削温度切削温度 vc对对影响最大，进给量影响最大，进给量 f 的影响比的影响比vc小，背吃刀量小，背吃刀量ap的的 影响很小。影响很小。 切切 削削 热热 与与 切切 削削 温温 度度 （2 2）刀具几何参数的影响）刀具几何参数的影响 前角前角o o对切削温度对切削温度的影响的影响 切切 削削 热热 与与 切切

36、削削 温温 度度 3.影响切削温度的因素影响切削温度的因素 0 0 变形程度变形程度 F F q q 但但0 0 2020时，时， 0 0 继续继续楔角楔角o o 因散热面积因散热面积， 对对的影响减小的影响减小 主偏角主偏角r r对切削温度对切削温度的影响的影响 主偏角主偏角r r增大，增大， 切削厚度切削厚度a ac c增大，增大， 产生的热量减少。产生的热量减少。 但主偏角增大，刀但主偏角增大，刀 尖角尖角r r减小，切减小，切 削宽度削宽度a aw w减小，刀减小，刀 具的散热能力降低具的散热能力降低 ，切削温度升高。，切削温度升高。 切切 削削 热热 与与 切切 削削 温温 度度 3

37、.影响切削温度的因素影响切削温度的因素 刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r r 增大， 增大，切屑变形程度切削热 同时散热条件改善，两者趋于平衡 切切 削削 热热 与与 切切 削削 温温 度度 3.影响切削温度的因素影响切削温度的因素 对影响很小 强度硬度、塑性强度硬度、塑性 和韧性越大，切和韧性越大，切 削力越大，切削削力越大，切削 温度升高。温度升高。 导热率大，散热导热率大，散热 快，温度下降快，温度下降 （3 3）工件材料的影响）工件材料的影响 切切 削削 热热 与与 切切 削削 温温 度度 3.影响切削温度的因素影响切削温度的因素 后刀面磨损增大，切削温度升高后刀面磨损增大，切削温度升高;

38、; VBVB达一定值影响加剧达一定值影响加剧; ; v vc c越高刀磨损对越高刀磨损对影响越显著。影响越显著。 浇切削液对浇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加工质量有明显效 果。果。 热导率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越热导率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越 显著显著 （4 4）刀具磨损的影响）刀具磨损的影响 （5 5）切削液的影响）切削液的影响 切切 削削 热热 与与 切切 削削 温温 度度 3.影响切削温度的因素影响切削温度的因素 四四、刀具磨损和刀具寿命、刀具磨损和刀具寿命 1.1.刀具磨损的形式刀具磨损的形式 正常磨损正常磨损 刀具在设计与使

39、用合理、制造与刃磨质量符合要刀具在设计与使用合理、制造与刃磨质量符合要 求的情况下，在切削过程中逐渐产生的磨损。求的情况下，在切削过程中逐渐产生的磨损。 非正常磨损非正常磨损 （破损（破损 ） 刀刀 具具 磨磨 损损 前刀面磨损前刀面磨损 后刀面磨损后刀面磨损 前后刀面同时磨损前后刀面同时磨损 刀具在切削过程中突然或过早产生的损坏现象。刀具在切削过程中突然或过早产生的损坏现象。 脆性破损脆性破损 塑性破损塑性破损 刀刀 具具 磨磨 损损 与与 刀刀 具具 寿寿 命命 烧刃、卷刃、崩刃、 断裂、表层剥落等。 刀面磨损形态刀面磨损形态 刀刀 具具 磨磨 损损 与与 刀刀 具具 寿寿 命命 1.1.

40、刀具磨损的形式刀具磨损的形式 （1）前刀面磨损 （2）后刀面磨损 （3）边界磨损 切削塑性材料，切削塑性材料，v vc c和和a ac c较大时，较大时， 在前刀面上形成月在前刀面上形成月 牙洼磨损，以最大深度牙洼磨损，以最大深度KT KT 表示，表示， （1 1）前刀面磨损）前刀面磨损 刀刀 具具 磨磨 损损 与与 刀刀 具具 寿寿 命命 1.1.刀具磨损的形式刀具磨损的形式 （2 2）后刀面磨损）后刀面磨损 后刀面磨损带不均匀，刀后刀面磨损带不均匀，刀 尖部分磨损严重，最大值尖部分磨损严重，最大值 为为VCVC； 中间部位磨损较均匀，平中间部位磨损较均匀，平 均磨损宽度以均磨损宽度以VBV

41、B表示；表示； 边界处磨损严重，以边界处磨损严重，以VNVN表表 示。常用示。常用VBVB表示刀面磨损表示刀面磨损 的大小。的大小。 刀刀 具具 磨磨 损损 与与 刀刀 具具 寿寿 命命 1.1.刀具磨损的形式刀具磨损的形式 切削之后，刀具上同时出现前刀面磨损和后刀面磨损。切削之后，刀具上同时出现前刀面磨损和后刀面磨损。 在中等切削速度和中等进给量下切削塑性金属时，常出现在中等切削速度和中等进给量下切削塑性金属时，常出现 这种磨损形式。这种磨损形式。 （3 3）前、后刀面同时磨损）前、后刀面同时磨损 刀刀 具具 磨磨 损损 与与 刀刀 具具 寿寿 命命 1.1.刀具磨损的形式刀具磨损的形式 切

42、钢料时，主刃、副刃与工件待加工表面或已加工表切钢料时，主刃、副刃与工件待加工表面或已加工表 面接触处磨出沟纹，称为边界磨损。面接触处磨出沟纹，称为边界磨损。 边界处的加工硬化层、硬质点、较大的应力梯度和温边界处的加工硬化层、硬质点、较大的应力梯度和温 度梯度所造成。度梯度所造成。 （4 4）边界磨损）边界磨损 刀刀 具具 磨磨 损损 与与 刀刀 具具 寿寿 命命 1.1.刀具磨损的形式刀具磨损的形式 （1 1）磨料磨损）磨料磨损 低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要原因低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要原因(HSS(HSS刀刀) )。 （2 2）粘结磨损）粘结磨损 中速切削形成不稳定积屑瘤时

43、，磨损严重中速切削形成不稳定积屑瘤时，磨损严重。 2.2.刀具磨损的原因刀具磨损的原因 刀刀 具具 磨磨 损损 与与 刀刀 具具 寿寿 命命 （3 3）扩散磨损）扩散磨损 切削温度越高扩散越快；刀具工件材料亲合力越大，扩散切削温度越高扩散越快；刀具工件材料亲合力越大，扩散 越快；高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。越快；高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。 a a）元素分布）元素分布 b b）WC+CoWC+Co扩散扩散 c c）Ti+TaTi+Ta+ WC +Co+ WC +Co扩散扩散 刀刀 具具 磨磨 损损 与与 刀刀 具具 寿寿 命命 2.2.刀具磨损的原因刀具磨损的原因 （4

44、 4）相变磨损）相变磨损 相变磨损严重时会造成刀面的塌陷和切削刃卷曲。相变磨损严重时会造成刀面的塌陷和切削刃卷曲。 （5 5）氧化磨损）氧化磨损 刀刀 具具 磨磨 损损 与与 刀刀 具具 寿寿 命命 2.2.刀具磨损的原因刀具磨损的原因 温度对磨损的影响温度对磨损的影响 1-1-粘结磨损粘结磨损 2-2-磨粒磨损磨粒磨损 3-3-扩散磨损扩散磨损 4-4-相变磨损相变磨损 5-5-氧化磨损氧化磨损 刀刀 具具 磨磨 损损 与与 刀刀 具具 寿寿 命命 2.2.刀具磨损的原因刀具磨损的原因 积屑瘤脱落时引起大面积剥落；积屑瘤脱落时引起大面积剥落； 刀具材料硬度低、韧性差；刀具材料硬度低、韧性差；

45、 刀具几何参数和切削用量选择不合理导致切削力过大、切削刀具几何参数和切削用量选择不合理导致切削力过大、切削 温度过高；温度过高； 在焊接或刃磨时因骤冷骤热而产生内应力或裂纹；在焊接或刃磨时因骤冷骤热而产生内应力或裂纹； 操作、保管不当等。操作、保管不当等。 （6）刀具非正常磨损原因）刀具非正常磨损原因 主要是由于机械冲击力或热效应作用造成的。主要是由于机械冲击力或热效应作用造成的。 非正常磨损使刀具寿命大大降低，甚至报废。因此，非正常磨损使刀具寿命大大降低，甚至报废。因此， 应及时找出原因，并采取措施加以解决。应及时找出原因，并采取措施加以解决。 刀刀 具具 磨磨 损损 与与 刀刀 具具 寿寿

46、 命命 2.2.刀具磨损的原因刀具磨损的原因 3.3.刀具磨损过程和磨钝标准刀具磨损过程和磨钝标准 （1 1）刀具磨损过程）刀具磨损过程 初期磨损阶段（初期磨损阶段（I段段） 与刀具刃磨质量有关与刀具刃磨质量有关 正常磨损阶段正常磨损阶段（段）段） VBVB与切削时间近与切削时间近 似正比斜率表示磨损似正比斜率表示磨损 强度。强度。 急剧磨损阶段急剧磨损阶段（段）段） 切削力、温度急升，刀具切削力、温度急升，刀具 磨损加剧，之前换刀。磨损加剧，之前换刀。 刀具磨损过程曲线刀具磨损过程曲线 刀刀 具具 磨磨 损损 与与 刀刀 具具 寿寿 命命 （2 2）刀具磨损标准）刀具磨损标准 刀刀 具具 磨磨 损损 与与 刀刀 具具 寿寿 命命 3.3.刀具磨损过程和磨钝标准刀具磨损过程和磨钝标准 刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损限度 称为磨钝标准。 2.自动化精加工刀具，以径向 磨损量NB作为磨钝标准 1.国际ISO标准规定以1/2 ap处的 VB值作为刀具的磨钝标准； 3.小厂、有经验工人根据一些 现象来判断刀具是否磨钝； 刀具刃磨后开始切削到磨损量达到磨钝标准为刀具刃磨后开始切削到磨损量达到磨钝标准为 止的切削时间。止的切削时间。 4