第2章金属切削过程的基本规律2124

1、 主要内容一、切削变形与切屑形成二、切削力三、切削热与切削温度四、刀具磨损与刀具寿命 金属切削过程金属切削过程: : 是指通过切削运动，使刀具从工件上切下多余的金属层，形成切屑和已加工表面的过程。 在这一过程中产生了一系列的现象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等。 本章主要研究诸现象的成因、作用和变化规律。掌握这些规律，对于合理使用与设计刀具、夹具和机床，保证切削加工质量，减少能量消耗，提高生产率和促进生产技术发展等方面起着重要的作用。 金金 属属 切切 削削 过过 程程 2.1 2.1 切削过程的基本规律切削过程的基本规律 2.1.1 2.1.1 切削变形切削变形 金属切削过

2、程与金属受压缩（拉伸）过程比较： 如下图（a）所示,塑性金属受压缩时,随着外力的增加,金属先后产生弹性变形、塑性变形,并使金属晶格产生滑移,而后断裂； 如下图（b）所示,以直角自由切削为例,如果忽略了摩擦、温度和应变速度的影响,金属切削过程如同压缩过程,切削层受刀具挤压后也产生塑性变形。切切 削削 变变 形形金属的压缩与切削 （a）压缩 （b）切削 （c）三个变形区 切屑形成过程 （a）质点滑移过程 flash （b）切屑形成模型 一、切削变形区一、切削变形区以塑性材料的切屑形成为例，金属切削区可大致划分为：以塑性材料的切屑形成为例，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

3、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刀具刀具后刀面摩擦区后刀面摩擦区变形区变形区第一变形区第一变形区第三变形区第三变形区第二变形区第二变形区（一）第一变形区（一）第一变形区OA始滑移线始滑移线OM终滑移线终滑移线变形的主要特征：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 一般速度范围内一区宽度为一般速度范围内一区宽度为0.02.2mm，速度越高，宽度越，速度越高，宽度越小，可看作一个小，可看作一个剪切平面或称滑剪切平面或称滑移面移面（剪切滑移区）（剪切滑移区）（二）第二变形区（二）第二变形区（三）第三变形区第三变形区 切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤

4、压和摩切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面的金属纤维化，基本与前刀面平行。擦，使靠近前刀面的金属纤维化，基本与前刀面平行。（挤压摩擦区）（挤压摩擦区） 已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和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，造成纤维化和加工硬化。摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化和加工硬化。刃前区：刃前区：三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应力集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中而复杂，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）从变形观点出发，可将切屑归纳为四种

5、形态：从变形观点出发，可将切屑归纳为四种形态：切塑性材料：切塑性材料： 带状切屑带状切屑 节状切屑节状切屑 粒状切屑粒状切屑切削平稳，力波动小切削平稳，力波动小 滑移量较大，局部滑移量较大，局部 切削不平稳，力波动大切削不平稳，力波动大加工面光洁，断屑难加工面光洁，断屑难 剪应力达断裂强度剪应力达断裂强度 加工表面粗糙加工表面粗糙 少见少见0vap0 v ap0 v ap0vap切脆性材料：切脆性材料：不平稳不平稳,表面粗糙表面粗糙 应应0vac 二、切屑类型二、切屑类型(1) 剪切角剪切角 在相同切削条件下，在相同切削条件下，剪切剪切角越大，剪切面积越小，角越大，剪切面积越小，切屑厚度越小，

6、变形越小切屑厚度越小，变形越小。 剪切角剪切角 可采用可采用快速落刀实快速落刀实验验获得切屑根部照片再测获得切屑根部照片再测量得到。量得到。 o 三、变形程度的表示方法三、变形程度的表示方法(2) 变形系数变形系数 （克赛）（克赛） 切削厚度与切削层厚度之比切削厚度与切削层厚度之比 由实验和生产可知，由实验和生产可知，切屑厚度切屑厚度 ach 大于大于切削层厚度切削层厚度ac，切屑长度切屑长度 lch 小于小于切削层长度切削层长度 lc。 变形系数变形系数 l切削层长度与切屑长度之比切削层长度与切屑长度之比 l = lc/ lch a = ach/ ac 忽略切屑宽度的变化，有忽略切屑宽度的变

7、化，有 a= l= n 变形系数变形系数 能直观反映切屑的变形程度，且容易求得，生产能直观反映切屑的变形程度，且容易求得，生产中常用。中常用。sin-cossin90sin00OMOMhhDch(3) 剪应变剪应变 按剪应变即相对滑移关系有按剪应变即相对滑移关系有 等于等于滑移距离滑移距离s与单元厚度与单元厚度y之比之比 = s / y， 而而 s = NP， y = MK故故 =NP / MK = (NK+KP) / MK = cot + tan( - 0)cos(sincosoo变形系数变形系数 、剪切角、剪切角 和剪应变和剪应变 的关系的关系sin)cos(occhaa以上是按纯剪切观点

8、提出的，而切削过程是复杂的，既有剪切又有挤压和摩以上是按纯剪切观点提出的，而切削过程是复杂的，既有剪切又有挤压和摩擦的作用。显然以上理论有局限性。如擦的作用。显然以上理论有局限性。如 =1时，时，ach=ac，似乎切屑没有变形，似乎切屑没有变形，但事实上切屑有相对滑移存在。但事实上切屑有相对滑移存在。 oocos1sin22四、前四、前刀刀面上摩擦特点面上摩擦特点滞流层：滞流层：接近前刀面的切屑接近前刀面的切屑底层晶粒拉长，形成与前刀底层晶粒拉长，形成与前刀面平行的纤维层，流速很慢，面平行的纤维层，流速很慢，变形程度非常剧烈。变形程度非常剧烈。刀刀-屑接触区可分两部分：屑接触区可分两部分：粘接

9、区粘接区lf1: 剪切滑移，内摩擦剪切滑移，内摩擦滑动区滑动区lf2: 滑动摩擦，外摩擦滑动摩擦，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%在速度不高切削塑性金属形成在速度不高切削塑性金属形成带状切屑的情况下，滞流层金带状切屑的情况下，滞流层金属粘接在前刀面上，形成硬度属粘接在前刀面上，形成硬度很高的鼻形楔形硬块，称为很高的鼻形楔形硬块，称为积积屑瘤。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. 代替刀具切削，保护刀具代替刀具切削，保护刀具 2. 增大前角，减小变形和力增大前角，减小变形和力 3. 产生过切及犁沟，产生过切及犁沟，精度精度 4. 增大已加工

10、表面粗糙度增大已加工表面粗糙度积屑瘤对精加工是不利的，应避免它产生：积屑瘤对精加工是不利的，应避免它产生：降低工材塑性；降低工材塑性；合理选切削速度；增大前角；减小进给量；采用润滑液等合理选切削速度；增大前角；减小进给量；采用润滑液等五、积屑瘤五、积屑瘤六、已加工表面变形与加工硬化六、已加工表面变形与加工硬化刀刃钝圆半径刀刃钝圆半径 rn后刀面磨损带后刀面磨损带VB弹性恢复区弹性恢复区CD变形特征：变形特征：挤压、摩擦与回弹挤压、摩擦与回弹 金属进入第一变形区金属进入第一变形区时，晶粒因压缩而变长，时，晶粒因压缩而变长，因剪切滑移而倾斜。因剪切滑移而倾斜。 金属层接近刀刃时，金属层接近刀刃时，

11、晶粒更为伸长，成为包晶粒更为伸长，成为包围在刀刃周围的纤维层，围在刀刃周围的纤维层，最后在最后在O点断裂。点断裂。 已加工表面的金属纤维被拉伸的又细又长，纤维方向平行于已加工表面的金属纤维被拉伸的又细又长，纤维方向平行于已加工表面，金属晶粒被破坏，发生了剧烈的塑性变形，产生已加工表面，金属晶粒被破坏，发生了剧烈的塑性变形，产生加工硬化，表面残余应力加工硬化，表面残余应力，称之为，称之为加工变质层加工变质层。七、影响切削变形的主要因素七、影响切削变形的主要因素1 工件材料工件材料变形系数材料强度 通过试验，可以发通过试验，可以发现现工件材料强度工件材料强度和和切屑变形切屑变形有密切的有密切的关系

12、。关系。 从图可以看出，随从图可以看出，随着工件材料强度的着工件材料强度的增大增大，切屑的，切屑的变形变形越来越小。越来越小。 2 刀具几何参数刀具几何参数 刀具前角刀具前角O增大时，沿刀面流出增大时，沿刀面流出 的金属切削层将比较平的金属切削层将比较平 缓的流出，金属切屑的缓的流出，金属切屑的 变形也会变小。变形也会变小。 通过对通过对高速钢刀具高速钢刀具所作所作 的切削试验也证明了这的切削试验也证明了这 一点。在同样的切削速度下，刀具前角一点。在同样的切削速度下，刀具前角O愈大，材料变形系数愈大，材料变形系数愈小。愈小。3 切削速度切削速度 随切削速度变化的材随切削速度变化的材 料变形系数

13、曲线料变形系数曲线并不并不 是一直递减是一直递减，而是在，而是在 某一段有一个波峰，某一段有一个波峰， 这实际是这实际是积屑瘤产生的影响积屑瘤产生的影响。所以切削速度对材料变。所以切削速度对材料变形的影响分为两个段，一个是积屑瘤这一段，另一个形的影响分为两个段，一个是积屑瘤这一段，另一个是无积屑瘤段是无积屑瘤段 积屑瘤段积屑瘤段 切削速度对切屑变形的影响主要是通过切削速度对切屑变形的影响主要是通过积屑瘤和切积屑瘤和切削温度削温度对切屑变形的影响来实现的。对切屑变形的影响来实现的。 在在积屑瘤增长阶段积屑瘤增长阶段，积屑瘤随着切削速度的增大而增，积屑瘤随着切削速度的增大而增大，积屑瘤越大，大，积

14、屑瘤越大，实际刀具前角也越大，切屑的变形实际刀具前角也越大，切屑的变形相对减少相对减少，所以在此阶段，所以在此阶段，切削速度增加时，材料变切削速度增加时，材料变形系数形系数也减少。也减少。 随着速度的增加，积屑瘤增大到一定程度又会消退，随着速度的增加，积屑瘤增大到一定程度又会消退，在消退阶段，积屑瘤随着切削速度的增加而减小，同在消退阶段，积屑瘤随着切削速度的增加而减小，同时，实际刀具前角也减小时，实际刀具前角也减小，材料的变形将增大，在积，材料的变形将增大，在积屑瘤完全消退时，屑瘤完全消退时，材料变形将最大材料变形将最大。 材料变形系数是随着材料变形系数是随着切削速度切削速度的增加而减小。的增

15、加而减小。主要主要是因为是因为塑性变形的传播速度比弹性变形的慢塑性变形的传播速度比弹性变形的慢，速度，速度低时，金属始剪切面为低时，金属始剪切面为OA，当速度增大到一定值，当速度增大到一定值时，金属流动速度大于塑性变形速度，时，金属流动速度大于塑性变形速度，在在OA面金面金属并未充分变形，相当于始剪切面后移至属并未充分变形，相当于始剪切面后移至OA面终面终剪切面剪切面OM也后移至也后移至OM，第一变形区后移，使得第一变形区后移，使得材料变形系数减小材料变形系数减小。另外，。另外，速度越大，摩擦系数减速度越大，摩擦系数减小，材料变形系数也会减小。小，材料变形系数也会减小。 无无积屑瘤段积屑瘤段进

16、给量（即切削厚度）对切屑变形的影响：进给量（即切削厚度）对切屑变形的影响：在无积屑瘤段，在无积屑瘤段，进给量进给量f越大，材料的变形系数越大，材料的变形系数越小越小4 切削厚度切削厚度切削力的来源：切削力的来源： 被切削材料的弹性、塑性变形抗力被切削材料的弹性、塑性变形抗力 刀具与切屑、工件表面之间的摩擦力刀具与切屑、工件表面之间的摩擦力 将切削合力将切削合力F分解为三个互相垂直的分力分解为三个互相垂直的分力Fc 、Ff 、Fp Fc 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 Ff 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 Fp 背向

17、力背向力(切深抗力切深抗力)，与进给方向垂直，又称径向力，与进给方向垂直，又称径向力2 2p p2 2f f2 2c cF FF FF FF F1、切削力的分解、切削力的分解切屑的切屑的弹塑性弹塑性变形抗变形抗力力工件的弹工件的弹塑性变形塑性变形抗力抗力后刀面与后刀面与工件的摩工件的摩擦力擦力前刀面与前刀面与切屑的摩切屑的摩擦力擦力切切 削削 力力2、切削力与切削功率的计算、切削力与切削功率的计算（一）用指数经验公式计算切削力（一）用指数经验公式计算切削力（二）用单位切削力计算切削力（二）用单位切削力计算切削力 单位切削力单位切削力 p=Fc/AD= Fc/(ap f) 可查手册可查手册 Fc

18、= pAD KFc KFc为切削条件修正系数为切削条件修正系数式中式中KFc、 KFf、 KFp为切削条件修正系数，为切削条件修正系数，xFc、 yFc、 zFc等为指等为指数，均可在切削用量数，均可在切削用量手册中查到。手册中查到。CCFCFCFCFnCyxPFCKvfaCF =PPFPFPFPFnCyxPFPKvfaCF =ffFfFfFfFnCyxPFfKvfaCF =（三）计算切削功率（三）计算切削功率切削功率切削功率 Pm(各切削分力功率的总和各切削分力功率的总和) Pm Pc Pf （ Fc v + Ff nwf 10-3 ） 10-3 Fc v （W）式中式中Fc、 Ff 为切削

19、力、为切削力、 进给力（进给力（N N）；）； v 为切削速度为切削速度（m/s）；）； nw为工件转速为工件转速（r/s）；）； f 为进给量（为进给量（mm/r）2. 电动机功率电动机功率 PE PEPm/m m 为机床传动效率为机床传动效率（四）切削力的测量（四）切削力的测量间接测量法间接测量法( 电功率法电功率法)(1) 测量机床切削消耗的电功率测量机床切削消耗的电功率PE(2) 计算切削功率计算切削功率Pc= PEc(3) 间接计算切削力间接计算切削力Fc=Pc/vc2. 直接测量法直接测量法( 测力仪法测力仪法)机械式机械式液压式液压式电测式电测式电阻应变式电阻应变式(常用常用)电

20、磁式电磁式电感式电感式电容式电容式压电式压电式原 理 三、影响切削力的因素三、影响切削力的因素 工件材料工件材料 切削用量切削用量 刀具几何参数刀具几何参数 刀具磨损刀具磨损 切削条件切削条件 刀具材料刀具材料（一）工件材料的影响（一）工件材料的影响 工件材料的强度、硬度越高，剪切屈服强度工件材料的强度、硬度越高，剪切屈服强度s越大，越大，Fc越大越大 强度强度、摩擦系数、摩擦系数，摩擦角，摩擦角 ，剪切角，剪切角 ,变形系变形系 数数 ， Fc又有所减少又有所减少 综合上述两种影响可见：综合上述两种影响可见： Fc仍然增大，不是成正仍然增大，不是成正比增大比增大（二）切削用量的影响（二）切削

21、用量的影响 背吃刀量背吃刀量apAD成正比成正比， 单位切削单位切削力力p不变，不变， ap的的 指数约等于指数约等于1，因而，因而 切削力成正比增加切削力成正比增加 f Ac成正比成正比，但，但 p略略减小，减小， f 的的 指指数小于数小于1，因而，因而， f 正反两方面：正反两方面： f 增增加加1倍，倍，hD也增加也增加1倍，倍，FC也增加一倍；也增加一倍；但但f增加，增加， ， FC 。综合两方面：综合两方面： 切削力增加但与切削力增加但与f 不成正比不成正比速度速度v 对对F 的影响分为有积屑瘤和无积屑瘤两种情况的影响分为有积屑瘤和无积屑瘤两种情况在无积屑瘤阶段，在无积屑瘤阶段，

22、v 变形程度变形程度切削力减小切削力减小ap2apfacacap2fac2acf1. 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，摩擦系数温度升高，摩擦系数变形程度变形程度 F （三）刀具几何参数（三）刀具几何参数 1. 1. 前角前角0 0 的影响的影响 加工塑性材料时，加工塑性材料时，0 0 剪切角剪切角 变形程度变形程度F F加工脆性材料时，切削变形很小，加工脆性材料时，切削变形很小， 0 0对对 F F 影响不显著影响

23、不显著0 0 3030或高速切削时，或高速切削时， 0 0对对 F F 影响不显著影响不显著2. 2. 主偏角主偏角r r的影响的影响（1 1）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之之 间时，间时，F Fc c最小。最小。（2）r r对对径向力径向力F Fp p、 轴轴向力向力F Ff f影响较大影响较大 F Fp p F Fn ncoscosr r F Ff f F Fn n 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3. 3. 刃倾角刃倾角s

24、s的影响的影响（1 1）s s对对F Fc c影响很小影响很小（2） 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4.4.负倒棱负倒棱b b11的影响的影响b b1 1 与与f f 之比增大之比增大, ,切削力随切削力随之增大。之增大。当切钢当切钢b b11/ /f f 55或切铸铁或切铸铁b b11/ /f f 33时，时，切屑从前面流出时，刀切屑从前面流出时，刀- -屑接屑接触长度触长度L Lf fff。但：。但：b b11 f f时，正前角时，正前角0 0不起不起作用，而是负倒棱。作用，

25、而是负倒棱。切削力趋于稳定，接近于负切削力趋于稳定，接近于负前角的状态。前角的状态。5.5.刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r r的影响的影响（1 1）r r对对F Fc 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 r增大相当于增大相当于r r减小的影响减小的影响（六）刀具材料（六）刀具材料 按立方氮化硼、陶瓷、涂层、硬质合金、高速钢顺序，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。切削力依次增大。（五）切削液（五）切削液 切削液润滑作用越好，力减切削液润滑作用越好，力减 小越显著，低速时更突出。小越显

26、著，低速时更突出。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VB 越大，摩擦越强烈，切削力越大，摩擦越强烈，切削力 也越大。也越大。 VB对背向力对背向力Fp影响最显著影响最显著主要主要内容 切削热的产生切削热的产生 切削热的影响因素切削热的影响因素 切削热的测量切削热的测量 切削热的经验公式切削热的经验公式一、切削热的产生和传散一、切削热的产生和传散刀具刀具后刀面热源区后刀面热源区剪切面热源区剪切面热源区前刀面热源区前刀面热源区变形功变形功变形功和变形功和摩擦功摩擦功变形功和变形功和摩擦功摩擦功 切削热产生切削热产生于三个变形区，于三个变形区， 切削过程中消耗的能量约切削过程

27、中消耗的能量约 98%转换为热能，切削热转换为热能，切削热 qPmFcvc =CFcapf 0.75vc-0.15KFcvc = CFcapf 0.75vc0.85KFc切削热切削热通过切屑、工件、通过切屑、工件、刀具和周围介质向外刀具和周围介质向外传出传出Q切削切削热热Q t刀刀具具Q w工工件件Qc切切屑屑Q m介介质质CCFCFCFCFnCyxPFKvfaC+=1 qPmFcvc二、切削温度测定原理及分布二、切削温度测定原理及分布温度分布规律：温度分布规律：1. 剪切区等温线与滑移线相近剪切区等温线与滑移线相近 OM线温度比线温度比OA线上温度高线上温度高 剪切滑移相等的地方温度相等，剪

28、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温度高 摩擦是切削热的又一来源摩擦是切削热的又一来源切削温度切削温度 一般指前刀面与切屑接一般指前刀面与切屑接触区内的平均温度触区内的平均温度3. 切屑带走的热量最多切屑带走的热量最多三、影响切削温度的主要因素三、影响切削温度的主要因素两个方面：两个方面：切削热的产生与传出切削热的产生与传出1、切削用量、切削用量由实验得出切削温度经验公式如下由实验得出切

29、削温度经验公式如下 C v z f y ap x式中系数式中系数可查表可查表： z z在在0.260.41之间，之间，y在在0.15，x在在0.05切削用量切削用量时切削温度时切削温度 ，其中，其中v 对对影响最大，进影响最大，进给量给量 f 的影响比的影响比v 小，背吃刀量小，背吃刀量ap的影响很小。的影响很小。2、刀具几何参数、刀具几何参数 1. 1. 前角前角0 0 的影响的影响 0 0 变形程度变形程度FcFc 但但0 0 2020时，因散热面积时，因散热面积， 对对的影响减小的影响减小2. 2. 主偏角主偏角r r的影响的影响 r r ，切削宽度，切削宽度aw w ，散热面积散热面积

30、 3. 3. 负倒棱和刀尖圆弧半径的影响负倒棱和刀尖圆弧半径的影响b b1 1 、r r，切屑变形程度切屑变形程度q 同时散热条件改善，两者趋于平衡同时散热条件改善，两者趋于平衡对对影响很小影响很小3、工件材料、工件材料 强度硬度、塑性和韧性越大，强度硬度、塑性和韧性越大， 切削力越大，切削温度升高。切削力越大，切削温度升高。 导热率大，散热快，温度下降导热率大，散热快，温度下降4、刀具磨损、刀具磨损 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， v越越高刀磨损对高刀磨损对影响越显著影响越显著5、切削液、切削液 切削液对切削温度切削液对切削温度，刀具磨损刀具磨损，加工质量有明加工

31、质量有明显效果。热导率比热容和流量越大，本身温度越低显效果。热导率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越显著冷却效果越显著一、一、 刀具磨损刀具磨损刀具失效形式：刀具失效形式：磨损磨损 （正常工作时逐渐产生的损耗）（正常工作时逐渐产生的损耗） 破损破损 （突发的破坏，随机的）（突发的破坏，随机的）1、刀具的磨损形式、刀具的磨损形式（一）前刀面磨损（一）前刀面磨损 切塑性材料，切塑性材料，v 和和ap较大时，较大时， 在前刀面上形成在前刀面上形成月牙洼磨损，月牙洼磨损， 以最大深度以最大深度KT 表示表示（二）后刀面磨损（二）后刀面磨损 切铸铁或切铸铁或v 和和ap较小切塑性较小切塑性 材料时

32、，主要发生这种磨损。材料时，主要发生这种磨损。后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为VC；中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以VB表示；边界处表示；边界处磨损严重，以磨损严重，以VN表示。表示。（三）边界磨损（三）边界磨损 切钢料时，切钢料时，主刃、副刃主刃、副刃与工件与工件待加工表面或已加工表面待加工表面或已加工表面接接 触处磨出沟纹，称为边界磨损。边界处的加工硬化层、硬触处磨出沟纹，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度梯度所造成。质点、较大的应力梯度和温度梯度所造成。靠近刀尖靠

33、近待加工面2、刀具破损的形式、刀具破损的形式沟槽磨损切削刃细小缺口塑性变形切削刃崩裂切削刃剥落热 裂3、刀具磨损的原因、刀具磨损的原因（一）（一）硬质点磨损（硬质点磨损（磨料磨损磨料磨损） 切屑或工件表面上的硬质点（碳化物、氧化物等）对切屑或工件表面上的硬质点（碳化物、氧化物等）对 刀具表面刻划作用造成的机械磨损。刀具表面刻划作用造成的机械磨损。 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。（二）粘结磨损（二）粘结磨损 刀具与切屑、工件间存在高温高压和强烈摩擦，达到原刀具与切屑、工件间存在高温高压和强烈摩擦，达到原 子间结合而产生粘结现象，又称为子间结合

34、而产生粘结现象，又称为冷焊冷焊。相对运动使粘。相对运动使粘 接点破裂而被工件材料带走，造成粘结磨损。接点破裂而被工件材料带走，造成粘结磨损。 中速切削形成不稳定积屑瘤时，磨损严重；刀工材料硬中速切削形成不稳定积屑瘤时，磨损严重；刀工材料硬 度比小亲合力大时磨损严重；刀具刃磨质量差磨损严重。度比小亲合力大时磨损严重；刀具刃磨质量差磨损严重。（三）氧化（三）氧化(化学化学)磨损磨损 一定温度下，刀材与空气中的氧、一定温度下，刀材与空气中的氧、切削液中的硫、氯起化学作用，生切削液中的硫、氯起化学作用，生成较软的化合物，造成刀具磨损。成较软的化合物，造成刀具磨损。 化学磨损是边界磨损原因之一；化学磨损

35、是边界磨损原因之一；主要发生在较高速切削条件下。主要发生在较高速切削条件下。（四）扩散磨损（四）扩散磨损 刀具与切屑、工件接触处由于高温作用，刀具与切屑、工件接触处由于高温作用，双方化学元素在固态双方化学元素在固态下互相扩散下互相扩散，使，使刀具材料刀具材料成分、结构改变造成磨损。成分、结构改变造成磨损。 切削温度越高扩散越快；刀具材料亲合力越大扩散越快；高速切削温度越高扩散越快；刀具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。切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。（五）热电磨损（五）热电磨损 切削区高温，在刀、工间产生热电势加快扩散加剧刀具磨切削区高温，在刀、工间产生热电势

36、加快扩散加剧刀具磨损。损。 （六）相变磨损（六）相变磨损 工具钢较高速度切削时，温度升高，刀具材料相变，硬度工具钢较高速度切削时，温度升高，刀具材料相变，硬度降低。降低。4、刀具磨损过程及磨钝标准、刀具磨损过程及磨钝标准（一）刀具磨损过程（一）刀具磨损过程 1. 1. 初期磨损阶段初期磨损阶段 与刀具刃磨质量有关与刀具刃磨质量有关 2. 2. 正常磨损阶段正常磨损阶段 VBVB与切削时间近似正比与切削时间近似正比 斜率表示磨损强度斜率表示磨损强度 3. 3. 急剧磨损阶段急剧磨损阶段 切削力、温度急升，刀切削力、温度急升，刀 具磨损加剧，之前换刀具磨损加剧，之前换刀（二）刀具磨（二）刀具磨钝钝

37、标准标准 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 称为称为磨钝标准磨钝标准。 1. 小厂、有经验工人根据一些现象来判断刀具是否磨钝；小厂、有经验工人根据一些现象来判断刀具是否磨钝； 2. ISO标准规定以标准规定以1/2 ap处的处的VB值作为刀具的磨钝标准；值作为刀具的磨钝标准； 在不同的加工条件下，磨钝标准的具体数值是不同的。在不同的加工条件下，磨钝标准的具体数值是不同的。 粗车碳素钢粗车碳素钢0.60.8 粗车铸铁粗车铸铁0.81.2 粗车合金钢粗车合金钢0.40.5 精车碳钢精车碳钢0.10.3 系统刚性大、系统刚性大、HSS(

38、高速钢车刀高速钢车刀) ， VB值较大；值较大； 系统刚性小、系统刚性小、Y合金，合金，VB值较小值较小 3. 自动化精加工刀具，以径向磨损量自动化精加工刀具，以径向磨损量NB作为磨钝标准作为磨钝标准5、刀具寿命、刀具寿命（一）刀具寿命（一）刀具寿命T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。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。 刀具总寿命：刀具总寿命：刀具从开始使用到报废为止的总切削时间。刀具从开始使用到报废为止的总切削时间。 刀具总寿命刀具寿命刃磨次数刀具总寿命刀具寿命刃磨次数（二）刀具寿命影响因素（二）刀具寿命影响因素 工件、刀具材料和刀具几何形状确定后，工

39、件、刀具材料和刀具几何形状确定后，vc 对对T 影响最大。影响最大。 通过实验得经验公式：通过实验得经验公式： vc T m =C0 指数指数m 表示表示v c对对 T 的影响程度，的影响程度，Y合金合金 , m =0.20.4 ; 高速钢刀具材料高速钢刀具材料 m = 0.10.125。m 越小，则越小，则vc 对对 T 的影响越大。的影响越大。 系数系数C0 ，与刀具、工件材料和切削条件有关。，与刀具、工件材料和切削条件有关。vT = Cv Tm f apyvxvKvT 综合可得到综合可得到切削用量与刀具寿命的关系式：切削用量与刀具寿命的关系式： 经过实验得类似关系式：经过实验得类似关系式

40、： f T n =C1 ap T p =C2刀具寿命允许的切削速度刀具寿命允许的切削速度vT：Tm = CT vc f apyTxTKT 用用YT5车削车削b=0.637GPa碳钢时，碳钢时， T = CT v 5 f 2.25 ap0.75由上式看出，由上式看出，其中速度其中速度v 对对T 影响最大，进给量影响最大，进给量f 次之，背吃次之，背吃刀量刀量ap影响最小，与对温度影响最小，与对温度影响一致。影响一致。 合理寿命的选择合理寿命的选择 选择刀具寿命的原则选择刀具寿命的原则根据优化目标确定的。根据优化目标确定的。 优化目标：优化目标：最大生产率、最低成本和最大利润。最大生产率、最低成本

41、和最大利润。(1)最大生产率寿命（最大生产率寿命（Tp） 最大生产率最大生产率是指工件是指工件(或工序或工序)加工所用时间最短加工所用时间最短。 最大生产率最大生产率寿命寿命是指以工件是指以工件(工序工序)加工生产率最大为原则加工生产率最大为原则确定的刀具确定的刀具寿命寿命。 工序切削时间、换刀时间、其他辅助时间。工序切削时间、换刀时间、其他辅助时间。 (2)最低成本寿命（最低成本寿命（Tc） 最低成本寿命是最低成本寿命是指以每个零件指以每个零件(或工序或工序)加工费用最低为加工费用最低为原则确定的刀具寿命原则确定的刀具寿命。p 选择刀具寿命时选择刀具寿命时,当需要完成紧急任务或产品供不应求以

42、当需要完成紧急任务或产品供不应求以及完成限制性工序时及完成限制性工序时,可采用最大生产率寿命可采用最大生产率寿命;p 当产品滞销或在一般生产中当产品滞销或在一般生产中,常采用最低成本寿命常采用最低成本寿命。 选择寿命时，选择寿命时，复杂刀具复杂刀具，应选高一些；，应选高一些；对刀、调刀复杂对刀、调刀复杂，应选高一些；，应选高一些； 加工大件的刀具加工大件的刀具，减少换刀次数，应选择高一些；，减少换刀次数，应选择高一些；可转位刀具可转位刀具（如陶瓷刀片），换刀时间短，为充分（如陶瓷刀片），换刀时间短，为充分发挥其信念，应低一些发挥其信念，应低一些。(3)最大利润寿命最大利润寿命(Tpr) 按最低

43、成本原则制定刀具寿命时，按最低成本原则制定刀具寿命时，加工工时将长于加工工时将长于最短工序工时最短工序工时; ; 如果按最大生产率原则制定刀具寿命时，如果按最大生产率原则制定刀具寿命时，则工序成则工序成本将高于最低成本。本将高于最低成本。 因此，有时为了兼顾两方面的要求，因此，有时为了兼顾两方面的要求，提出最大利润提出最大利润率寿命，以获得最大的利润。率寿命，以获得最大的利润。刀具破损刀具破损刀具破损刀具破损刀具在切削过程中尚未达到磨钝标准受到刀具在切削过程中尚未达到磨钝标准受到损坏而不能继续使用损坏而不能继续使用。易破损情况：易破损情况：脆性大的刀具材料；脆性大的刀具材料；进行断续切削；进行

44、断续切削；切削高硬度、高强度的工件。切削高硬度、高强度的工件。1. 破损分类破损分类按切削时间分：按切削时间分：早期、后期早期、后期；按刀具材料分：按刀具材料分：脆性、塑性脆性、塑性。按破损机理（刀具材料）分按破损机理（刀具材料）分: 脆性破损脆性破损陶瓷、硬质合金等；陶瓷、硬质合金等； 塑性破损塑性破损高速钢高速钢为主、合金工具钢。为主、合金工具钢。按切削时间分按切削时间分早期破损早期破损后刀面尚未有明显的磨损（后刀面尚未有明显的磨损（VB 0.1mm），），或或刀具冲击次数（断切）小于刀具冲击次数（断切）小于103次而破损。次而破损。原因：原因：刀具使用前有缺陷或切削条件不合理（恶劣）。刀具使用前有缺陷或切削条件不合理（恶劣）。后期破损后期破损经过较长时间切削而破损。经过较长时间切削而破损。原因：原因：刀具内应力致使产生裂纹并扩展，后刀面有一定磨损刀具内应力致使产生裂纹并扩展，后刀面有一定磨损，使切削力增大，同时刀具内部有缺陷的综合作用。，使切削力增大，同时刀具内部有缺陷的综合作用。2. 2. 刀具的脆性破损刀具的脆性破损(1)刀具脆性