第8章 金属切削加工

1、机械制造基础台州广播电视大学第8章 金属切削加工概论机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 1 1、了解切削过程中的物理现象。、了解切削过程中的物理现象。 2 2、了解刀具的耐用度、工件材料的切削加工、了解刀具的耐用度、工件材料的切削加工性的概念。性的概念。 3 3、掌握切削加工的基本概念。、掌握切削加工的基本概念。 4 4、熟练掌握切削刀具的材料以及刀具的几何、熟练掌握切削刀具的材料以及刀具的几何形状及角度。形状及角度。一一 目的与要求目的与要求机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 二二 教学内容教学内容 本章将介

2、绍切削加工的基本概念，切削刀具，本章将介绍切削加工的基本概念，切削刀具，切削过程中的物理现象，工件材料的切削加工切削过程中的物理现象，工件材料的切削加工性。重点介绍什么是切削运动，切削用量，刀性。重点介绍什么是切削运动，切削用量，刀具材料及刀具的角度，刀具的磨损和刀具的耐具材料及刀具的角度，刀具的磨损和刀具的耐用度及切削用量与刀具耐用度的关系，切屑的用度及切削用量与刀具耐用度的关系，切屑的形成过程及变形区的划分，积屑瘤及其对切削形成过程及变形区的划分，积屑瘤及其对切削过程的影响，切削力的来源及切削力的计算。过程的影响，切削力的来源及切削力的计算。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属

3、切削加工概论金属切削加工概论 三三 重点与难点重点与难点 1 1切削加工的基本概念；切削加工的基本概念； 2 2刀具标注角度参考系和刀具的标注角度；刀具标注角度参考系和刀具的标注角度； 3 3切削力的来源、合力及其分力、工作功率切削力的来源、合力及其分力、工作功率 和单位切削力的计算。和单位切削力的计算。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 8.1 8.1 切削加工的基本概念切削加工的基本概念 8.1.18.1.1切削运动切削运动 切削运动切削运动: : 金属切削加工时金属切削加工时刀具刀具和和工件工件之间的之间的相对运动。相对运动。 切削运动根据其功用

4、不同，可分为切削运动根据其功用不同，可分为主运动主运动和和进进给运动。给运动。 合成切削运动合成切削运动: : 主运动主运动和和进给运动进给运动的向量和。的向量和。所有切削运动的速度及方向都是相对于工件定所有切削运动的速度及方向都是相对于工件定义的。义的。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论图图8-18-1切削运动与工件表面切削运动与工件表面机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 1 1主运动主运动 直接切除工件上的切削层，使之转直接切除工件上的切削层，使之转变为切屑，从而形成工件新表面的运动。变为切屑，从而形成工件

5、新表面的运动。 2 2进给运动进给运动 不断地把切削层投入切削，从而不断地把切削层投入切削，从而加工出全部已加工表面的运动。加工出全部已加工表面的运动。 3 3合成切削运动合成切削运动 它是由主运动和进给运动合它是由主运动和进给运动合成的运动。成的运动。 刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时合成运动刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时合成运动方向称方向称合成切削运动方向合成切削运动方向，其速度称，其速度称合成切削合成切削速度速度。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 8.1.28.1.2工件上的加工表面工件上的加工表面 在切削过程中，工件上形成的三种表面在切削过

6、程中，工件上形成的三种表面: : 1 1待加工表面待加工表面 工件上待切除的表面。工件上待切除的表面。 2 2已加工表面已加工表面 工件上经刀具切削后产生的新表面。工件上经刀具切削后产生的新表面。 3 3过渡表面过渡表面 工件上切削刃正在切削的表面。它是工件上切削刃正在切削的表面。它是待加工表面和已加工表面之间的过渡表面。待加工表面和已加工表面之间的过渡表面。 如图如图8-18-1所示。所示。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 8.1.38.1.3切削用量及切削层参数切削用量及切削层参数 1 1切削用量切削用量 切削用量切削用量是是切削速度切削速度、进

7、给量进给量和和背吃刀量背吃刀量三者的三者的总称。总称。 1 1）切削速度）切削速度 切削加工时，切削刃选定点相对切削加工时，切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。单位是米于工件的主运动的瞬时速度。单位是米/ /秒（秒（m/sm/s）或米或米/ /分（分（m/minm/min）。）。切削刃上各点的切削速度可能是不同的，计算时切削刃上各点的切削速度可能是不同的，计算时通常取最大值。通常取最大值。c机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 当主运动为旋转运动时：当主运动为旋转运动时： （8-18-1） 式中式中 d d 完成主运动完成主运动的工件或刀具的最大直

8、的工件或刀具的最大直径（径（mmmm）；）； n n 主运动的转主运动的转速（速（r rs s或或r rminmin）。）。 1000dnc图8-2切削层参数机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 2）进给量进给量 指工件或刀具每转一转时，两者指工件或刀具每转一转时，两者沿进给方向的相对位移。沿进给方向的相对位移。 单位是单位是mmmmr r（对于车削、镗削等）或（对于车削、镗削等）或mmmm/ /行行程（对于刨削、磨削等）；程（对于刨削、磨削等）； 也可以用进给速度（单位是也可以用进给速度（单位是mmmm/min/min）或每齿）或每齿进给量（单位是进给

9、量（单位是mmmmz z，用于铣刀、铰刀等多，用于铣刀、铰刀等多齿刀具）来表示。如图齿刀具）来表示。如图8-28-2所示。则：所示。则： (8-2) 式中式中 z z多齿刀具的刀齿数。多齿刀具的刀齿数。 zfnzfnf 机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 3 3）背吃刀量（切削深度）背吃刀量（切削深度） 指工件上已加指工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位是工表面和待加工表面间的垂直距离，单位是m mm m，如图，如图8-28-2所示。车削外圆时：所示。车削外圆时： (8-3)(8-3) 式中式中 待加工表面直径（待加工表面直径（mmmm）；）

10、； 已加工表面直径（已加工表面直径（mmmm）。）。 2mwPddapa wd md机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 2 2切削层参数切削层参数 1 1）切削层公称厚度）切削层公称厚度 （8-48-4） 式中式中 刀具主偏角刀具主偏角 2 2）切削层公称宽度）切削层公称宽度 （8-58-5） 3 3）切削层公称横截面积）切削层公称横截面积A AD D （8-68-6）rDfhsinrDhDbrpDabsin/pDDDfabhA 机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 8.2 8.2 切削刀具切削刀具 8.2.1

11、8.2.1 刀具材料刀具材料 1 1对刀具切削部分材料的要求对刀具切削部分材料的要求 刀具材料必须具备以下几方面的性能刀具材料必须具备以下几方面的性能: : 1 1）高硬度）高硬度 2 2）高耐磨性）高耐磨性 3 3）有足够的强度和韧性）有足够的强度和韧性 4 4）热硬性）热硬性 又称为红硬性。又称为红硬性。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 2 2常用刀具材料常用刀具材料 1 1）碳素工具钢）碳素工具钢 常用的牌号有常用的牌号有T10T10、T10AT10A、T12T12、T12AT12A等。等。 2 2）合金工具钢）合金工具钢 常用的牌号有常用的牌

12、号有CrWMnCrWMn、9SiCr9SiCr等。等。 3 3）高速工具钢）高速工具钢 我国目前主要应用的高速工具钢是我国目前主要应用的高速工具钢是W18Cr4VW18Cr4V、W W6Mo5Cr4V26Mo5Cr4V2和和W9Mo3Cr4VW9Mo3Cr4V三个牌号。三个牌号。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 4 4）硬质合金）硬质合金 是由硬度和熔点很高的金属碳化是由硬度和熔点很高的金属碳化物微米数量级的粉末加金属粘结剂，用粉末冶物微米数量级的粉末加金属粘结剂，用粉末冶金法烧结而成。金法烧结而成。 常用金属碳化物常用金属碳化物有有WCWC、TiC

13、TiC、TaCTaC、NbCNbC等；等； 常用粘结剂常用粘结剂有有CoCo，MoMo、NiNi等。等。 硬质合金的硬质合金的硬度硬度可达可达898993HRA93HRA，热硬温度热硬温度达达8 8001000001000，允许切削速度允许切削速度1.671.67 5m 5ms s。硬质合金主要用于制作简单刀具，如车刀、刨硬质合金主要用于制作简单刀具，如车刀、刨刀、镗刀等，也可用于制作钻头、铣刀、滚齿刀、镗刀等，也可用于制作钻头、铣刀、滚齿刀等复杂刀具。刀等复杂刀具。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 ISOISO将切削用硬质合金分为三类：将切削用硬质

14、合金分为三类： P P类类，适于加工长切屑的黑色金属，以蓝色作标志，适于加工长切屑的黑色金属，以蓝色作标志, ,相当于我国的相当于我国的YTYT类类； K K类类，适于加工短切屑的黑色金属、有色金属及非，适于加工短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料，以红色作标志，相当于我国的金属材料，以红色作标志，相当于我国的YGYG类类； M M类类，适于加工长切屑或短切屑的黑色金属和有色，适于加工长切屑或短切屑的黑色金属和有色金属，以黄色作标志金属，以黄色作标志, ,相当于我国的相当于我国的YWYW类类。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 钨钴类硬质合金（钨钴类

15、硬质合金（YGYG类），类），主要由主要由WCWC和和CoCo组成。组成。我国生产的主要牌号有：我国生产的主要牌号有：YG3XYG3X、YG6XYG6X、YG6YG6、Y YG8G8等。等。 钨钛钴类硬质合金（钨钛钴类硬质合金（YTYT类），类），这类合金中的硬这类合金中的硬质合金除质合金除WCWC外，还含有外，还含有TiCTiC。常用牌号有：。常用牌号有：YT5YT5、YT14YT14、YT15YT15、YT30YT30。 钨钛钽（铌）类硬质合金（钨钛钽（铌）类硬质合金（YWYW），），这类硬质合这类硬质合金是在上述硬质合金成分中加入一定数量的金是在上述硬质合金成分中加入一定数量的TaTaC

16、(NbC)C(NbC)，常用牌号有：，常用牌号有：YW1YW1、YW2YW2。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 5 5）其它刀具材料）其它刀具材料 (1)(1)陶瓷材料陶瓷材料 (2)(2)涂层硬质合金涂层硬质合金 (3)(3)人造金刚石人造金刚石 (4)(4)立方氮化硼立方氮化硼(CBN) (CBN) 机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 8.2.28.2.2刀具的几何形状及角刀具的几何形状及角度度 1 1刀具切削部分的组成刀具切削部分的组成 以外圆车刀为例，如图以外圆车刀为例，如图8-38-3所示。它是由刀

17、杆和切削两所示。它是由刀杆和切削两部分组成的。刀杆用来将刀部分组成的。刀杆用来将刀具夹持在机床的刀架上，切具夹持在机床的刀架上，切削部分也称刀头，承担切削削部分也称刀头，承担切削工作，主要由工作，主要由三个刀面、两三个刀面、两个切削刃，一个刀尖个切削刃，一个刀尖组成。组成。图8-3 刀具切削部分的组成机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 1 1）前刀面）前刀面 刀具上切屑流过的表面。刀具上切屑流过的表面。 2 2）主后刀面）主后刀面 与工件上过渡表面相对的刀面。与工件上过渡表面相对的刀面。 3 3）副后刀面）副后刀面 与工件上已加工表面相对的刀面。与工件

18、上已加工表面相对的刀面。 4 4）主切削刃）主切削刃 刀具前刀面与主后刀面的交线，它担刀具前刀面与主后刀面的交线，它担负着主要的切削工作。负着主要的切削工作。 5 5）副切削刃）副切削刃 刀具前刀面与副后刀面的交线，它配刀具前刀面与副后刀面的交线，它配合主切削刃担负着一定切削工作。合主切削刃担负着一定切削工作。 6 6）刀尖）刀尖 指主切削刃与副切削刃的连接处相当少的指主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃，它可以是直线、曲线或实际交点。在一部分切削刃，它可以是直线、曲线或实际交点。在实际应用中，为增强刀尖的强度与耐磨性，多数刀具实际应用中，为增强刀尖的强度与耐磨性，多数刀具都在刀尖处

19、磨出直线或圆弧形的过渡刃。都在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 2 2刀具标注角度参考系刀具标注角度参考系 刀具工作角度参考系是确定刀具切削工作刀具工作角度参考系是确定刀具切削工作时角度的基准，用此定义的刀具角度称刀具工时角度的基准，用此定义的刀具角度称刀具工作角度。作角度。 机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 1 1）正交平面参）正交平面参考系考系 如图如图8-48-4所所示，正交平面参示，正交平面参考系由以下三个考系由以下三个平面组成：平面组成： （1 1）基面）基面 （2

20、 2）切削平面）切削平面 （3 3）正交平面）正交平面 图图8-4 8-4 正交平面与法平面参考系正交平面与法平面参考系rPsP0P机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 2 2）法平面参考系）法平面参考系 如图如图8-48-4所示，法平面参所示，法平面参考系由考系由 、 、 三个平面组成。三个平面组成。 为法平面是过切削刃上选定点并垂直于切削为法平面是过切削刃上选定点并垂直于切削刃的平面。刃的平面。 3 3）假定工作平面参考系）假定工作平面参考系 如图如图8-58-5所示，假所示，假定工作平面参考系由定工作平面参考系由 、 、 三个平面组成。三个平面组成

21、。rPnPsPnPrPfPpP机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 （1 1）假定工作平面）假定工作平面 过切削刃上选定点平过切削刃上选定点平行于进给方向并垂直行于进给方向并垂直于基面于基面 的平面；的平面； （2 2）背平面）背平面 过切过切削刃上选定点同时垂削刃上选定点同时垂直于基面直于基面 和假定工和假定工作平面作平面 的平面。的平面。图8-5 假定工作平面参考系fPpPrPrPfP机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 3 3刀具的标注角度刀具的标注角度 1 1）在正交平面内标注的角度）在正交平面内标注的角度

22、 （1 1）前角）前角 在正交平面内度量的前刀面与基在正交平面内度量的前刀面与基面之间的夹角。面之间的夹角。 （2 2）后角）后角 在正交平面内度量的后刀面与切在正交平面内度量的后刀面与切削平面之间的夹角。削平面之间的夹角。 （3 3）楔角）楔角 在正交平面内度量的前刀面与后在正交平面内度量的前刀面与后刀面之间的夹角。由图刀面之间的夹角。由图8-68-6可知：可知： （8-7） 000000090机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 楔角不是一个独立角度，而是一个派生角度，楔角不是一个独立角度，而是一个派生角度，且只有正值。前角和后角的值则可正可负，其且

23、只有正值。前角和后角的值则可正可负，其正负规定如下：正负规定如下： 在正交平面中，前面与切削平面之间的夹在正交平面中，前面与切削平面之间的夹角小于角小于9090 时，前角为正，用符号时，前角为正，用符号“十十”表示；表示；大于大于9090 时前角为负，用符号时前角为负，用符号“”表示；前表示；前面与基面平行时前角为零。面与基面平行时前角为零。 同样，在正交平面中，后面与基面夹角小同样，在正交平面中，后面与基面夹角小于于9090 时，后角为正，大于时，后角为正，大于9090 时，后角为负，时，后角为负，也分别用符号也分别用符号“十十”、“”表示，如图表示，如图8-78-7所示。所示。机械制造基础

24、台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 2 2）在基面内标注的角度）在基面内标注的角度 （1 1）主偏角）主偏角 主切削刃在基面上的投影与进主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角，只有正值。给方向的夹角，只有正值。 （2 2）副偏角）副偏角 副切削刃在基面上的投影与进副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角，只有正值。给方向的夹角，只有正值。 （3 3）刀尖角）刀尖角 在基面内度量的主切削刃与副在基面内度量的主切削刃与副切削刃之间的夹角，只有正值。由图切削刃之间的夹角，只有正值。由图8-68-6可知：可知： （8-88-8） r rrrrr0180机械制造基础台州广播电

25、视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 （4 4）余偏角）余偏角 主切削平面与背平面间的夹角，主切削平面与背平面间的夹角，且有：且有： （8-98-9） （5 5）副后角）副后角 在副切削刃上选定点的副正交在副切削刃上选定点的副正交平面内，副后面与副切削平面间的夹角。副切平面内，副后面与副切削平面间的夹角。副切削平面是过该选定点且包含该点切削速度向量削平面是过该选定点且包含该点切削速度向量的平面。的平面。rrr 09 0机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论图图8-6 8-6 标注角度参考系内的刀具角度标注角度参考系内的刀具角度机械制造基础

26、台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 3 3）在切削平面内标注的角度）在切削平面内标注的角度 刃倾角刃倾角 在切削平面内度量的主切削刃与在切削平面内度量的主切削刃与 基面之间的夹角，当刀尖位于主切削刃上最基面之间的夹角，当刀尖位于主切削刃上最 高点时，高点时， 为正值；当刀尖位于主切削刃上为正值；当刀尖位于主切削刃上 最低点时，最低点时， 为负值。为负值。sss机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 4 4）在法平面内的标注角度）在法平面内的标注角度 法平面参考系标法平面参考系标注角度与正交平面参考系标注角度的主要区别注角度与正

27、交平面参考系标注角度的主要区别是前者的前角、后角及楔角是在法平面中测量是前者的前角、后角及楔角是在法平面中测量的，只需将测量平面从正交平面的，只需将测量平面从正交平面 改为法平改为法平面面 ，将，将 、 、 改为改为 、 、 ，就得出，就得出法前角、法后角、法楔角的定义。而在基面与法前角、法后角、法楔角的定义。而在基面与切削平面中测量的主偏角、副偏角及刃倾角则切削平面中测量的主偏角、副偏角及刃倾角则与正交平面参考系中的定义相同，如图与正交平面参考系中的定义相同，如图8-68-6所所示。示。0PnP00nn0n机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 5 5）

28、在假定工作平面）在假定工作平面- -背平面参考系内的标注背平面参考系内的标注角度角度 除了在基面和切削平面中测量的角度除了在基面和切削平面中测量的角度与在正交平面参考系中相同外，在假定工作与在正交平面参考系中相同外，在假定工作平面平面- -背平面参考系中的标注角度与正交平面背平面参考系中的标注角度与正交平面参考系的标注角度之间的主要区别是前者的参考系的标注角度之间的主要区别是前者的前角、后角、楔角分别在假定工作平面前角、后角、楔角分别在假定工作平面 P Pf f及及背平面背平面 中测量，如图中测量，如图8-68-6所示。故只要将测所示。故只要将测量平面由量平面由 改为改为 和和 、就可引出侧前

29、角、就可引出侧前角 、侧后角侧后角 、侧楔角、侧楔角 和背前角和背前角 、背后角、背后角 、背楔角背楔角 等角度的定义。等角度的定义。pP0PfPpPfffppp机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 4 4刀具的工作角度刀具的工作角度 刀具的工作角度是刀具在工作时的实际切刀具的工作角度是刀具在工作时的实际切削角度。由于刀具标注角度是在进给量条件下削角度。由于刀具标注角度是在进给量条件下规定的角度，如果考虑合成运动和实际安装情规定的角度，如果考虑合成运动和实际安装情况，则刀具的参考系将发生变化。况，则刀具的参考系将发生变化。在刀具工作在刀具工作角度参考系中

30、所确定的角度称工作角度。角度参考系中所确定的角度称工作角度。 在一般条件下，刀具的工作角度与标注角在一般条件下，刀具的工作角度与标注角度相差无几，两者差别不予考虑，只有在角度度相差无几，两者差别不予考虑，只有在角度变化值较大时才需要计算工作角度。变化值较大时才需要计算工作角度。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 8.2.38.2.3刀具磨损与刀具的耐用度刀具磨损与刀具的耐用度 在切削过程中，刀具在高温、高压和剧烈在切削过程中，刀具在高温、高压和剧烈摩擦条件下工作，使刀具磨损严重。因此，刀摩擦条件下工作，使刀具磨损严重。因此，刀具磨损是影响生产效率、工件

31、表面加工质量和具磨损是影响生产效率、工件表面加工质量和经济性的一个重要因素。经济性的一个重要因素。 1 1刀具磨损的形式和过程刀具磨损的形式和过程 刀具磨损形式分为刀具磨损形式分为正常磨损正常磨损和和非正常磨损非正常磨损（破（破损）两大类。每一类中又有若干种形式，其表损）两大类。每一类中又有若干种形式，其表现形态见表现形态见表8-18-1。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论表表8-1 8-1 刀具磨损、破损的形态刀具磨损、破损的形态机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 1 1）正常磨损）正常磨损 刀具正常磨损有以

32、下三种形式：刀具正常磨损有以下三种形式： （1 1）前刀面磨损）前刀面磨损 如图如图8-7a8-7a）、）、b b）所示。）所示。 当切削层标称厚度当切削层标称厚度0.5mm0.5mm以上，高速切削塑性以上，高速切削塑性材料时，易产生前刀面呈月牙洼磨损。此时，材料时，易产生前刀面呈月牙洼磨损。此时，生成的带状切屑沿前刀面外流。前面压力大，生成的带状切屑沿前刀面外流。前面压力大，温度高，磨损严重。前刀面磨损程度用月牙洼温度高，磨损严重。前刀面磨损程度用月牙洼深度深度KTKT值表示。图中值表示。图中KBKB值为月牙洼宽度，值为月牙洼宽度，KLKL为为月牙洼长度。月牙洼长度。 机械制造基础台州广播电

33、视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论图8-7 刀具磨损的正常形态机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 （2 2）后刀面磨损）后刀面磨损 如图如图8-7b8-7b）所示。当切削层）所示。当切削层标称厚度标称厚度0.1mm0.1mm、抵速切削脆性材料时，主要、抵速切削脆性材料时，主要是后刀面磨损。是后刀面磨损。 （3 3）前、后刀面同时磨损）前、后刀面同时磨损 如图如图8-7a8-7a）、）、b b）所示。当切削层标称厚度所示。当切削层标称厚度0.1mm0.5mm0.1mm0.7mm/r0.7mm/r，经验公式为，经验公式为 （8-118-

34、11） 式中式中 与实验条件有关的系数，可查有关与实验条件有关的系数，可查有关手册得到。手册得到。 由上式可知，切削用量由上式可知，切削用量 、 、 对刀具耐对刀具耐用度的影响不同。切削速度用度的影响不同。切削速度 影响最大，进给影响最大，进给量量 次之，最小的是背吃刀量次之，最小的是背吃刀量 。有时，为了。有时，为了提高切削效率，可以损失刀具耐用度。提高切削效率，可以损失刀具耐用度。75.025.25PcTafCTTCfPafPa机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 8.38.3切削过程中的物切削过程中的物理现象理现象 8.3.18.3.1切屑切屑 1

35、 1切屑的形成过程切屑的形成过程及变形区的划分及变形区的划分 如图如图8-98-9所示，当刀所示，当刀具和工件开始接触的具和工件开始接触的最初瞬间，切削刃和最初瞬间，切削刃和前刀面在接触点挤压前刀面在接触点挤压工件，使工件内部产工件，使工件内部产生应力和弹性变形。生应力和弹性变形。 图图8-9 8-9 第一变形区金属的滑移第一变形区金属的滑移机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 随着切削运动的继续，切削刃和前刀面对工件随着切削运动的继续，切削刃和前刀面对工件材料的挤压作用不断增加，使工件材料内部的材料的挤压作用不断增加，使工件材料内部的应力和变形逐渐增大

36、，当应力达到材料屈服极应力和变形逐渐增大，当应力达到材料屈服极限时，被切削层的金属开始沿剪应力最大的方限时，被切削层的金属开始沿剪应力最大的方向滑移，产生塑性变形，图向滑移，产生塑性变形，图8-98-9中的中的OAOA面就代面就代表表“始滑移面始滑移面”。以被切削层中点为例，当到以被切削层中点为例，当到达点达点1 1位置时，由于位置时，由于OAOA面上的剪应力达到材料面上的剪应力达到材料的屈服强度，则点的屈服强度，则点1 1在向前移动的同时也沿在向前移动的同时也沿OAOA面滑移，其合成运动将使点面滑移，其合成运动将使点1 1流动到点流动到点2 2，2-2-2 2就是它的滑移量。就是它的滑移量。

37、 机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 随着滑移的产生，剪应力将逐渐增加，也就是随着滑移的产生，剪应力将逐渐增加，也就是当向当向1 1、2 2、3 3、4 4各点移动时，它的剪应力不断各点移动时，它的剪应力不断增大。当移动到点增大。当移动到点4 4的位置时，应力和变形都的位置时，应力和变形都达到了最大值，遂与本体金属切离，从而形成达到了最大值，遂与本体金属切离，从而形成切屑沿前刀面流出。切屑沿前刀面流出。OMOM代表代表“终滑移面终滑移面”，在，在OAOA到到OMOM之间称第一变形区。之间称第一变形区。其变形的主要特征其变形的主要特征就是沿滑移面的剪切变

38、形，以及随之产生的加就是沿滑移面的剪切变形，以及随之产生的加工硬化。工硬化。 机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 实验证明，第一变形实验证明，第一变形区的厚度随切削速度区的厚度随切削速度增大而变薄。在一般增大而变薄。在一般速度下，第一变形区速度下，第一变形区的厚度仅为的厚度仅为0.020.20.020.2mmmm。因此。因此可用一个平可用一个平面面OMOM表示第一变形区表示第一变形区（）。剪切面）。剪切面OMOM与与切削速度方向的夹角切削速度方向的夹角称为剪切角，称为剪切角，如图如图8-8-1010所示。所示。 图8-10 三个变形区、剪切角机械制造基

39、础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 当切屑沿前刀面流出时，受到前刀面的挤压和当切屑沿前刀面流出时，受到前刀面的挤压和摩擦，使切屑底层金属又一次产生塑性变形，摩擦，使切屑底层金属又一次产生塑性变形，也就是第二变形区（也就是第二变形区（），），使薄薄的一层金属使薄薄的一层金属流动缓慢，晶粒再度被拉长，沿着前刀面方向流动缓慢，晶粒再度被拉长，沿着前刀面方向纤维化，切屑底边长度增加，切屑向外侧卷曲。纤维化，切屑底边长度增加，切屑向外侧卷曲。第二变形区是切屑与前刀面的摩擦区，第二变形区是切屑与前刀面的摩擦区，切屑底切屑底层与前刀面之间的强烈摩擦，对切削力、切削层与前刀面之

40、间的强烈摩擦，对切削力、切削热、积屑瘤的形成与消失，以及对刀具的磨损热、积屑瘤的形成与消失，以及对刀具的磨损等都有直接影响。等都有直接影响。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 已加工表面受到刀刃钝圆部分和后刀面的挤压与已加工表面受到刀刃钝圆部分和后刀面的挤压与摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化、加工硬化摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化、加工硬化和残余应力，这部分称为第三变形区（和残余应力，这部分称为第三变形区（）。）。第第三变形区对已加工表面的质量和刀具的磨损都有三变形区对已加工表面的质量和刀具的磨损都有很大的影响。这三个变形区汇集在刀刃附近，切很大的影

41、响。这三个变形区汇集在刀刃附近，切削层金属在此处与本体金属分离，大部分变为切削层金属在此处与本体金属分离，大部分变为切屑，小部分留在已加工表面上，如图屑，小部分留在已加工表面上，如图8-118-11所示。所示。 机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 当切削层金属与本体金当切削层金属与本体金属分离时，分离点属分离时，分离点O O与与刃口圆弧最低点刃口圆弧最低点K K之间之间的一薄层金属并没有被的一薄层金属并没有被切下来，仍然留在工件切下来，仍然留在工件上，并在经受了刃口圆上，并在经受了刃口圆弧的挤压变形后流经刀弧的挤压变形后流经刀具的后刀面，并产生弹具的后

42、刀面，并产生弹性恢复，成为已加工表性恢复，成为已加工表面。面。图8-11 加工表面的形成与变形机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 2 2变形系数变形系数 在切削过程中，被切金属层在刀具的推挤下被在切削过程中，被切金属层在刀具的推挤下被压缩，因此切屑厚度压缩，因此切屑厚度 通常要大于切削层的厚通常要大于切削层的厚度度 ，而切屑长度，而切屑长度 却小于切削长度却小于切削长度 ，如图，如图8-118-11所示。切屑厚度与切削层厚度之比称为厚所示。切屑厚度与切削层厚度之比称为厚度变形系数度变形系数 （切屑厚度压缩比（切屑厚度压缩比 ）；切削长）；切削长度与切屑

43、长度之比称为长度变形系数度与切屑长度之比称为长度变形系数 ，即：，即： 厚度变形系数厚度变形系数 （8-128-12） 长度变形系数长度变形系数 （8-138-13）Dchhhhchclll chhDhchlclhhAl机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 由于切削层变为切屑后，宽度变化很小，根据由于切削层变为切屑后，宽度变化很小，根据体积不变原理，有：体积不变原理，有： （8-148-14） 变形系数直观地反映了切屑的变形程度，且容变形系数直观地反映了切屑的变形程度，且容易测量。对于同一种工件材料，如果在不同的易测量。对于同一种工件材料，如果在不同的切

44、削条件下进行切削，变形系数越大，则表明切削条件下进行切削，变形系数越大，则表明切削中的塑性变形越大和切削热相应增加，动切削中的塑性变形越大和切削热相应增加，动力消耗上升，加工质量下降。因此，有效控制力消耗上升，加工质量下降。因此，有效控制变形系数，有利于提高工件的加工质量。变形系数，有利于提高工件的加工质量。 lh 机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 3 3切屑的类型切屑的类型 在切削加工中，由于工件材料不同，通常产生在切削加工中，由于工件材料不同，通常产生四种类型的切屑如图四种类型的切屑如图8-128-12所示。所示。 1) 1) 带状带状切屑切屑

45、2) 2) 节状节状切屑切屑 3 3）单单元切屑元切屑 4 4）崩碎切屑）崩碎切屑a)a)带状带状切屑切屑 b)b)节状节状切切屑屑 c)c)单单元切元切屑屑 d)d)崩碎切屑崩碎切屑图图8-12 8-12 切屑类型切屑类型机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 切屑的形态是随着切削条件的改变而变化的。切屑的形态是随着切削条件的改变而变化的。在生产中常通过改变加工条件，使之得到较为在生产中常通过改变加工条件，使之得到较为有利的屑形。如在形成节状切屑的情况下，若有利的屑形。如在形成节状切屑的情况下，若加大前角，提高切削速度，减小切削厚度，则加大前角，提高切削

46、速度，减小切削厚度，则可转化为带状切屑。但是，为了提高刀具（尤可转化为带状切屑。但是，为了提高刀具（尤其是硬质合金和陶瓷刀具）切削刃的强度，可其是硬质合金和陶瓷刀具）切削刃的强度，可减小前角，甚至在切削刃处制出一定宽度的负减小前角，甚至在切削刃处制出一定宽度的负倒棱。倒棱。 机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 8.3.28.3.2积屑瘤积屑瘤在切削塑性金属材在切削塑性金属材料时，经常在前刀料时，经常在前刀面上靠刃口处粘结面上靠刃口处粘结一小块很硬的金属一小块很硬的金属楔块，如图楔块，如图8-138-13所所示，这个金属楔块示，这个金属楔块称称积屑瘤。积

47、屑瘤。图8-13 积屑瘤机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 1 1积屑瘤的产生积屑瘤的产生 在中速（在中速（=0.33m/s=0.33m/s左右）切削塑性材料时，随着切左右）切削塑性材料时，随着切屑与刀具前刀面温度的提高，压力、摩擦力的增大，屑与刀具前刀面温度的提高，压力、摩擦力的增大，使接近刀具前刀面切削刃处的切屑塑性变形层流速使接近刀具前刀面切削刃处的切屑塑性变形层流速减慢，愈接近刀具前刀面处的切屑，流速愈慢。当减慢，愈接近刀具前刀面处的切屑，流速愈慢。当温度和压力增加到一定程度，底层金属层与刀具前温度和压力增加到一定程度，底层金属层与刀具前刀面产

48、生粘结时，刀面产生粘结时，切屑切屑“滞流滞流” 。粘结在刀具前粘结在刀具前刀面靠近刀刃处的切屑形成粘结层，该粘结层经过刀面靠近刀刃处的切屑形成粘结层，该粘结层经过剧烈的塑性变形使其硬化，其硬度一般是工件材料剧烈的塑性变形使其硬化，其硬度一般是工件材料硬度的硬度的23.523.5倍。继续切削，层层堆积，高度逐渐倍。继续切削，层层堆积，高度逐渐增加，形成了积屑瘤。增加，形成了积屑瘤。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论长高了的积屑瘤，受外力或振动的作用，将发长高了的积屑瘤，受外力或振动的作用，将发生局部断裂或脱落，一部分粘在工件表面，另生局部断裂或脱落，一部

49、分粘在工件表面，另一部分粘在切屑上，因此积屑瘤是周期性的时一部分粘在切屑上，因此积屑瘤是周期性的时生时灭。生时灭。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 2 2积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削过程的影响 1 1）刀具实际前角增大）刀具实际前角增大 如图如图8-138-13所示，当积所示，当积屑瘤粘附在刀具的前面时，使刀具实际工作前屑瘤粘附在刀具的前面时，使刀具实际工作前角增大，减小切削变形和切削力。当积屑瘤达角增大，减小切削变形和切削力。当积屑瘤达到最大时，积屑瘤前角可至到最大时，积屑瘤前角可至3030左右。左右。 2 2）增大切削厚度）增大切削厚度 积

50、屑瘤前端伸出于切削刃积屑瘤前端伸出于切削刃外，伸出量，如图外，伸出量，如图8-138-13所示，导致切削厚度增所示，导致切削厚度增大了，影响了加工尺寸的精度。大了，影响了加工尺寸的精度。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 3 3）使加工表面粗糙度值增大）使加工表面粗糙度值增大 由于积屑瘤轮由于积屑瘤轮廓形状的不规则，因此切削刃上各点积屑瘤的廓形状的不规则，因此切削刃上各点积屑瘤的伸出量各不相同，即各点的过切量不同，使工伸出量各不相同，即各点的过切量不同，使工件的表面不平整，表面粗糙度值显著增大。件的表面不平整，表面粗糙度值显著增大。 4 4）对刀具耐用

51、度有影响）对刀具耐用度有影响 如图如图8-138-13所示，积所示，积屑瘤包围着切削刃，并同时覆盖了刀具的部分屑瘤包围着切削刃，并同时覆盖了刀具的部分前面，它可以代替切削刃进行切削，减少了刀前面，它可以代替切削刃进行切削，减少了刀具磨损，提高了刀具耐用度。具磨损，提高了刀具耐用度。 机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论积屑瘤的形成过程是一个不稳定的过程，其积屑瘤的形成过程是一个不稳定的过程，其高度也会发生变化。在使用硬质合金刀具切高度也会发生变化。在使用硬质合金刀具切削时，如果积屑瘤处于不稳定的状态，一旦削时，如果积屑瘤处于不稳定的状态，一旦积屑瘤产生破

52、裂、脱落等现象，可导致非正积屑瘤产生破裂、脱落等现象，可导致非正常的粘结磨损。常的粘结磨损。 机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 3 3影响积屑瘤产生的主要因素影响积屑瘤产生的主要因素 1 1）工件材料的塑性）工件材料的塑性 工件材料的硬度低、塑工件材料的硬度低、塑性高，切削时金属变形大，切屑与刀具前刀面性高，切削时金属变形大，切屑与刀具前刀面的摩擦力和接触长度都较大，容易生成积屑瘤；的摩擦力和接触长度都较大，容易生成积屑瘤；工件材料硬度高、塑性低，生成积屑瘤的可能工件材料硬度高、塑性低，生成积屑瘤的可能性较小；切削脆性材料，因其塑性差，故不易性较小；

53、切削脆性材料，因其塑性差，故不易生成积屑瘤。生成积屑瘤。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 2 2）切削速度）切削速度 切削速度主要是通过切削温度切削速度主要是通过切削温度和摩擦力来影响积屑瘤的。以切削中碳钢（如和摩擦力来影响积屑瘤的。以切削中碳钢（如4545钢）为例，低速（钢）为例，低速（0.08m0.08ms s）切削时，切）切削时，切削温度低，切屑与前刀面呈点接触，摩擦力小，削温度低，切屑与前刀面呈点接触，摩擦力小，故不易形成切屑粘结；高速（故不易形成切屑粘结；高速（1m1ms s）切削时，）切削时，切削温度高，使切屑底部金属呈微熔状态，起切削温

54、度高，使切屑底部金属呈微熔状态，起润滑作用，摩擦力也较小，积屑瘤也不易形成。润滑作用，摩擦力也较小，积屑瘤也不易形成。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 3 3）刀具前角）刀具前角 刀具前角增大，摩擦力减小，刀具前角增大，摩擦力减小，不易形成积屑瘤。前角愈小，积屑瘤形成得早，不易形成积屑瘤。前角愈小，积屑瘤形成得早，且积屑瘤的高度愈高。且积屑瘤的高度愈高。 此外，接触面的压力、表面粗糙度、粘结强度此外，接触面的压力、表面粗糙度、粘结强度等因素，都会影响到积屑瘤的生成。等因素，都会影响到积屑瘤的生成。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加

55、工概论金属切削加工概论 4 4控制积屑瘤产生的措施控制积屑瘤产生的措施 一般情况下，精加工时要消除积屑瘤，粗加工一般情况下，精加工时要消除积屑瘤，粗加工时可利用积屑瘤。在很多情况下都不希望出现时可利用积屑瘤。在很多情况下都不希望出现积屑瘤。防止、抑制积屑瘤产生的措施有多种：积屑瘤。防止、抑制积屑瘤产生的措施有多种：降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易发降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易发生；采用高速切削，使切削温度高于产生积屑生；采用高速切削，使切削温度高于产生积屑瘤的温度；采用润滑性能好的切削液，减小摩瘤的温度；采用润滑性能好的切削液，减小摩擦；增加刀具前角，以减小切屑与前刀面接触擦；

56、增加刀具前角，以减小切屑与前刀面接触区的压力；适当提高工件材料的硬度，如对工区的压力；适当提高工件材料的硬度，如对工件进行正火或调质处理，降低其塑性，减小加件进行正火或调质处理，降低其塑性，减小加工硬化倾向。工硬化倾向。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 8.3.38.3.3切削力切削力 1 1切削力的来源、合力及其分力切削力的来源、合力及其分力 1 1）切削力的来源）切削力的来源 切削力的来源有两个方面：切削力的来源有两个方面：一是切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹一是切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力；二是刀具与性变

57、形、塑性变形所产生的抗力；二是刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。切屑、工件表面间的摩擦阻力。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论金属切削加工概论 2 2）切削力及其分解）切削力及其分解 以车削外圆为例（如以车削外圆为例（如图图8-158-15所示）。所示）。 为了克服工件对变形为了克服工件对变形的抗力和摩擦力，车的抗力和摩擦力，车刀对工件作用一个力，刀对工件作用一个力，称切削合力，通常将称切削合力，通常将分解为相互垂直的三分解为相互垂直的三个分力：切削力、进个分力：切削力、进给力和背向力。给力和背向力。 图8-15 车削合力及分力机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章

58、章 金属切削加工概论金属切削加工概论 切削力切削力（或称主切削力、切向分力）（或称主切削力、切向分力）切削切削合力在主运动方向上的正投影，是计算机床主合力在主运动方向上的正投影，是计算机床主运动机构强度与刀杆、刀片强度以及设计机床、运动机构强度与刀杆、刀片强度以及设计机床、选择切削用量等的主要依据。选择切削用量等的主要依据。 进给力进给力（或称轴向分力）（或称轴向分力）切削合力在进给切削合力在进给运动方向上的正投影，其作用在进给机构上，运动方向上的正投影，其作用在进给机构上，是校验进给机构强度的主要依据。是校验进给机构强度的主要依据。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切削加工概论

59、金属切削加工概论 背向力背向力（或称径向分力）（或称径向分力）切削合力在垂直切削合力在垂直于工作平面上的分力。作用在基面内，与进给于工作平面上的分力。作用在基面内，与进给方向垂直，其与切削力的合力会使工件发生弯方向垂直，其与切削力的合力会使工件发生弯曲变形或引起振动，进而影响工件的加工精度曲变形或引起振动，进而影响工件的加工精度和表面粗糙度。在进行加工精度分析、计算机和表面粗糙度。在进行加工精度分析、计算机床零件和车刀强度以及分析工艺系统的振动时，床零件和车刀强度以及分析工艺系统的振动时，该力的大小是必不可少的参数。该力的大小是必不可少的参数。机械制造基础台州广播电视大学第第8 8章章 金属切

60、削加工概论金属切削加工概论 合力与分力之间的关系：合力与分力之间的关系： （8-158-15） 式中式中 推力，系在切削层尺寸平面上的推力，系在切削层尺寸平面上的投影。背向力和进给力与它有如下关系：投影。背向力和进给力与它有如下关系： ； （8-168-16） 一般情况下，一般情况下， 最大，最大， 次之，次之， 最小。随着最小。随着切削条件的不同，切削条件的不同， 与与 对对 的比值在一定范的比值在一定范围内变动：围内变动： = =（0.150.70.150.7）；）； = =（0.10.60.10.6） （8-178-17）22222PfcDcFFFFFFDFrDfFFsinrDPFFco