金属切削过程及控制

1、机械与汽车工程学院第第3 3章章 金属切削过程与控制金属切削过程与控制3.1 3.1 切削过程和切屑类型切削过程和切屑类型3.2 3.2 切削力切削力3.3 3.3 切削热、切削温度和切削液切削热、切削温度和切削液3.4 3.4 刀具的磨损和刀具耐用度刀具的磨损和刀具耐用度3.6 3.6 切削用量的合理选择切削用量的合理选择教学目的：教学目的：掌握切削的三个变形区；了解切屑的基本类型；掌握切削的三个变形区；了解切屑的基本类型；掌握切削力的组成及计算方法；掌握切削热的产生以及对刀掌握切削力的组成及计算方法；掌握切削热的产生以及对刀具寿命的影响。具寿命的影响。教学重点：教学重点：1 1金属切削过程

2、中所产生的物理现象及其金属切削过程中所产生的物理现象及其内在规律及应用；内在规律及应用；2 2刀具耐用度和刀具总寿命；刀具耐用度和刀具总寿命；3 3合合理选择切削用量的原则和方法；理选择切削用量的原则和方法；机械与汽车工程学院3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案九教案九 金属切削过程中，刀具与工件相互作用，产生金属切削过程中，刀具与工件相互作用，产生切削变形切削变形、形成切屑形成切屑、产生切削力产生切削力、切削热与切削温切削热与切削温度度、刀具磨损刀具磨损等现象。为了保证产品加工质量、减少等现象。为了保证产品加工质量、减少能耗、提高生产率、必须合理使用与设计刀具、夹具能耗、

3、提高生产率、必须合理使用与设计刀具、夹具和机床、选择最合理的切削用量，必须研究切削过程，和机床、选择最合理的切削用量，必须研究切削过程，分析金属切削变形及其规律。分析金属切削变形及其规律。 机械与汽车工程学院3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型切削方式：切削方式：直角自由切削方式直角自由切削方式特点：特点：一条切削刃参与切削一条切削刃参与切削过程过程切削刃与切削速度垂切削刃与切削速度垂直直切削刃长度超过切削切削刃长度超过切削层宽度层宽度机械与汽车工程学院3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案九教案九 FABOM45a）正挤压）正挤压FABOM45b）偏挤压）偏

4、挤压OMFc）切削）切削 正挤压：正挤压：金属材料受挤压时，最大剪应力金属材料受挤压时，最大剪应力方向与作用力方向约成方向与作用力方向约成4545。 偏挤压：偏挤压：金属材料一部分受挤压时，金属材料一部分受挤压时，OBOB线以线以下金属由于母体阻碍，不能沿下金属由于母体阻碍，不能沿ABAB线滑移，而只线滑移，而只能沿能沿OMOM线滑移。线滑移。 切削：切削：与偏挤压类似。与偏挤压类似。弹性变形弹性变形剪应力剪应力增大，达屈服点增大，达屈服点塑性变形塑性变形，沿，沿OMOM线滑移线滑移剪剪应力与滑移量继续增大，达应力与滑移量继续增大，达断裂断裂强度强度切屑与切屑与母体分离。母体分离。金属挤压与切

5、削比较机械与汽车工程学院一、切屑成形过程及切削变形区的划分一、切屑成形过程及切削变形区的划分切屑根部金相照片（直角自由切削）M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：=s剪切角金属切削变形过程金属切削变形过程3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案九教案九机械与汽车工程学院1. 刀具挤压工件，产生弹刀具挤压工件，产生弹性变形：切削层的金属性变形：切削层的金属受到刀具前刀面的推挤受到刀具前刀面的推挤后产生后产生弹性变形弹性变形；2. 塑形变形塑形变形：随着切应力，：随着切应力，切应变逐渐增大，达到切应变逐渐增大，达到其屈服强度时，产生塑其屈服强度时，产生塑性变形而滑移；性变形而滑移；3.

6、挤裂挤裂：刀具继续切入，：刀具继续切入，材料内部的应力、应变材料内部的应力、应变继续增大，当切应力达继续增大，当切应力达到其断裂强度时，金属到其断裂强度时，金属材料被挤断；材料被挤断；4. 切离切离：切屑沿刀具前刀：切屑沿刀具前刀面流出。面流出。机械与汽车工程学院金属切削过程中的滑移线和流线示意图3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案九教案九机械与汽车工程学院 第第变形区：变形区：即即剪切滑移区剪切滑移区金属剪金属剪切滑移，成为切屑。切滑移，成为切屑。始滑面始滑面OA与终滑面与终滑面OM之间的区域之间的区域，塑性变形主要集中于此区域。，塑性变形主要集中于此区域。三个变形区变形

7、区的划分变形区的划分3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型机械与汽车工程学院 三个变形区变形区的划分变形区的划分第第变形区：变形区：纤维化区纤维化区。切屑沿前刀面流动，受挤压与摩擦，切屑底切屑沿前刀面流动，受挤压与摩擦，切屑底部晶粒纤维化，其方向基本与前刀面平行。部晶粒纤维化，其方向基本与前刀面平行。造成前刀面的磨损和积屑瘤的形成。造成前刀面的磨损和积屑瘤的形成。3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型机械与汽车工程学院三个变形区第第变形区：变形区：纤维化与加工硬化区纤维化与加工硬化区工件基体留下的表层（已加工面）经工件基体留下的表层（已加工面）经过刀具钝圆切削刃和后

8、刀面挤压摩擦过刀具钝圆切削刃和后刀面挤压摩擦，产生塑性变形，刀具前移时，工件，产生塑性变形，刀具前移时，工件表面表面回弹回弹。造成已加工面塑性变形、晶粒纤维化造成已加工面塑性变形、晶粒纤维化、加工硬化和残余应力。、加工硬化和残余应力。变形区的划分变形区的划分3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型机械与汽车工程学院粘结区：粘结区：高温高压使切屑底层高温高压使切屑底层软化，粘嵌在前刀面高低不平的凹软化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形成长度为坑中，形成长度为l lfifi的粘接区。切的粘接区。切屑的粘接层与上层金属之间产生相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。

9、对滑移，其间的摩擦属于内摩擦。 图 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粘结，切屑与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。滑动区：滑动区：切屑在脱离前刀面之切屑在脱离前刀面之前，与前刀面只在一些突出点接触前，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，切屑与前刀面之间的摩擦属于外摩擦。摩擦。lfolfiv两个摩擦区两个摩擦区机械与汽车工程学院h hD DhhD D刀刃钝圆半径刀刃钝圆半径r rn n : :前后刀面过渡圆弧半径。前后刀面过渡圆弧半径。后刀面磨损带后刀面磨损带VB VB : :后刀面实际后角为零的棱带。后刀面实际后角为零的棱带。弹性恢复区弹性恢复区

10、CDCD：已加工面受到后刀面挤压已加工面受到后刀面挤压与摩擦产生塑性变形，是与摩擦产生塑性变形，是造成已加工面造成已加工面加工硬化加工硬化和和残余应力残余应力的主要原因。的主要原因。机械与汽车工程学院晶粒滑移示意图晶粒滑移示意图 3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案九教案九机械与汽车工程学院3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案九教案九切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小。切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小。假设假设：宽度不变，体积不变。：宽度不变，体积不变。LchhDhchLc切屑与切削层尺寸厚度变形系数厚度变形系数长度变形系数长度变形系数变形系数

11、由截面积相等可推出两变形系数相等由截面积相等可推出两变形系数相等sin)cos(sin)90sin(00OMOMhhDchhachchlll剪切角越大，切削变形越小。剪切角越大，切削变形越小。机械与汽车工程学院)cos(sincos00yS 机械与汽车工程学院对于同一材料，用相同的刀具，切削同样大小的切削层，当切削速度较高时，剪切角越大，剪切面积越小，即变形程度越小。根据材料力学平面应力状态理论，主应力方向与最大剪应力方向的夹角为45，可以推出：4004前角越大，摩擦系数越小，切削变形越小。前角越大，摩擦系数越小，切削变形越小。切削材料的强度、硬度越高，进给量越大，切削厚度越大，摩擦系数减切削

12、材料的强度、硬度越高，进给量越大，切削厚度越大，摩擦系数减小，变形减小小，变形减小机械与汽车工程学院影响切屑变形的主要因素：影响切屑变形的主要因素：1 1、工件材料：强度、硬度越大，切屑变形越小；、工件材料：强度、硬度越大，切屑变形越小；2 2、刀具前角：前角越大，切削刃越锋利，剪切角越大，切屑变、刀具前角：前角越大，切削刃越锋利，剪切角越大，切屑变形越小；形越小；3 3、切削速度：通过积屑瘤和切削温度使剪切角变化而影响切屑、切削速度：通过积屑瘤和切削温度使剪切角变化而影响切屑变形的波动；变形的波动；使得积屑瘤增大的切削速度范围，随着使得积屑瘤增大的切削速度范围，随着vcvc 实际前角实际前角

13、 变形变形使得积屑瘤减少的切削速度范围，随着使得积屑瘤减少的切削速度范围，随着vcvc 实际前角实际前角 变形变形在无积屑瘤的切削速度范围，随着在无积屑瘤的切削速度范围，随着vcvc 变形变形4 4、切削厚度：切削厚度增加，摩擦系数减少，剪切角增大，变、切削厚度：切削厚度增加，摩擦系数减少，剪切角增大，变形系数减少。在无积屑瘤的情况下，进给量越大，变形越小。形系数减少。在无积屑瘤的情况下，进给量越大，变形越小。机械与汽车工程学院三、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响三、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案十教案十积屑瘤：积屑瘤：在在中低速度中低

14、速度切削切削塑性金属塑性金属, ,并能形成带状切屑的情况并能形成带状切屑的情况下，滞流层金属粘接在前刀面上，形成硬度很高的硬块或楔块。下，滞流层金属粘接在前刀面上，形成硬度很高的硬块或楔块。1 1、特点：、特点：硬度硬度比工件基体比工件基体高高2 23 3倍，故倍，故可替代切削刃参加切削。可替代切削刃参加切削。顶部顶部凹凸不平凹凸不平，使加工表面粗，使加工表面粗糙度增加。糙度增加。反复生长和脱落反复生长和脱落，脱落后被切，脱落后被切屑带走或粘附在已加工表面上。屑带走或粘附在已加工表面上。机械与汽车工程学院2 2、积屑瘤的、积屑瘤的形成条件形成条件：1 1）. . 切削切削塑性材料塑性材料；2

15、2）. . 切削区温度高；切削区温度高；3 3）. . 接触面间的压力、粗糙程接触面间的压力、粗糙程度、粘结强度等因素，符合内度、粘结强度等因素，符合内摩擦条件。摩擦条件。4 4）. . 切削速度在一定范围内切削速度在一定范围内机械与汽车工程学院 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，产生加工硬化滞留粘接长大 由于切屑和前刀面间具有强烈的摩擦，当切屑顺着前刀面由于切屑和前刀面间具有强烈的摩擦，当切屑顺着前刀面流出时，与前刀面接触的切屑底层受到了很大的摩擦阻力，流出时，与前刀面接触的切屑底层受到了很大的摩擦阻力，使此层金属的流速降低。使此层金属的流速降低。 当外摩

16、擦力大于切屑分子结合力时，使切屑底层中的一部当外摩擦力大于切屑分子结合力时，使切屑底层中的一部分金属停滞在刃口附近，形成积屑瘤。分金属停滞在刃口附近，形成积屑瘤。r积屑瘤成因积屑瘤成因r积屑瘤形成过程积屑瘤形成过程机械与汽车工程学院积屑瘤（视频）机械与汽车工程学院3、积屑瘤对切削过程的影响：、积屑瘤对切削过程的影响：机械与汽车工程学院4 4、控制积屑瘤的措施、控制积屑瘤的措施教案十教案十3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型2.2.使用冷却润滑液；使用冷却润滑液；3.3.降低前刀面粗糙度值；降低前刀面粗糙度值；4.4.增大刀具前角。增大刀具前角。5.5.适当提高工件材料硬度；适当

17、提高工件材料硬度；6.6.提高刃磨质量。提高刃磨质量。粗加工粗加工时可利用，使积屑瘤稳定存在；时可利用，使积屑瘤稳定存在；精加工精加工时避免或抑制积屑瘤的产生。时避免或抑制积屑瘤的产生。积屑瘤控制方法：积屑瘤控制方法：减小切屑流走时的阻力和摩擦力，都会减减小切屑流走时的阻力和摩擦力，都会减小积屑瘤的高度或避免积屑瘤的产生。小积屑瘤的高度或避免积屑瘤的产生。1.1.避免采用产生积屑瘤的速度进行切削（低速或高速不易避免采用产生积屑瘤的速度进行切削（低速或高速不易产生积屑瘤）产生积屑瘤）机械与汽车工程学院积屑瘤控制方法：积屑瘤控制方法：改变切削速度改变切削速度最有效最有效；切削中碳钢时低速(vc3m

18、/min)切削时，切削温度很低；较高速(vc60m/min)切削时，切削温度较高，这两种情况的摩擦系数均较小，故不易形成积屑瘤。中速(vc20m/min)时，积屑瘤的高度达到最大值。机械与汽车工程学院切削塑性材料切削塑性材料 带状切屑带状切屑 挤裂切屑挤裂切屑 单元切屑单元切屑 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0vhD 0 v hD0 v hD0vhD切削脆性材料切削脆性材料 产生崩碎切屑，切削过程产生崩碎切

19、屑，切削过程不平稳不平稳, ,表面粗糙度大，表面粗糙度大， 应应0 0v vh hD D3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型 四、切屑的类型及控制四、切屑的类型及控制1 1、切屑的类型、切屑的类型机械与汽车工程学院G各种不同切屑的形成，主要是由于切削过程中金属的各种不同切屑的形成，主要是由于切削过程中金属的变形变形能力能力和和变形程度变形程度不同造成的不同造成的A切屑的各种形态之间是切屑的各种形态之间是可以转化可以转化的的B由于各种不同切屑对切削效率、刀具寿命和加工质量的影由于各种不同切屑对切削效率、刀具寿命和加工质量的影响不同，因此可以用响不同，因此可以用改变切削条件的办法来

20、控制切屑的形改变切削条件的办法来控制切屑的形态，以控制切削过程态，以控制切削过程。3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型机械与汽车工程学院带状切屑带状切屑挤裂切屑挤裂切屑单元切屑单元切屑崩碎切屑崩碎切屑3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型切屑形态照片切屑形态照片切屑类型（视频）切屑类型（视频）教案十教案十机械与汽车工程学院形成条件影响名称名称简图形态变形带状，底面光滑带状，底面光滑，背面呈毛茸状，背面呈毛茸状挤裂挤裂，底面光滑有裂，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状纹，背面呈锯齿状单元切屑单元切屑不规则块状颗粒不规则块状颗粒剪切滑移尚未达剪切滑移尚未达到断裂程度到断裂程

21、度局部剪切应力达到断局部剪切应力达到断裂强度裂强度剪切应力完全达剪切应力完全达到断裂强度到断裂强度未经塑性变形即未经塑性变形即被挤裂被挤裂切削塑性材料，切削塑性材料，速度高，切削厚速度高，切削厚度小度小 前角大前角大加工塑性材料，加工塑性材料，切削速度较低，切削速度较低，进给量较大，进给量较大， 刀具前角较小刀具前角较小工件材料硬度较工件材料硬度较高，韧性较低，高，韧性较低，切削速度较低切削速度较低加工硬脆材料，加工硬脆材料， 刀具前角较小刀具前角较小切削过程平稳，切削过程平稳，表面粗糙度小，表面粗糙度小， 妨碍切削工作，妨碍切削工作，应设法断屑应设法断屑切削过程欠平稳，切削过程欠平稳，表面粗

22、糙度欠佳表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切削力波动较大，切削过程不平稳，切削过程不平稳，表面粗糙度不佳表面粗糙度不佳切削力波动大，有切削力波动大，有冲击，表面粗糙度冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀恶劣，易崩刀带状切屑带状切屑节状切屑节状切屑粒状切屑粒状切屑崩碎切屑崩碎切屑切屑类型及形成条件切屑类型及形成条件机械与汽车工程学院 切屑的形状切屑的形状机械与汽车工程学院3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案十教案十2 2、切屑控制、切屑控制： “不可接受不可接受”的切屑：切削的切屑：切削条件恶劣导致。影响主要有条件恶劣导致。影响主要有拉伤工件的已加工表面；划拉伤工件的已加工表面；划伤机床

23、；造成刀具的早期破伤机床；造成刀具的早期破损；影响操作者的安全。损；影响操作者的安全。 切屑控制切屑控制：在切削加工中采：在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，使形成卷曲、流出与折断，使形成“可接受可接受”的良好屑形（如的良好屑形（如“c”c”形、形、“6”6”形及形及50mm50mm左左右长度的螺旋状切屑）。右长度的螺旋状切屑）。机械与汽车工程学院 切屑经第切屑经第、第、第变形区的剧烈变形后，硬变形区的剧烈变形后，硬度增加，塑性下降，脆性增加。在切屑排出过程度增加，塑性下降，脆性增加。在切屑排出过程中，当碰到障碍时，如某一部位的应变超过了切中，当碰到

24、障碍时，如某一部位的应变超过了切屑材料的断裂应变值，切屑就会折断。屑材料的断裂应变值，切屑就会折断。 工件材料脆性越大、切屑厚度越大、切屑卷工件材料脆性越大、切屑厚度越大、切屑卷曲半径越小，切屑就越容易折断。曲半径越小，切屑就越容易折断。 断屑机理及措施断屑机理及措施机械与汽车工程学院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，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。切屑卷曲半径减小。 断屑槽的主要参数是槽宽和槽高（或断屑槽的主要参数是槽宽和槽高（或槽圆弧半径）。槽圆弧半径）。3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案十教案十机

25、械与汽车工程学院l 断屑槽在前刀面的位置有三种型式：断屑槽在前刀面的位置有三种型式：（a a）平行式；（）平行式；（b b）外斜式；（）外斜式；（c c）内斜式。）内斜式。 其中外斜式最常用，平行式次之。内斜式主要用于其中外斜式最常用，平行式次之。内斜式主要用于 背吃刀量背吃刀量a ap p较小的半精加工和精加工。较小的半精加工和精加工。 3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案十教案十机械与汽车工程学院 改变刀具角度改变刀具角度 增大刀具主偏角增大刀具主偏角，切削厚度变大，有利于断屑。，切削厚度变大，有利于断屑。 减小刀具前角减小刀具前角可使切屑变形加大，切屑易于折断。可使切

26、屑变形加大，切屑易于折断。 刃倾角可以控制切屑的流向刃倾角可以控制切屑的流向，为正值时，切屑常卷曲，为正值时，切屑常卷曲 后碰到后刀面折断形成后碰到后刀面折断形成C C形屑或自然流出形成螺卷屑；形屑或自然流出形成螺卷屑； 为负值时，切屑常卷曲后碰到已加工表面折断成为负值时，切屑常卷曲后碰到已加工表面折断成C C形形 屑或屑或6 6字形屑。字形屑。 3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案十教案十机械与汽车工程学院 调整切削用量调整切削用量 提高进给量提高进给量使切削厚度增大，对断屑有利；但增大使切削厚度增大，对断屑有利；但增大会增大加工表面粗糙度。会增大加工表面粗糙度。 适当地

27、降低切削速度适当地降低切削速度使切削变形增大，也有利于断使切削变形增大，也有利于断屑，但这会降低材料切除效率。屑，但这会降低材料切除效率。3.1 3.1 切削过程与切屑类型切削过程与切屑类型教案十教案十机械与汽车工程学院一、切削力的来源、切削合力及分解、切削功率一、切削力的来源、切削合力及分解、切削功率 切削层金属、切切削层金属、切屑和工件表面金属屑和工件表面金属的弹、塑性的弹、塑性变形所变形所产生的抗力产生的抗力 切屑、工件与刀切屑、工件与刀具间具间摩擦阻力摩擦阻力1 1、切削力的来源、切削力的来源3.2 3.2 切削力切削力教案十教案十切削力：金属切削时，刀具切入工件使被切金属层切削力：金

28、属切削时，刀具切入工件使被切金属层发生变形成为切屑所需要的力称为切削力。发生变形成为切屑所需要的力称为切削力。机械与汽车工程学院2 2、切削合力及分解切削合力及分解1 1）主切削力主切削力F Fz 2 2）切深抗力切深抗力F Fy 3 3）进给力进给力F Fx 22222XYZXYZrFFFFFF3.2 3.2 切削力切削力教案十教案十机械与汽车工程学院2 2p p2 2f f2 2c cF FF FF FF F主切削力主切削力FcFc（主切削力（主切削力FzFz）：）：在主运动方向上的分力，它切于加工在主运动方向上的分力，它切于加工表面表面, ,并与基面垂直。并与基面垂直。FcFc用于计算刀

29、具强度，设计机床零件用于计算刀具强度，设计机床零件, ,确定机床确定机床功率等。功率等。进给力进给力FfFf（进给抗力（进给抗力FxFx）：）：在进给运动方向上的分力，它处于基面在进给运动方向上的分力，它处于基面内与进给方向相反。内与进给方向相反。FfFf用于设计机床进给机构和确定进给功率等。用于设计机床进给机构和确定进给功率等。背向力背向力FpFp（切深抗力（切深抗力FyFy）：）：在垂直于工作平面上分力，它处于基面在垂直于工作平面上分力，它处于基面内并垂直于进给方向。内并垂直于进给方向。FpFp用来计算工艺系统刚度等。它也是使工件在用来计算工艺系统刚度等。它也是使工件在切削过程中产生振动的

30、力。切削过程中产生振动的力。rDfFFsinrDpFFcos车削时，各切削分力的近似比例：车削时，各切削分力的近似比例：)4 . 03 . 0( : )5 . 04 . 0( :1:fpcFFF机械与汽车工程学院3 3、切削功率切削功率F Fz zv vc c1010-3-3（KWKW）主运动消耗的功率主运动消耗的功率 ，占总，占总 切切 削功率的削功率的95%95%左右。左右。1010-3-3（KWKW） 进给运动消耗的功率，占进给运动消耗的功率，占1000 xwF n f总消耗功率的总消耗功率的5%5%左右左右。总消耗功率：总消耗功率：P Pmm=（F Fz zv vc c+ +1000

31、xwF n f）10-3 切深抗力方向没有位移，因此不消耗功率。切深抗力方向没有位移，因此不消耗功率。3.2 3.2 切削力切削力教案十教案十式中式中 机床传动效率，通常机床传动效率，通常= 0.75= 0.750.85 0.85 ()cEPPKW机械与汽车工程学院二、切削力的计算及经验公式1 1、计算切削力的指数公式、计算切削力的指数公式zzFzFzFzFnYXpFzKVfaCFyyFyFyFyFnYXpFyKVfaCFxxFxFxFxFnYXpFxKVfaCFC CFzFz、C CFyFy、C CFxFx与被加工金属材料和切削条件有关的系数；与被加工金属材料和切削条件有关的系数；x xFz

32、Fz、x xFyFy、x xFxFx背吃刀量背吃刀量apap的影响指数；的影响指数；y yFzFz、y yFyFy、y yFxFx进给量进给量f f的影响指数；的影响指数；n nFzFz、n nFyFy、n nFxFx切削速度切削速度v v的影响指数；的影响指数；K KFzFz、K KFyFy、K KFxFx计算条件与实验条件不同时的总修正系数。计算条件与实验条件不同时的总修正系数。 3.2 3.2 切削力切削力教案十教案十切削深度对切削力的影响最大，进给量的影响次之，切削速度的影响最小。机械与汽车工程学院2、用单位切削力计算主切削力zcFAzpFa f p=（N/mm2） F Fz z=pa

33、=pap pfKfKf fp pK Kv vFzFzK KF Fz zF Fy y=pa=pap pfKfKf fp pK Kv vF Fz z（F Fy y/F/Fz z）K KF Fy y F Fx x=pa=pap pfKfKf fp pK Kv vFzFz（F Fx x/F/Fz z）K KF Fx xK Kf fp p进给量对单位切削力的修正系数；进给量对单位切削力的修正系数；K Kv vF Fz z切削速度改变时对主切削力的修正系数；切削速度改变时对主切削力的修正系数；F Fy y/ /F Fz z、F Fx x/ /F Fz z主偏角不同时，主偏角不同时，F Fy y、FxFx与

34、与FzFz的比值；的比值；K KF Fz z、K KF Fy y、K KF Fx x刀具几何参数不同时对切削力的修正系数。刀具几何参数不同时对切削力的修正系数。3.2 3.2 切削力切削力教案十教案十DDzbhF机械与汽车工程学院三、影响切削力的因素背吃刀量背吃刀量a ap p进给量进给量f fA AD D变形抗力变形抗力摩擦力摩擦力切削力切削力1 1）背吃刀量）背吃刀量a ap p 和进给量和进给量f f对切削力的影响对切削力的影响; ;3.2 3.2 切削力切削力教案十教案十切削深度切削深度与切削力近似成正比；与切削力近似成正比；进给量进给量增加，切削力增加，但不成正比；增加，切削力增加，

35、但不成正比； 由此可见，从由此可见，从减小切削力和节省动力消耗减小切削力和节省动力消耗的观点出发，的观点出发，在切除相同余量的条件下，在切除相同余量的条件下，增大增大 f 比增大比增大ap 更为有利。更为有利。机械与汽车工程学院5 19 28 35 55 100 130 切削速度 v（m/min） 981784588主切削力Fc（N）切削速度对切削力的影响2 2）切削速度）切削速度VcVc对切削力的影响复杂对切削力的影响复杂 3.2 3.2 切削力切削力教案十教案十机械与汽车工程学院前角对0切削力的影响前角0切削力F0 - Fc0 Fp0 Ff主偏角r对切削力的影响主偏角r / 切削力/ N3

36、045607590r - Fcr Ffr Fp2 006 001 0 001 4 001 8 002 2 003.2 3.2 切削力切削力教案十教案十 前角前角0 0 增大，切削力减小（左图）；对于脆性材料，影响不显著增大，切削力减小（左图）；对于脆性材料，影响不显著主偏角主偏角r r 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著( (r r F Fp p，F Ff f) )机械与汽车工程学院 与主偏角相似，与主偏角相似，刃倾角刃倾角s s对主切削力影响不大，对吃刀抗力对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著和进给抗力影响显著( (s

37、 sF Fp p，F Ff f) 刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r r对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著力影响显著( ( r r F Fp p，F Ff f) )负倒棱：提高刀具的刃口强度，增加刀具寿命；但使切削变负倒棱：提高刀具的刃口强度，增加刀具寿命；但使切削变形增加，从而切削力增大。形增加，从而切削力增大。机械与汽车工程学院3.2 3.2 切削力切削力教案十教案十强度、硬度高塑性、韧性大加工硬化程度大切削力大 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

38、吃刀抗力Fp的影响 最为显著 ；机械与汽车工程学院 切削过程变形和摩擦所消耗功，绝大部分转变为切削热 主要来源 QA=QD+QFF+QFR cccvFPq式中：QD ：剪切区切削层弹性和塑性变形消耗的能量；QFF ：前刀面摩擦热；QFR：后刀面摩擦产生的热量；3.3 3.3 切削热、切削温度、切削液切削热、切削温度、切削液一、切削热的产生与传导一、切削热的产生与传导机械与汽车工程学院3.3 3.3 切削热、切削温度、切削液切削热、切削温度、切削液 切削热由切屑、工件、刀具及周围的介质（空气，切切削热由切屑、工件、刀具及周围的介质（空气，切削液）向外传导。影响散热的主要因素是：削液）向外传导。影

39、响散热的主要因素是： （1 1）工件材料的导热系数）工件材料的导热系数2 2、切削热传导、切削热传导（2 2）刀具材料的导热系数）刀具材料的导热系数（3 3）周围介质）周围介质机械与汽车工程学院加工方法加工方法切屑切屑工件工件刀具刀具车削车削5080%1040%5%铣削铣削70%50%15%磨削磨削4%80%12%机械与汽车工程学院切削热切削热（视频）机械与汽车工程学院TJ University 切削塑性材料 前刀面靠近刀切削刃一定距离处温度最高。 切削脆性材料 后刀面靠近刀尖处（约0.3mm）温度最高。终剪切滑移面后，切屑流出的垂直方向温度变化较大、越靠近刀面，温度越高。750刀具图 二维切

40、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611C机械与汽车工程学院二、影响切削温度的主要因素1、 切削用量的影响 ZyxcpC vfa 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3-2 切削温度的系数及指数k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

41、、ap 的指数。机械与汽车工程学院切削速度对切削温度的影响最大，进给量的影响次之，切削深度的影响最小。vc、f、ap ap增大一倍，则增大一倍，则Q升高升高3左右。左右。 Vc增大一倍，则增大一倍，则Q升高升高25左右左右； f 增大一倍，增大一倍， 则则Q升高升高10左右；左右； 因此，若要切除给定的余量，又要求切削温度较低，则因此，若要切除给定的余量，又要求切削温度较低，则在选择切削用量时，在选择切削用量时，应优先考虑采用大的背吃刀量，然后选应优先考虑采用大的背吃刀量，然后选择一个适当的进给量，最后再选择合理的切削速度择一个适当的进给量，最后再选择合理的切削速度。 上述切削用量选择原则是从

42、最低切削温度出发考虑的，上述切削用量选择原则是从最低切削温度出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规程时，确定切削用量的原则。这也是制订零件加工工艺规程时，确定切削用量的原则。 机械与汽车工程学院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切削变形小切削变形小切削温度切削温度主偏角主偏角 r r切削刃工作长度切削刃工作长度散热条件好散热条件好切削温度切削温度机械与汽车工程学院3、工件材料的影响 工件材料机械性能切削温度工件材料导热性 切削温度机械与汽车工程学院4、刀具磨损的影响 机械与汽车工程学院5、切削液的影响 机械与汽车工程学院三、切削液三、切削液（1 1）作用机理）作用机

43、理 冷却作用冷却作用 润滑作用润滑作用 清洗作用清洗作用 防锈作用防锈作用（2 2）类型）类型 水溶性和非水溶性切削液水溶性和非水溶性切削液机械与汽车工程学院一、刀具磨损形态及其原因1、刀具磨损形态3.4 3.4 刀具的磨损和刀具耐用度刀具的磨损和刀具耐用度两大类：两大类：正常磨损正常磨损：刀具在设计、刀具在设计、制造与使用合理情况下，制造与使用合理情况下，切削过程中逐渐磨损。切削过程中逐渐磨损。非正常磨损非正常磨损：破损破损( (裂纹、裂纹、崩刃、破碎等崩刃、破碎等) )，卷刃，卷刃( (刀刀刃塑性变形刃塑性变形) )刀具磨损：切削中，刀具在高压高温和强烈的摩擦条件下，切削刃逐渐变钝以至失去

44、正常切削能力。机械与汽车工程学院u刀具的正常磨损形式刀具的正常磨损形式l前刀面磨损前刀面磨损 切塑性材料，切塑性材料，v vC C 和和h hD D较大时，较大时，切屑对前刀面的压力大、摩擦剧切屑对前刀面的压力大、摩擦剧烈，温度高，在前刀面上切削刃烈，温度高，在前刀面上切削刃附近形成附近形成月牙洼磨损月牙洼磨损，随着磨损，随着磨损加剧，月牙洼逐渐加深。磨损程加剧，月牙洼逐渐加深。磨损程度以最大深度度以最大深度KT KT 表示。表示。机械与汽车工程学院3.4 3.4 刀具的磨损和刀具耐用度刀具的磨损和刀具耐用度机械与汽车工程学院切削脆性材料或以较低切削脆性材料或以较低v vC C和较小和较小h

45、hD D切塑性材料时，前刀面上摩擦不切塑性材料时，前刀面上摩擦不大，温度较低，这时的磨损主要发生在后刀面。大，温度较低，这时的磨损主要发生在后刀面。刀尖部分：刀尖部分：散热差，强度低，磨损严重，最大值为散热差，强度低，磨损严重，最大值为VCVC； 中间部位：中间部位：磨损较均匀，平均磨损宽度以磨损较均匀，平均磨损宽度以VBVB表示；表示； 边界处：边界处：切削刃与待加工表面相交处，磨损严重，以切削刃与待加工表面相交处，磨损严重，以VNVN表示。表示。后刀面磨损后刀面磨损机械与汽车工程学院 后刀面磨损后刀面磨损机械与汽车工程学院2、刀具磨损原因刀具磨损是机械的、热的和化学的三种作用的综合结果刀具

46、磨损是机械的、热的和化学的三种作用的综合结果3.4 3.4 刀具的磨损和刀具耐用度刀具的磨损和刀具耐用度 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 刀具材料与工件材料亲和力大 中等偏低切速u相变磨损 切削温度达到或超过刀具的相变温度（高速钢550C600C）粘结磨损加剧 扩散磨损 高温下发生（硬质合金800C） 氧化磨损 高温情况下（700C800C），在切削刃工作边界发生。机械与汽车工程学院在在低、中速低、中速范围内范围内磨粒磨损磨粒磨损和和粘结磨损粘结磨损是刀具是刀具磨损的主要原因，如拉削、铰孔、攻螺纹。在磨损的主要原因，如拉削、铰孔、攻螺纹。在中中等以上等以上切

47、削速度加工时，热效应使切削速度加工时，热效应使高速钢高速钢刀具产刀具产生生相变磨损相变磨损，使，使硬质合金硬质合金刀具产生刀具产生粘结、扩散和粘结、扩散和氧化磨损氧化磨损。机械与汽车工程学院初期磨损初期磨损后刀面磨损量后刀面磨损量VBVB正常磨损正常磨损急剧磨损急剧磨损切削时间切削时间二、刀具磨损过程及磨钝标准1 1、刀具磨损过程、刀具磨损过程3.4 3.4 刀具的磨损和刀具耐用度刀具的磨损和刀具耐用度结论：结论： 应在急剧磨损阶段之前磨刀或换刀，这样既合理使应在急剧磨损阶段之前磨刀或换刀，这样既合理使用刀具，又保证加工质量。用刀具，又保证加工质量。机械与汽车工程学院2 2、磨钝标准、磨钝标准

48、3.4 3.4 刀具的磨损和刀具耐用度刀具的磨损和刀具耐用度最大允许磨损量取后刀面最大允许磨损量取后刀面磨损带中部平均宽度磨损带中部平均宽度 VBVB刀具磨损到一定限度后就不刀具磨损到一定限度后就不能继续使用。这个能继续使用。这个磨损限度磨损限度称为称为磨钝标准磨钝标准。机械与汽车工程学院工件材料工件材料加工性质加工性质磨钝标准磨钝标准VBVB（mmmm）高速钢高速钢硬质合金硬质合金碳钢、合金钢碳钢、合金钢粗车粗车1.5-2.01.5-2.01.0-1.41.0-1.4精车精车1. 01. 00.4-0.60.4-0.6灰铸铁、可断铸铁灰铸铁、可断铸铁粗车粗车2.0-3.02.0-3.00.8

49、-1.00.8-1.0半精车半精车1.5-2.01.5-2.00.6-0.80.6-0.8耐热钢、不锈钢耐热钢、不锈钢粗车、精车粗车、精车1.01.01.01.0考虑因素：考虑因素： 工艺系统刚性；工件材料；加工精度和表面质量；工艺系统刚性；工件材料；加工精度和表面质量；工件尺寸工件尺寸机械与汽车工程学院三、刀具耐用度及其经验公式刀具从切削开始至磨损量达到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。机械与汽车工程学院111TpmnpCTvfa式中CT 为与工件、刀具材料和其他切削条件有关的常数 。机械与汽车工程学院 因此，在保证

50、一定的刀具耐用度的条件下，因此，在保证一定的刀具耐用度的条件下，为提高生产率，应优先考虑采用为提高生产率，应优先考虑采用大的背吃刀量大的背吃刀量，然后选择一个然后选择一个较大的进给量较大的进给量，最后再选择，最后再选择合理合理的切削速度。的切削速度。对刀具耐用度的影响： v 的显著，f 次之，ap 影响最小 。用硬质合金刀具切削碳钢（b= 0.763GP a）时，有：52.250.75TpCTvfa机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院 一、切削用量对切削加工性的影响一、切削用量对切削加工性的影响1 1、对加工质量的影响、对加工质量的影响（1）ap、f增大降低加工精度和增大表面粗糙度（2）vc的

51、影响5 19 28 35 55 100 130 切削速度 v（m/min） 981784588主切削力Fc（N）切削速度对切削力的影响切削速度对切削力的影响机械与汽车工程学院2 2、对、对生产生产效率的影响效率的影响pcQa fv 机床的切削效率可以用单位时间内切除的材料体积Q(mm3/min)表示：切削用量三要素对切削效率影响的权重是完全相同的。3 3、对、对刀具寿命刀具寿命的影响的影响111TpmnpCTvfav v 的影响最显著；的影响最显著；f f 次之；次之；a ap p 影响最小影响最小 。机械与汽车工程学院二、切削用量的选用原则二、切削用量的选用原则（1 1）粗加工阶段切削用量的

52、选用原则）粗加工阶段切削用量的选用原则（2 2）精加工阶段切削用量的选用原则）精加工阶段切削用量的选用原则Pc应尽量保证较高的应尽量保证较高的金属切除率金属切除率和必要的和必要的刀具耐用度刀具耐用度，首先选首先选取尽可能大的取尽可能大的背吃刀量背吃刀量a ap p，其次选取尽可能大的，其次选取尽可能大的进给量进给量f f，最，最后按照刀具耐用度的限制确定合理的后按照刀具耐用度的限制确定合理的切削速度切削速度v vc c。cP应应保证工件的保证工件的加工质量加工质量，选用较高的切削速度，选用较高的切削速度v vc c 、尽可能大、尽可能大的背吃刀量的背吃刀量a ap p和较小的进给量和较小的进给量f f。 合理的切削用量，就是指在保证加工质量的前提下，能获得合理的切削用量，就是指在保证加工质量的前提下，能获得较高生产效率和较低生产成本的切削用量。较高生产效率和较低生产成本的切削用量。机械与