金属切削过程及其物理现象

1、第三节第三节 金属切削过程及其物理现象金属切削过程及其物理现象 1 1、切屑形成过程、切屑形成过程 2 2、切屑的类型及其控制、切屑的类型及其控制3 3、积屑瘤现象、积屑瘤现象1 1、切屑形成过程、切屑形成过程 2 2、切屑的类型及其控制、切屑的类型及其控制 2 2、切屑的类型及其控制、切屑的类型及其控制 3 3、积屑瘤现象、积屑瘤现象 第四节第四节 切削力与切削功率切削力与切削功率一、切削力的来源、切削合力及其分解、一、切削力的来源、切削合力及其分解、切削功率切削功率二、切削力的测量二、切削力的测量三、切削力的经验公式和切削力估算三、切削力的经验公式和切削力估算一、切削力的来源、切削合力一、

2、切削力的来源、切削合力及其分解、切削功率及其分解、切削功率 一、切削力的来源、切削合力一、切削力的来源、切削合力及其分解、切削功率及其分解、切削功率切削力是刀具切入工件使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力。切削力是刀具切入工件使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力。合力合力Fr（国标为（国标为F）Fz（国标为（国标为Fc）-主切削力或切向力，其方向与过渡表面相切并与基面垂直。主切削力或切向力，其方向与过渡表面相切并与基面垂直。Fx（国标为（国标为Ff）-进给力、轴向力，是处于基面内并与工件轴线平行与进给方进给力、轴向力，是处于基面内并与工件轴线平行与进给方向相反的力。向相反的力。Fy（国标为

3、（国标为Fp）-切深抗力或背向力、径向力、吃刀力，是处于基面内并与切深抗力或背向力、径向力、吃刀力，是处于基面内并与工工件轴线垂直的力。件轴线垂直的力。切削功率切削功率PmPm（国标（国标PoPo）为消耗在切削过程中的功率。）为消耗在切削过程中的功率。切削功率为力切削功率为力Fz（国标为（国标为Fc）和）和Fx（国标为（国标为Ff）所消耗的功率之和，）所消耗的功率之和，Fy（国标为（国标为Fp）方向没有位移，不消耗功率。）方向没有位移，不消耗功率。（Pc约占切削功率约占切削功率Pm的的9899%,Pf一般为一般为Pm的的12%）主运动电动机的功率主运动电动机的功率（传动效率（传动效率=0.75

4、0.85）cEPP二、切削力的测量二、切削力的测量目前采用的切削力测量手段主要有：目前采用的切削力测量手段主要有：1 1、测定机床功率，计算切削力、测定机床功率，计算切削力2 2、用测力仪测量切削力、用测力仪测量切削力 三、切削力的经验公式和切削力估算三、切削力的经验公式和切削力估算（1 1）计算切削力的指数公式）计算切削力的指数公式各项系数和指数参看各项系数和指数参看p3435 p3435 表表2-22-2 FxnyxpFxxFynyxpFyyFznyxpFzKvfaCFKvfaCFKvfaCFFxFxFxyFyFFyzFzFzFz三、切削力的经验公式和切削力估算三、切削力的经验公式和切削力

5、估算（2 2）按单位切削力）按单位切削力kckc计算切削力和切削功率计算切削力和切削功率 单位切削功率单位切削功率 （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）QQZ Z单位时间内的金属切除量单位时间内的金属切除量(mm(mm3 3/s)/s)。先通过实验求得先通过实验求得kckc，然后求出，然后求出Ps=kcPs=kc1010-6-6，再求出，再求出 FzFz. .切削力的重要影响因素切削力的重要影响因素：工件材料、切削用量、刀具几工件材料、切削用量、刀具几何参数、刀具材料、刀具磨损状态和切削液等。何参数、刀具材料、刀具磨损状态和切削液等。DDZpzD

6、ZcbhFfaFAFkzcSQPP 第五节第五节 切削热与切削温度切削热与切削温度一、切削热的产生和传导三个发热区对应三个变形区。三个发热区对应三个变形区。切削热的来源是切屑变形功切削热的来源是切屑变形功和前、后面的摩擦功。和前、后面的摩擦功。切削区域的热量被切屑、工件、切削区域的热量被切屑、工件、刀具和周围介质传出。刀具和周围介质传出。 第五节第五节 切削热与切削温度切削热与切削温度二、切削温度的测量二、切削温度的测量大致可分为大致可分为:1)热电偶法（自然热电偶法、人工热电热电偶法（自然热电偶法、人工热电偶法）偶法）2)辐射温度计法以及其他测量方法辐射温度计法以及其他测量方法切削温度的测定

7、方法第五节第五节 切削热与切削温度切削热与切削温度三、影响切削温度的主要因素三、影响切削温度的主要因素(1)(1)切削用量的影响切削用量的影响切削用量切削用量ap、f和和vc增大，切削温度增加，影响程度为：增大，切削温度增加，影响程度为： vc fap(2)(2)工件材料的影响工件材料的影响与工件材料的强度、硬度及导热性有关。与工件材料的强度、硬度及导热性有关。 (3)(3)刀具角度的影响刀具角度的影响前角前角 主偏角主偏角 (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xpyzafvC第五节第五节 切削热与切削温度切削热与切削温度四、切削液四、切削液（1 1）水

8、溶液（加入一定量防锈剂的水）水溶液（加入一定量防锈剂的水）冷却性好，润滑性能差冷却性好，润滑性能差（2 2）乳化液（油）乳化液（油+ +水水+ +乳化剂）乳化剂）冷却、清洗和一定的润滑性冷却、清洗和一定的润滑性（3 3）切削油（矿物油、动、植物油或复合油）切削油（矿物油、动、植物油或复合油）润滑性能好，冷却性差。润滑性能好，冷却性差。第五节第五节 切削热与切削温度切削热与切削温度五、切削温度对工件、刀具和切削过程的影响五、切削温度对工件、刀具和切削过程的影响 1 1、切削温度对工件材料强度和切削力的影响、切削温度对工件材料强度和切削力的影响2 2、切削温度对刀具材料的影响、切削温度对刀具材料的

9、影响3 3、切削温度对工件尺寸精度的影响、切削温度对工件尺寸精度的影响4 4、利用切削温度自动控制切削速度或进给量、利用切削温度自动控制切削速度或进给量5 5、利用切削温度与切削力控制刀具磨损、利用切削温度与切削力控制刀具磨损 第六节第六节 刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命一、刀具磨损的形态及其原因二、刀具磨损过程及磨钝标准三、刀具寿命的经验公式一、刀具磨损的形态及其原因一、刀具磨损的形态及其原因刀具损坏形式:磨损和破损. 破损 （1）脆性破损（崩刃、碎断、剥落、裂纹等） （2）塑性破损一、刀具磨损的形态及其原因一、刀具磨损的形态及其原因磨损形式（1）前面磨损 一、刀具磨损的形态及其原因一

10、、刀具磨损的形态及其原因（2）后面磨损 （图a)(3)边界磨损（图b)二、刀具磨损过程及磨钝标准二、刀具磨损过程及磨钝标准 二、刀具磨损过程及磨钝标准二、刀具磨损过程及磨钝标准o 国际标准国际标准ISOISO统一规定以统一规定以1/21/2背吃刀量处后面上测背吃刀量处后面上测定的磨损带宽度定的磨损带宽度VBVB作为作为刀具磨钝标准。刀具磨钝标准。o 自动化生产中用的精加自动化生产中用的精加工刀具，常以沿工件径工刀具，常以沿工件径向的刀具磨损尺寸作为向的刀具磨损尺寸作为衡量刀具的磨钝标准，衡量刀具的磨钝标准，称为刀具径向磨损量称为刀具径向磨损量NBNB。三、刀具寿命的经验公式三、刀具寿命的经验公

11、式一把新刀（或重新刃磨过的刀具）从开始使用直至达到磨钝标准所一把新刀（或重新刃磨过的刀具）从开始使用直至达到磨钝标准所经历的实际切削时间，称为经历的实际切削时间，称为刀具寿命刀具寿命（有些书中称为耐用度）。（有些书中称为耐用度）。CvTm三、刀具寿命的经验公式三、刀具寿命的经验公式广义泰勒公式广义泰勒公式 o 切削时，增加进给量切削时，增加进给量f f和背吃刀量和背吃刀量apap，刀具，刀具寿命也减小，切削速度寿命也减小，切削速度v v 对刀具寿命影响对刀具寿命影响最大，进给量最大，进给量f f次之，背吃刀量次之，背吃刀量a ap p最小。这最小。这与三者对切削温度的影响顺序完全一致。与三者对

12、切削温度的影响顺序完全一致。o 刀具破损的形式分脆性破损和塑性破损两刀具破损的形式分脆性破损和塑性破损两种。种。ppnmcTafvCT/1/1/1第七节第七节 切削用量的选择及工件材料加工性切削用量的选择及工件材料加工性一、切削用量的选择二、工件材料的切削加工性一、切削用量的选择一、切削用量的选择切削用量对切削加工的影响：切削用量对切削加工的影响：（1 1）对加工质量的影响）对加工质量的影响（2 2）对基本时间的影响）对基本时间的影响pmvfakt一、切削用量的选择一、切削用量的选择切削用量对切削加工的影响：切削用量对切削加工的影响：（3 3）对刀具寿命和辅助时间的影响）对刀具寿命和辅助时间的

13、影响例如用硬质合金车刀车削中碳钢时例如用硬质合金车刀车削中碳钢时 （f0.75mm/rf0.75mm/r）综合切削用量三要素对刀具寿命、生产率和加工质量综合切削用量三要素对刀具寿命、生产率和加工质量的影响，选择切削用量的顺序应为：的影响，选择切削用量的顺序应为：首先选尽可能大的背吃刀量，其次选尽可能大首先选尽可能大的背吃刀量，其次选尽可能大的进给量，最后选尽可能大的切削速度。的进给量，最后选尽可能大的切削速度。75. 025. 25pTafvCT 二、工件材料的切削加工性二、工件材料的切削加工性1 1、工件材料切削加工性的概念、工件材料切削加工性的概念工件材料被切削加工的难易程度，称为材料的切

14、工件材料被切削加工的难易程度，称为材料的切削加工性。削加工性。最常用的指标最常用的指标是一定刀具寿命下的切削速度是一定刀具寿命下的切削速度v vT T和和相对加工性相对加工性KrKr。v vT T的含义是指当刀具寿命为的含义是指当刀具寿命为T T时，切削某种材料时，切削某种材料所允许的最大切削速度。其值越高，表示材料的切所允许的最大切削速度。其值越高，表示材料的切削加工性越好。削加工性越好。通常取通常取T=60minT=60min，则，则v vT T写作写作v v6060。（v v6060）j j切削正火状态切削正火状态4545钢的钢的v vT T凡凡Kr1Kr1的材料，其加工性比的材料，其加

15、工性比4545钢好；钢好；Kr1Kr1者其加工者其加工性比性比4545钢差。钢差。jrvvK)/(6060 二、工件材料的切削加工性二、工件材料的切削加工性2 2、改善工件材料切削加工性的途径、改善工件材料切削加工性的途径（1）调整材料的化学成分）调整材料的化学成分（2）采用热处理改善材料的切削加工性）采用热处理改善材料的切削加工性第八节第八节 高速切削及刀具高速切削及刀具一、高速切削的概念与特点一、高速切削的概念与特点二、高速切削的机理二、高速切削的机理三、高速切削的刀具三、高速切削的刀具一、高速切削的概念与特点一、高速切削的概念与特点1 1、高速切削技术的概念、高速切削技术的概念10000

16、r/min10000r/min以上。以上。2020世纪世纪2020年代末德国的切削物年代末德国的切削物理学家萨洛蒙理学家萨洛蒙(Carl Salomon)(Carl Salomon)博博士进行了超高速模拟实验，并士进行了超高速模拟实验，并于于19311931年年4 4月首次提出了高速加月首次提出了高速加工（工（High Speed CuttingHigh Speed Cutting）的概）的概念，并获得了专利。他推论：念，并获得了专利。他推论：在切削速度达到一个临界值时，在切削速度达到一个临界值时，切削温度达到最大值，在这个切削温度达到最大值，在这个临界值之后的一个范围内，切临界值之后的一个范

17、围内，切削速度增加，则切削温度下降，削速度增加，则切削温度下降， 一、高速切削的概念与特点一、高速切削的概念与特点2 2、高速切削的特点、高速切削的特点（1 1）能获得很高的加工效率）能获得很高的加工效率（2 2）能获得较高的加工精度）能获得较高的加工精度（3 3）能获得较高的加工表面质量）能获得较高的加工表面质量（4 4）加工能耗低、节省制造资源）加工能耗低、节省制造资源 二、高速切削的机理二、高速切削的机理1 1、切削力、切削力高速切削时高速切削时随着切削速随着切削速度增加，切度增加，切削温度降低，削温度降低，摩擦因数减摩擦因数减少，剪切角少，剪切角增大，切削增大，切削力降低。力降低。二、

18、高速切削的机理二、高速切削的机理2 2、切削热、切削热三、高速切削的刀具三、高速切削的刀具1 1、刀具材料、刀具材料三、高速切削的刀具三、高速切削的刀具2 2、刀柄结构、刀柄结构三、高速切削的刀具三、高速切削的刀具2 2、刀柄结构、刀柄结构三、高速切削的刀具三、高速切削的刀具2 2、刀柄结构、刀柄结构本章重点小结n金属切削过程的四大规律金属切削过程的四大规律u切削变形规律切削变形规律u切削力变化规律切削力变化规律u切削热与切削温度变化规律切削热与切削温度变化规律u刀具磨损与耐用度变化规律刀具磨损与耐用度变化规律 本章重点小结n金属切削过程的四大规律金属切削过程的四大规律u切削变形规律切削变形规律u切削力变化规律切削力变化规律u切削热与切削温度变化规律切削热与切削温度变化规律u刀具磨损与耐用度变化规律刀具磨损与耐用度变