第3章 切削与磨削原理

第3章切削原理本章要点切屑的形成过程切削力及其影响因素切削热与切削温度积屑瘤刀具磨损与刀具寿命切削用量的选择磨削原理高速加工技术1第3章切削与磨削原理CuttingandGrindingTheory机械制造技术基础

3.1

切削过程ProcessofCutting23.1.1切屑的形成过程

切削过程就是刀具从工件表面上切除多余的材料，从切屑形成开始到已加工表面形成为止的完整过程。实验表明：切屑是在切削过程中工件材料受到刀具前刀面的推挤后发生塑性变形，最后沿某一斜面剪切滑移形成的。3直角切削：λs＝0的切削，主切削刃与切削速度方向垂直斜角切削：λs≠0的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直●正切削与斜切削

切削刃垂直于合成切削速度方向的切削方式称为正切削或直角切削。如果切削刃不垂直于切削速度方向则称为斜切削或斜角切削3.1.1切屑的形成过程

●自由切削与非自由切削

只有直线形主切削刃参加切削工作，而副切削刃不参加切削工作，称为自由切削。曲线主切削刃或主、副切削刃都参加切削者，称为非自由切削。4c)不自由切削图3-1直角、斜角自由切削与不自由切削直角自由切削斜角自由切削3.1.1切屑的形成过程

5切屑的形成与切离过程，是切削层受到刀具前刀面的挤压而产生以滑移为主的塑性变形过程。正挤压：金属材料受挤压时，最大剪应力方向与作用力方向约成45°偏挤压：金属材料一部分受挤压时，OB线以下金属由于母体阻碍，不能沿AB线滑移，而只能沿OM线滑移FABOM45°a）正挤压FABOM45°b）偏挤压图3-3金属挤压与切削比较挤压与切削3.1.1切屑的形成过程

63.1.1切屑的形成过程

图3－2切削：与偏挤压情况类似。弹性变形→剪切应力增大，达到屈服点→产生塑性变形，沿OM线滑移→剪切应力与滑移量继续增大，达到断裂强度→切屑与母体脱离。OMFc）切削切屑形成7图3-4切屑根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：τ=τsΦ剪切角金属切削变形过程3.1.1切屑的形成过程

金属滑移real89

第Ⅰ变形区：即剪切变形区，金属剪切滑移，成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。图3-6切削部位三个变形区ⅠⅢⅡ

第Ⅲ变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。三个变形区分析

第Ⅱ变形区：靠近前刀面处,切屑排出时受前刀面挤压与摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。3.1.1切屑的形成过程

10切削变形实验设备与录像装置3.1.1切屑的形成过程

11ΔyΔsOMφγ0图3-7相对滑移系数（3-1）相对滑移系数3.1.2切屑变形程度的表示方法剪切角越小，前角越小，剪切变形量越大。12切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本不变。可用其表示切削层变的变形程度。LchhDhch3.1.2切屑变形程度的表示方法

LD图3-8切屑与切削层尺寸◆厚度变形系数◆长度变形系数变形系数133.1.2切屑变形程度的表示方法当γ0=0～30°，Λh

≥1.5时，Λh与ε相近

ε主要反映第Ⅰ变形区的变形，Λh还包含了第Ⅱ变形区的影响。经几何计算，可得Λh与剪切角φ及剪切应变ε的关系：变形系数(3－4)经变换：(3－5)变形系数Λh越大，剪切角φ越小。14

粘结区：高温高压使切屑底层软化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形成长度为lfi的粘接区。切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。3.1.3前刀面上刀－屑的摩擦与积屑瘤

图3-9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沾接，切屑与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。

滑动区：切屑在脱离前刀面之前，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摩擦。滑动粘结特点两个摩擦区15◆

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◆

增大前角，保护刀刃◆

影响加工精度和表面粗糙度滞留—粘接—长大积屑瘤成因积屑瘤形成过程积屑瘤影响切屑刀具图3-10积屑瘤积屑瘤积屑瘤切削现象积屑瘤3.1.3前刀面上刀－屑的摩擦与积屑瘤16加工材料材料强度越高，塑性越小，则变形系数越小，切削变形减小。切削用量（1）切削速度

切削速度是通过积屑瘤的生长消失过程影响切削变形大小的。在积屑瘤增长的速度范围内,因积屑瘤导致实际工作前角增加、剪切角φ增大、变形系数减小。在积屑瘤消失的速度范围内，实际工作前角不断减小、变形系数ξ不断上升至最大值，此时积屑瘤完全消失。在无积屑瘤的切削速度范围，切削速度愈高，变形系数愈小。切削铸铁等脆性金属时,一般不产生积屑瘤。随着切削速度增大，变形系数逐渐地减小。图图3.1.4影响切削变形的因素

17（2）进给量

当进给量f增大时，切削层厚度hD增大，切屑的平均变形减小，变形系数ξ减小刀具几何参数（1）前角γ0前角增大，剪切角φ增大，而剪切角越大，则变形系数ξ减小。(2)刀尖圆弧半径rε刀尖圆弧半径越大，变形系数ξ越大，切削变形越大。图图图3.1.4影响切削变形的因素

18工件材料强度对变形系数的影响19切削速度对变形系数的影响20切削厚度与变形系数的关系21前角对变形系数的影响22刀尖圆弧半径对变形系数的影响23形成条件影响名称简图形态变形带状,底面光滑，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状粒状不规则块状颗粒剪切滑移尚未达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小，刀具前角较大加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大，刀具前角较小工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆材料，刀具前角较小切削过程平稳，表面粗糙度小，妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切削过程不平稳，表面粗糙度不佳切削力波动大，有冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀带状切屑节状(挤裂)切屑粒状(单元)切屑崩碎切屑切屑类型及形成条件3.1.5切屑类型与切屑控制

real24切屑类型带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑切屑形态照片3.1.5切屑类型与切屑控制

realrealrealreal253.1.5切屑类型与切屑控制

切屑控制为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量，应使切屑卷曲和折断。切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加变形的结果。断屑是对已变形的切屑再附加一次变形（常需有断屑装置）。

图3－17切屑的卷曲图3－18切屑的折断26切屑控制图1切屑的卷曲图2断屑的产生3.1.5切屑类型与切屑控制

27

3.1.6硬脆非金属材料切屑形成机理G＞GC

（3-7）式中G——裂纹扩展单位长度时释放的能量（应变能释放率）；

GC

——裂纹扩展单位长度时所需的能量（裂纹扩展阻力）。K1＞K1C

（3-8）式中K1——应力强度因子；

K1C

——K1临界值。脆性断裂条件对于Ⅰ型（张开型）裂纹，在平面应变条件下，脆性断裂条件为：283.1.6硬脆非金属材料切屑形成机理陶瓷材料切屑形成机理及切屑形态大规模挤裂：使用金刚石刀具切削陶瓷时，陶瓷在刀刃挤压作用下，在刀刃附近产生裂纹。裂纹扩展超过切削深度，形成圈套的薄片状切屑，并在切削表面上留下凹痕的情况。小规模挤裂：若在发生大规模挤裂的状态下继续切削，实际切除的只是崩碎后的残留部分。图3-19陶瓷材料的去除过程与切屑形态a)大规模挤裂b)小规模挤裂flash29

3.1.6硬脆非金属材料切屑形成机理脆性材料切削过程◆大规模挤裂与小规模挤裂交替进行（图3-13）a）b）c）d）e）图3-20硬脆材料切削过程a）大规模挤裂（大块破碎切除）b）空切c）小规模挤裂（小块破碎切除）d）小规模挤裂（次小块破碎切除）e）重复大规模挤裂（大块破碎切除）flash30第3章切削原理CuttingandGrindingTheory机械制造技术基础

3.2

切削力CuttingForce313.2.1切削力的产生和分解

★3个变形区产生的弹、塑性变形抗力★

切屑、工件与刀具间摩擦力切削力来源323.2.1切削力的产生和分解切削力分解κrFcFFpFf·pFfFf·pFf·pfv图3-21切削力的分解F切削合力Fc主切削力Fp吃刀抗力Ff进给抗力33Fc—切削力，与切削速度方向一致。用于计算刀具强度，设计机床零件，确定机床功率等。

Ff—进给力，与进给方向相同。消耗机床的功率较少，用于计算进给功率和设计机床进给机构等。

Fp—背向力，与进给方向垂直。用于计算与加工精度有关的工件挠度和刀具、机床零件的强度等。也是使工件在切削过程中产生振动的主要作用力。D3.2.1切削力的产生和分解Fp＝FDcosκrFf＝FDsinκr

343.2.2切削力与切削功率的计算

式中CFc,CFp,CFf

——与工件、刀具材料有关系数；

xFc,xFp,xFf

——切削深度ap对切削力影响指数；

yFc,yFp,yFf

——进给量f对切削力影响指数；

KFc,KFp,KFf

——考虑切削速度、刀具几何参数、刀具磨损等因素影响的修正系数。指数形式的切削力经验公式35单位切削力

切除单位切削层面积的主切削力（令修正系数KFc

=1）式中

Fc

——主切削力（N）；

v

——主运动速度（m/s）。切削功率∴Fc=

kcAcKFcKFc为切削条件修正系数3.2.2切削力与切削功率的计算36机床电机功率式中ηm

——机床传动效率，通常ηm=0.75～0.85工作功率3.2.2切削力与切削功率的计算式中

Fc、Ff——切削力和进给力（N）；

vc

——运动速度（m/s）；

nw

——

工件转速（r/s）；

f——进给量（mm）；373.2.3影响切削力因素

工件材料◆切削深度与切削力近似成正比；◆进给量增加，切削力增加，但不成正比；◆切削速度对切削力影响复杂（图3-16）

强度高加工硬化倾向大切削力大519283555100130

切削速度

v（m/min）

981784588主切削力Fc（N）图3-22切削速度对切削力的影响切削用量384.2.3影响切削力因素

◆

前角γ0

增大，切削力减小（左图）◆

主偏角κr

对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（κr

↑——Fp↓，Ff↑，右图）前角对γ0切削力的影响前角γ0切削力Fγ0-Fcγ0–Fpγ0–Ff主偏角κr对切削力的影响主偏角κr/°切削力/N3045607590κr

-Fcκr

–Ffκr

–Fp2006001000140018002200刀具几何角度影响394.2.3影响切削力因素

刀具几何角度影响◆与主偏角相似，刃倾角λs对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（λs

↑——Fp↓，Ff↑）◆

刀尖圆弧半径rε

对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（rε

↑——Fp↑，Ff↓）；其他因素影响◆

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，对吃刀抗力Fp的影响最为显著；40机械制造技术基础

3.3

切削热与切削温度CuttingHeatandCuttingTemperature第3章切削与磨削原理CuttingandGrindingTheory413.3.1切削热的产生和传出

★切削过程变形和摩擦所消耗功，绝大部分转变为切削热切削热来源（3-18）用硬质合金车刀车削σb＝0.637GPa的结构钢（3-19）※结论：背吃刀量ap增加一倍，q也增加一倍；切削速度vc对q的影响次之；进给量f的影响最小。423.3.1切削热的产生和传出工件切屑刀具图3-23切削热的产生与传导切削热由切屑、工件、刀具和周围介质（切削液、空气)等传散出去切削热传出★主要来源QA=QD+QFF+QFR（3-12）式中，QD

,QFF,QFR分别为切削层变形、前刀面摩擦、后刀面摩擦产生的热量切削热来源切削温度θ是指前刀面与切屑接触区内平均温度，是由切削热的产生与传出的平衡条件所的。433.3.2切削温度的分布

★剪切区内，沿剪切面方向上各点温度几乎相同，而在垂直于剪切面方向上的温度梯度很大。★

前刀面与后刀面上的最高温度点都不在切削刃上，而是在离切削刃有一定距离的地方。★在靠近前刀面的切屑底层上，温度梯度很大，离前刀面0.1～0.2mm,温度就可能下降一半。★刀面的接触长度较小，因此工件加工表面上温度的升降在极短的时间完成的。切削温度分布图3-24443.3.3影响切削温度的因素

切削用量的影响

式中θ——用自然热电偶法测出的前刀面接触区的平均温度(C)；

Cθ——与工件、刀具材料和其它切削参数有关的切削温度系数；

Zθ、Yθ、Xθ——vc、f、ap

的指数。经验公式（3-20）刀具材料加工方法ＣθＺθＹθＸθ高速钢车削140～1700.35～0.450.2～0.30.08～0.10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3-1切削温度的系数及指数在切削用量三要素中，切削速度vc对切削温度θ的影响最大，进给量f次之，背吃刀量ap对切削温度θ的影响很小。45后刀面磨损增大，切削温度升高;磨损量达一定值影响加剧;vc越高刀磨损对θ影响越显著浇切削液对↓切削温度↓刀具磨损↑加工质量有明显效果。热导率、比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越显著。切削液本身温度越低，其冷却效果越好。3.3.3切削温度的测量

刀具磨损的影响冷却液的影响463.3.3影响切削温度的因素刀具几何参数的影响前角o↑→变形程度↓→F↓q↓→切削温度↓主偏角r↓→切削宽度bD↑,散热面积↑→切削温度↓负倒棱及刀尖圆弧半径对切削温度影响很小bγ1、rε↑，切屑变形程度↑→q↑同时散热条件改善，两者趋于平衡对θ影响很小bDhD473.3.3影响切削温度的因素

工件材料的影响工件材料机械性能(强度、硬度、塑性和韧性)↑→切削温度↑工件材料导热性↑→切削温度↓vc（m/min）图3-25切削速度、工件材料对切削温度的影响1—GH1312—1Cr18Ni9Ti3—45钢(正火)4—HT200刀具材料：YT15；YG8刀具几何参数：o=15，o=6~8，r=75，1=-10，s=0，b=0.1mm，r=0.2mm切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/rθ（℃）10305070901101304006008001000124348机械制造技术基础

3.4

刀具磨损、破损与刀具寿命CutterWear、breakageandIt’sLife第3章切削与磨削原理CuttingandGrindingTheory493.4.1刀具的磨损形式磨损(正常工作时逐渐产生的损耗)破损(裂纹、崩刃、破碎等),卷刃(刀刃塑性变形)[突发的破坏，随机的]图3－26刀具的磨损形态前刀面磨损形式：月牙洼形成条件：加工塑性材料，vc大，hD大影响：削弱刀刃强度，降低加工质量测量：以最大深度KT表示图3－27刀具磨损的测量刀具失效形式：503.4.1刀具的磨损形式

形式：后角=0的磨损面（参数——VB，VBmax）形成条件：加工塑性材料,vc较小,hD

较小；加工脆性材料影响：切削力↑,切削温度↑,产生振动，降低加工质量测量：后刀面磨损带不均匀,刀尖(C区)部分磨损严重，最大值为VC；中间部位(B区)磨损较均匀，平均磨损宽度以VB表示；边界处(N区)磨损严重，以VN表示。后刀面磨损图3－27刀具磨损的测量边界磨损N区磨损称为边界磨损。主要是由于工件在边界处的加工硬化层、硬质点和刀具在边界处的较大应力梯度和温度梯度所造成的。51◆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（冷焊）——刀具材料与工件材料亲和力大——刀具材料与工件材料硬度比小——中等偏低切速粘结磨损加剧◆

扩散磨损——高温下发生◆

氧化磨损——高温情况下，在切削刃工作边界发生刀具磨损原因3.4.2刀具磨损的原因52图3-28刀具磨损过程初期磨损后刀面磨损量VB正常磨损急剧磨损切削时间刀具磨损过程3个阶段（图3-28）3.4.3刀具的磨损过程及磨钝标准初期磨损阶段磨损速度较快，与刀具刃磨质量有关。正常磨损阶段VB与切削时间近似正比，斜率表示磨损强度。急剧磨损阶段常取后刀面最大允许磨损量VB磨钝标准切削力、温度急升，刀具磨损加剧，之前换刀。刀具磨损到一定程度后就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。533.4.4刀具使用寿命及其与切削用量的关系

◆刀具从切削开始至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。刀具使用寿命（耐用度）概念刀具使用寿命与切削用量的关系当工件材料、刀具材料和刀具的几何形状确定后，切削速度对刀具使用寿命的影响最大。泰勒公式3－21式中：T—刀具使用寿命(min)；

m—指数，表示vc对T的影响程度；

C0—系数，与刀具、工件材料和切削条件有关。543.5.2刀具寿命

图3-29不同刀具材料的耐用度比较硬质合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速钢刀具耐用度T（min）1235681020304060800600500400300200100806050切削速度v（m/min）不同刀具材料寿命（耐用度）比较斜率表示刀具材料的耐热性。斜率越小，刀具材料的耐热性越低。553.4.4刀具使用寿命及其与切削用量的关系式中CT、m、n、p为与工件、刀具材料等有关的常数。（3-26）可见v的影响最显著；f次之；ap

影响最小。用硬质合金刀具切削碳钢（σb=0.763GPa）时，有：刀具寿命（耐用度）经验公式令：则有：（3-24）（3-25）563.4.5刀具的破损刀具破损的主要形式及原因工具钢和高速钢刀具的破损形式烧刃：烧刃又称“相变磨损”。当速度过高时，切削温度超过了一定的限度(碳素工具钢＞250℃，合金工具钢＞350℃，高速钢＞600℃)，刀具材料的金相组织将会发生变化，由马氏体转变为硬度较低的托氏体、索氏体或硬度更低的奥氏体，从而丧失切削能力。卷刃：工具钢和高速钢刀具若热处理不当，没有达到应有的硬度，或虽然达到了规定的硬度，但用来切削高硬材料或切削过程中遇到了硬皮或硬质点，则刀刃处可能发生塑性变形或“卷刃”，不能再继续工作。折断：钻头、丝锥、拉刀、立铣刀等，如设计、使用不当或负荷过重，则可能发生折断。57硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具的破损形式崩刃微崩：刀刃出现微小崩落、缺口或剥落。当刀具前角偏大，刃磨质量欠佳，或工件材料组织、硬度、余量不均，或进行断续切削时，或工艺系统刚度不足产生振动等原因，可能发生微崩，使刀具丧失一部分切削能力。崩碎：刀具发生微崩后，继续切削时，会导致更大的破损，以至整个刀刃发生严重崩碎或“掉尖”，使切削工作无法进行。工作条件更恶劣，可不经微崩就发生崩碎或“掉尖”。折断：切削用量过大，有严重冲击载荷，或操作不当，或刀片、刀体材料有严重缺陷(有裂纹、残余应力等)时，可能使刀具产生折断。3.4.5刀具的破损刀具破损的主要形式及原因flashflash58剥落：若在刀具表层组织存在缺陷或有潜在裂纹，或由于焊接、刃磨不当而产生较大的残余应力，则在切削过程中刀具易产生“表面剥落”，剥落物呈片状，有较大面积。热裂：刀片承受交变载荷或热负荷时，由于切削部分表面反复热胀冷缩，产生交变热应力，严重时会导致刀片疲劳开裂，即热裂。3.4.5刀具的破损刀具破损寿命的分布规律刀具破损寿命是指刀具从开始使用，到发生破损不能继续正常切削为止，刀具承受的冲击次数，用N表示。是衡量刀具承受冲击载荷能力的一个指标。式中：β－形状参数；

γ－位置参数；

α－尺度系数。593.4.5刀具的破损刀具破损的防止措施根据被加工工件的材料特点，合理选择刀具材料的种类和牌号。在断续切削或受冲击载荷时，所选刀具应具有较好的韧性。倒塌确定刀具几何参数，保证切削刃和刀尖具有一定的强度。合理选择切削用量，避免超负荷。保证刀具焊接和刃磨质量，重要工序使用的刀具应检查有无裂纹。尽量减小切削加工中的冲击和振动。60规定刀具切削时间，离线检测常规方法3.4.6刀具磨损、破损的检测与监控

通过切削力（切削功率）变化幅值，判断刀具的磨损程度；当切削力突然增大或突然下降很大幅值时，则表明刀具发生了破损通过实验确定刀具磨损与破损的“阈值”切削力与切削功率检测方法切削加工时，切屑剥离，工件塑性变形，刀具与工件之间摩擦以及刀具破损等，都会产生声发射。正常切削时，声发射信号小而连续，刀具严重磨损后声发射信号会增大，而当刀具破损时声发射信号会突然增大许多，达到正常切削时的几倍声发射检测方法613.4.6刀具磨损、破损的检测与监控

钻头破损检测器图3-30声发射钻头破损检测装置系统图交换机床控制器工件折断工作台声发射传感器破损信号flashflash62机械制造技术基础

3.5

金属切削条件的合理选择Metal-cuttingconditionsforareasonablechoice

第3章切削与磨削原理CuttingandGrindingTheory633.5.1工件材料的切削加工性工件材料切削加工性的含义工件材料的切削加工性是指材料在一定条件下被切削加工成合格零件的难易程度。这种难易程度是一个相对的概念。相对于某种工件材料而言，而且随着加工性质、加工方式和具体加工条件不同而不同。对于同一种工件材料，当评定其切削加工性的指标不同时，也可能得出不同的结论。材料切削加工性的不同表示方法以刀具使用寿命来衡量以切削力和切削温度来衡量以加工表面质量来衡量以断屑性能来衡量643.5.1工件材料的切削加工性影响工件材料切削加工性的因素◆

材料的物理力学性能的影响100碳钢硬度与可切削性的关系0100200300400500255075可切削性布氏硬度（HB）材料的物理力学性能主要指材料的硬度、强度、塑性与韧性和热导率等。工件材料硬度和强度越高，切削力越大,切削温度越高，刀具磨损越快,切削加工性就越差。工件材料高温硬度越高，加工性越差。这是因为切削温度对切削过程的有利影响（软化）对高温硬度高的材料不起作用。材料塑性越大，材料的切削加工性越差。但材料塑性太小时，切屑与前刀面的接触变短，切削力、切削热集中在切削刃附近，使刀具磨损严重，切削性也差。65影响工件材料切削加工性的因素3.5.1工件材料的切削加工性材料韧性高，切削力和切削温度也高，且断屑困难，切削加工性差。工件材料导热系数低，切削温度高，刀具易磨损，切削加工性差。金属材料导热系数大小顺序：纯金属、有色金属、碳结构钢、铸铁、低合金结构钢、合金结构钢、工具钢、耐热钢、不锈钢。◆

材料化学成分的影响材料的化学成分主要是通过其对材料物理力学性能的影响而影响切削性能。图3-31各元素对结构钢切削加工性的影响663.5.1工件材料的切削加工性钢铁材料中不同的金相组织，具有不同的力学性能，因此工件材料的金相组织及其含量不同，其切削加工性也不同。影响工件材料切削加工性的因素◆

材料金相组织的影响1－10%的珠光体；2－30%的珠光体；3－50%的珠光体；4－100%的珠光体；5－回火马氏体(300HBS)；6－回火马氏体(400HBS)图3-32钢的各种金相组织的T-vc关系673.5.1工件材料的切削加工性改善工件材料切削加工性的途径调整材料的化学成分

在不影响材料使用性能的前提下，可在钢中适当添加一种或几种可明显改进材料切削加工性的合金元素。如S、Pb、Ca、P等,获得易切钢。热处理改变金相组织预先热处理：低碳钢经正火处理或冷拔处理，使塑性减少，硬度略有提高改善切削加工性。高碳钢经球化退火使硬度降低，有利于切削加工。683.5.2刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的选择包括：一是刀具角度参数的选择；二是刀具刃型尺寸参数的选择。前角的选择

前角的作用γo刀刃锋利切屑变形切削力和切削功率↑↑刀刃和刀尖强度↓→散热体积↓→刀具寿命↓断屑困难振动↓质量↑在一定的条件下，存在一个合理值693.5.2刀具几何参数的合理选择前角的选择高速钢的合理前角比Y合金的大。对于不同的刀具材料和工件材料，T随γ0

的变化趋势为驼峰形。图3-33图3-34加工塑材的合理前角比脆材的大。703.5.2刀具几何参数的合理选择前角的选择在刀具材料的抗弯强度和韧性较低，或工件材料的强度、硬度较高，或切削用量较大的粗加工，或在断续切削中刀具承受冲击载荷等条件下，为确保刀具强度，宜选用较小的前角，甚至可采用负前角。加工塑性工件材料，或工艺系统刚度差而易引起切削振动，或机床功率不足时，宜选用较大的前角，以切削力。对于成形刀具和刃形受前角影响的其他刀具，以及某些自动化加工中不宜频繁更换的刀具，为保证其工作稳定性和刀具使用寿命，前角应取较小值，或0°前角。选择合理刀具前角的原则：71(a)平面型(b)曲面型(c)带倒棱型前角的选择3.5.2刀具几何参数的合理选择前面的刃型：723.5.2刀具几何参数的合理选择后角的选择后角的作用

α0↑→↑锋利、↓摩擦→F↓→

质量↑

VB一定,磨损体积↑→寿命↓↑↑刀头强度↓散热体积↓刀具磨损↑

在一定的条件下，存在一个合理值图3-35后角大小对刀具磨损体积的影响733.5.2刀具几何参数的合理选择后角的选择选择合理刀具后角的原则：当需要提高刀具强度时，应适当减少后角。若刀具前角采用了较大负前角时，不宜减少后角，以保证切削刃具有良好的切入条件。当需要俦考虑加工尺寸要求时，宜减少后角，以减小NB值。如俦考虑加工表面质量(表面残余应力、表面粗糙度等)要求时，则宜加大后角，以减轻刀具与工件之间的摩擦。743.5.2刀具几何参数的合理选择主偏角的选择κr↓→刀具使用寿命↑刀尖强度↑→表面加工质量↑Fp↑→变形↑摩擦↑振动↑→刀具寿命↓表面加工质量↓

主偏角的作用：在一定的条件下，存在一个合理值合理主偏角的选择原则主要看工艺系统刚性。系统刚性好，不易产生变形和振动，则κr可取较小值；若系统刚性差(切削细长轴)，则κr宜取较大值（90°)。753.5.2刀具几何参数的合理选择副偏角的选择副偏角↓→

Ra↓刀尖强度↑散热体积↑

↓↓副刃工作长度↑→

摩擦↑Fp↑振动↑→Ra↑T↓

副偏角的作用：最终形成已加工表面

在一定条件下，存在一合理值。在加工系统刚度允许的条件下，副偏角通常取较小值，一般Kr′=5°～10°，最大不超过15°。精加工时，Kr′应更小，必要时可磨出Kr′＝0°的修光刃。主偏角Kr和副偏角Kr′。合理副偏角的选择原则763.5.2刀具几何参数的合理选择刃倾角的选择①影响刀刃锋利性。当λs≤45°时,λs↑→γoe↑,εr↓→锋利性↑②影响刀头强度和散热条件。负刃倾角→刀头强度↑散热体积↑→刀具使用寿命↑③影响切削力的大小和方向。负刃倾角→Fp↑→变形↑振动↑→加工表面质量↓

④影响切屑流出方向。负λs切屑流向已加工表面，易划伤已加工表面。正λs切屑流向待加工表面。精加工，常取正刃倾角。刃倾角的作用773.5.2刀具几何参数的合理选择图3-36图3-37783.5.3刀具使用寿命的选择最大生产效率刀具使用寿命：生产效率为最大刀具使用寿命和相应的切削速度。最大生产效率使用刀具寿命Tp和经济刀具使用寿命Tc：式中：m－泰勒指数；tct－换刀一次所消耗的时间；Ct－磨刀费用(包括刀具成本及折旧费)；M－工时费(包括操作工人的工资，开机费及均摊到机床上的管理费和其他杂费)。793.5.3刀具使用寿命的选择★刀具使用寿命制订的原则：根据刀具的复杂程度、制造和磨刀成本的高低来选择。多刀机床上的车刀、组合机床上的钻头、丝锥、铣刀以及数控机床上的刀具，刀具使用寿命应选得高些。精加工大型工件时，为避免切削同一表面时中途换刀，刀具使用寿命应规定至少能完成一次走刀。图3-38刀具使用寿命对生产效率和加工成本的影响生产效率P加工成本C803.5.4切削用量的选择及优化常规切削用量的选择切削用量的选择原则在机床、刀具和工件材料等条件一定的情况下，切削用量的选择具有灵活性和能动性。切削用量优化是在一定约束条件下，通过一定算法，选择实现预定目标的最佳切削用量值。在保证加工质量,降低成本和提高产生效率的前提下,使ap、f、vc的乘积最大。当ap、f、vc的乘积最大时,工序的切削时间最短。提高切削用量要受到工艺装备(机床、刀具)与技术要求(加工精度和表面质量)的限制。81粗加工中选择切削用量时，应首先选择尽可能大的背吃刀量ap，其次在工艺条件允许下选择较大的进给量f

，最后根据合理的刀具使用寿命，用计算法或查表法确定切削速度vc

。这样使vc、f、ap

的乘积最大，以获得最大的生产效率。3.5.4切削用量的选择及优化粗加工切削用量的选择原则粗加工时，一般先按照刀具使用寿命的限制确定切削用量，之后再验算系统刚度、机床与刀具强度等是否允许。精加工切削用量的选择原则精加工时主要按表面粗糙度和加工精度要求确定切削用量。在保证加工工件质量和刀具耐用度的前提下，采用较小的背吃刀量和进给量，尽可能采用大的切削速度。823.5.4切削用量的选择及优化

1.确定背吃刀量ap尽可能一次切除全部余量，余量过大时可分2次走刀，第一次走刀的切削深度取单边余量的2/3～3/4。2.确定进给量

f◆

粗切时根据工艺系统强度和刚度条件确定(计算或查表)◆

精切时根据加工表面粗糙度要求确定(计算或查表)常规切削用量的选择833.5.4切削用量的选择及优化精加工时，应尽量避开积屑瘤易产生的速度范围。粗加工时，需对机床功率进行校验。断续切削时，宜适当降低切削速度，以减少冲击和热应力。加工大型、细长、薄壁工件时，应选较低的切削速度；端面车削应比外圆车削速度高些，以获得较高的平均切削速度，提高生产率。在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度。3.确定切削速度

vc常规切削用量的选择84优化问题的数学模型三要素设计变量、目标函数、约束条件。◆设计变量：切削过程可以控制的输入变量，即切削用量。ap通常已由工艺过程确定，故一般取v和f为设计变量。◆目标函数：指优化目标与设计变量之间的函数关系式。2）以最大生产率为优化目标——使工序时间为最短切削用量优化模型3.5.4切削用量的选择及优化1）以最小生产成本为优化目标——使工序成本为最小3）以最大利润为优化目标——使单位成本金属去除率最大85最低工序成本为优化目标的目标函数设单件工序成本为C，则有：式中：M－工时费(元/min)；tm－机动工时(min)；tct－一次换刀所消耗的时间(min)；tot－除换刀时间以外的其他辅助工时(min)；Ct－刀具费用(包括刀具成本及磨刀费用)(元)；T－刀具使用寿命(min)。3.5.4切削用量的选择及优化图3-39外圆纵车机动工时的计算86在纵车外圆的情况下，单件机动工时tm为3.5.4切削用量的选择及优化式中：lm－工件切削部分长度(mm)；dw－工件毛坯直径(mm)；h－单边加工余量(mm)；ap－背吃刀量(mm)；vc－切削速度(m/min)；f－进给量(mm/r)。整理得：式中：上式表示了单件工序成本与切削速度vc和进给量f之间的函数关系，即为所建立的以单件工序成本最小为优化目标的目标函数。87◆约束条件：指设计变量的取值范围（3-33）1）机床结构参数限制2）加工表面粗糙度限制（3-34）式中Ra

——表面粗糙度（μm）；

rε——刀尖圆弧半径（mm）。3）机床功率的限制（3-35）式中各符号含义同前。3.5.4切削用量的选择及优化即：883.5.5切削液的合理选用切削液主要用来降低切削温度和切削过程中的摩擦。切削液的作用冷却作用润滑作用清洗作用防锈作用合理选用切削液对减轻刀具磨损、提高加工质量及加工精度起着重要的作用。切削液的种类水溶液水＋添加剂(防锈剂)冷却粗加工乳化液乳化油＋水切削油矿物油＋添加剂润滑精加工89合理选用切削液3.5.5切削液的合理选用从工件材料方面考虑

钢等塑性材料，需用切削液；铸铁、青铜等脆材，可不用；切削高强度钢、高温合金钢等难加工材料，宜选用极压切削油或极压乳化液；铜、铝及铝合金，用10%～20%的乳化液或煤油。

从刀具方面考虑

高速钢，耐热差，需用切削液；硬质合金,耐热性好，可不用；若必须时，可采用低浓度乳化液或多效切削液，充分连续用。

90从加工方法方面考虑

钻孔、铰孔、攻螺纹和拉削等工序，宜用乳化液、极压乳化液或切削油；成形刀具、齿轮刀具等，用极压切削油；磨削加工，要求切削液具有良好的冷却清洗作用，并有一定的润滑性能和防锈作用。常用乳化液、极压乳化液或多效型合成切削液。

从加工要求方面考虑粗加工，冷却为主,降低切削温度，选用水溶液、3%～5%低浓度乳化液或合成切削液；精加工，具有良好的润滑性能,减小工件表面粗糙度和提高加工精度。选用极压切削油或高浓度乳化液。3.5.5切削液的合理选用合理选用切削液91切削加工过程切削加工过程Real92机械制造技术基础

3.6

磨削机理Grindingmechanism

第3章切削与磨削原理CuttingandGrindingTheory93磨削是一种适用于粗加工到超精加工的高效率加工方法。尺寸精度可达IT5～IT6。表面粗糙度能达到Ra0.8～0.08μm。除能磨削普通材料外，尤其适用于一般刀具难以切削的高硬度材料的加工。3.6.1磨削过程与切屑形成磨削加工943.6.1磨削过程与切屑形成★磨粒切削刃几何形状不确定,其顶部的锥角通常为90°～120°，刃口钝圆半径在几微米到几十微米之间，刃口前角为－60～－85°。★磨粒及切削刃随机分布，磨粒的间距和高低参差不齐。在磨削过程中。磨粒会产生磨损、钝化、碎裂和脱落，而当工作的磨粒脱落后，里面的磨粒就暴露出来参与切削(砂轮的自锐性)。磨削特点★磨削厚度小(＜几μm)，磨削速度高,磨削点瞬时温度高(达1000℃以上)。95

磨屑形成过程★弹性变形：磨粒在工件表面滑擦而过，不能切入工件★塑性变形：磨粒切入工件,材料向两边隆起，工件表面出现刻痕（犁沟），但无磨屑产生★切削：磨削深度、磨削点温度和应力达到一定数值,形成磨屑，沿磨粒前刀面流出具体到每个磨粒，不一定三个阶段均有。

图3-40磨屑形成过程a）平面示意图b）截面示意图3.6.1磨削过程与切屑形成三个阶段：963.6.1磨削过程与切屑形成磨粒在磨削中的作用情况有三种：磨屑形成过程只有弹性变形阶段；弹性变形阶段＋塑性变形阶段＋弹性变形阶段；弹性变形阶段＋塑性变形阶段＋切屑形成阶段＋塑性变形阶段＋弹性变形阶段。磨屑的形状带状切屑、剪切型切屑、挤裂型切屑、积屑瘤型切屑和熔结的球状切屑。97图3-41磨削过程的三个阶段3.6.2磨削力与磨削功率磨削力的特征单位磨削力值很大三项分力中径向力最大,

Fp/Fc=1.5～3磨削力随不同的磨削阶段而变化初磨阶段：工艺系统刚性愈差，此阶段愈长。

稳定阶段：光磨阶段：工件的精度和表面质量在逐渐提高。

98磨削力的特征磨削力的构成3.6.2磨削力与磨削功率在磨削力的构成中，材料剪切所占的比重较小，而摩擦所占的比重较大，达70%～80%。磨削力经验公式：式中：Fp、Fc－分别为径向和切向磨削力(N)；vw－工件速度(m/s)；

vc－砂轮速度(m/s)；fr－径向进给量(mm)；B－磨削宽度(mm)；

CF－切除单位体积的切屑所需的能(N/mm2)；

α－假设磨粒为圆锥时锥顶半角(°)；

μ－工件和砂轮间摩擦系数。993.6.2磨削力与磨削功率磨削功率式中：Fc－切向磨削力(N)；

vc－砂轮速度(m/s)。1003.6.3磨削温度磨削温度的概念

工件平均温度指磨削热传入工件而引起的工件温升,其影响工件的形状和尺寸精度。在精密磨削时，要尽可能降低工件的平均温度并防止局部温度不匀。

磨粒磨削点温度指磨粒切削刃与切屑接触部分的温度,是磨削中温度最高的部位。可达1000℃左右,是研究磨削刃的热损伤、砂轮的磨损、破碎和粘附等现象的重要因素。

磨削区温度即通常所说的磨削温度，指砂轮与工件接触区的平均温度,一般约为500～800℃,其与磨削烧伤和磨削裂纹的产生有密切关系。磨削加工工件表面层的温度分布，指沿工件表面深度方向温度的变化，其与加工表面变质层的生成机理、磨削裂纹和工件的使用性能有关。1013.6.3磨削温度磨粒磨削点温度θdot的表示：砂轮磨削区温度θA的表示：式中：vc、vw－分别为砂轮及工件的线速度(m/s)；fr－径向进给量(mm)。磨削温度的表示1023.6.3磨削温度磨削温度的影响因素

vc↑→磨削温度↑；

fr

对磨削点温度θdot影响较小。而对磨削区温度θA影响较大；工件材料的硬度、强度和韧性↑→磨削温度↑；

vw↑→影响不明显。

vw↑时，工件是被磨削区域与砂轮的接触面积减小，相对地减少了传到工件上的热量，从而减少了工件表面层产生磨削烧伤和磨削裂纹的可能性。因此，在生产实践中常以增加vw的办法来减少工件表面烧伤和裂纹。1033.6.4砂轮磨损与修正砂轮在加工一定数量的工件后，会产生磨损。加工塑性金属时，可能会导致砂轮堵塞。若继续使用，将引起振动、噪声、加工表面粗糙度增大、产生裂纹、烧伤和残余应力等。

砂轮的磨损砂轮磨损的主要形式

磨耗磨损由于磨粒和工件之间的摩擦面引起的。

破碎磨损指磨粒的破碎或结合剂上的破碎。破碎磨损的强烈程度取决于磨削力的大小和磨粒或结合剂的强度。

扩散磨损金刚石磨料是的碳元素扩散熔解于铁内的能力大于氮化硼磨料是元素扩散熔熔解于铁内的能力，金刚石砂轮不宜磨削钢料。

粘结磨损

应对磨钝的砂轮进行及时修整。图3-42砂轮的磨耗磨损及破碎磨损1043.6.4砂轮磨损与修正砂轮的磨损砂轮的磨损过程

初期磨损主要是磨粒的破碎磨损。

二期磨损有一定数量的磨粒产生破碎磨损，但主要是磨耗磨损。三期磨损主要是结合剂的破碎磨损。砂轮的修正

目的去除外层已钝化的磨粒或去除已被磨屑堵塞了的一层磨粒，使新的有足够磨粒显露出来，并命使砂轮具数量的有效切削刃，从而保证磨削顺利进行。

工具单颗粒金刚石、碳化硅修整轮、电镀人造金刚石等。

合理工艺条件适宜的修正导程和修整深度，适当的光修。

砂轮使用寿命T

砂轮相邻两次修整间的磨削加工时间。1053.6.5磨削液磨削液分类磨削液应用油基磨削液可用于齿轮磨削、螺纹磨削和成形磨削、珩磨及精密磨削。极压油多用于表面质量要求较高的重要磨削工序和难加工材料的磨削。水基磨削液的极压乳化剂可用来磨削不锈钢、钛合金及纯铁等难加工材料。1063.6.6几种高效磨削方法

强力磨削以大的吃刀量(可达1~30mm)和缓慢的进给量实现高效磨削的一种方法，又称缓进给磨削。

特点：材料去除率高砂轮磨损小磨削质量好磨削力和磨削热大

高速磨削图3-43强力磨削与普通磨削对比107

特点：磨削表面质量好磨削性能强磨削效率高经济性好适用范围广3.6.6几种高效磨削方法砂带磨削砂带在一定工作压力下与工件接触，并作相对运动，进行磨削或抛光。108机械制造技术基础

3.7

高速切削与磨削HighSpeedCuttingandGrinding第3章切削与磨削原理CuttingandGrindingTheory109概述

1931年德国切削物理学家C.J.Salomom在“高速切削原理”一文中给出了著名的“Salomom曲线”——对应于一定的工件材料存在一个临界切削速度，此点切削温度最高，超过该临界值，切削速度增加，切削温度反而下降。

Salomom的理论与实验结果，引发了人们极大的兴趣，并由此产生了“高速切削（HSC）”的概念。尚无统一定义，一般认为高速加工是指采用超硬材料的刀具，通过极大地提高切削速度和进给速度，来提高材料切除率、加工精度和加工表面质量的现代加工技术。以切削速度和进给速度界定：高速加工的切削速度和进给速度为普通切削的5～10倍。以主轴转速界定：高速加工的主轴转速≥10000r/min。3.7.1高速加工概述高速加工定义110图3-46高速与超高速切削速度范围

10100100010000切削速度V（m/min）塑料铝合金铜铸铁钢钛合金镍合金高速加工的切削速度范围高速加工切削速度范围因不同的工件材料而异，见图3-46◎车削：700-7000m/min◎铣削：300-6000m/min◎钻削：200-1100m/min◎磨削：50-300m/s高速加工切削速度范围随加工方法不同也有所不同3.7.1高速加工概述特点加工效率高切削力小加工精度高动力学特性好可加工硬表面利于环保1113.7.1高速加工概述图3-47Salomon切削温度与切削速度曲线切削适应区软铝切削速度v/(m/min)切削不适应区06001200180024003000青铜铸铁钢硬质合金980℃高速钢650℃碳素工具钢450℃Stelite合金850℃1600

1200800400切削温度/℃切削适应区非铁金属发展112高速加工虽具有众多的优点，但由于技术复杂，且对于相关技术要求较高，使其应用受到限制。

与高速加工密切相关的技术主要有：

◎高速加工机理◎高速加工刀具与磨具制造技术；

◎高速加工机床技术；

◎高速加工在线检测与控制技术；

◎其他：如高速加工毛坯制造技术，干切技术，高速加工的排屑技术、安全防护技术等。此外高速切削与磨削机理的研究，对于高速切削的发展也具有重要意义。3.7.1高速加工概述关键技术113高速加工机床技术3.7.2高速加工机床与刀具高速加工机床是提供高速加工的主体。高速加工技术包括高速单元(功能部件)技术和机床整机。高速单元技术包括高速主轴、高速进给系统、高速CNC系统等。机床整机 包括机床床身、冷却系统、安全防护系统等。高速主轴主轴转速、功率、精度、刚度、动平衡、噪声及热变形特性等是高速主轴的主要性能参数。高速主轴一般做成电主轴的结构，即主轴与电动机合二为一，以实现无中间环节的直接传动，提高可靠性。主轴轴承是决定主轴寿命和负荷的关键部件陶瓷轴承静压轴承(液体静压轴承、空气静压轴承)磁力轴承(磁浮轴承)

114前辅助轴承电主轴双面轴向推力轴承前径向轴承后径向轴承后辅助轴承前径向传感器后径向传感器轴向传感器图3-48磁浮轴承高速主轴磁浮轴承主轴结构3.7.2高速加工机床与刀具115主轴由两个径向和两个轴向磁浮轴承支承，磁浮轴承定子与转子间空隙约0.1mm。刚度高，约为滚珠轴承主轴刚度10倍。转速特征值可达4×106。回转精度主要取决于传感器的精度和灵敏度，以及控制电路性能，目前可达0.2μm。机械结构及电路系统均较复杂；又由于发热多，对冷却系统性能要求较高。磁浮轴承主轴特点3.7.2高速加工机床与刀具1163.7.2高速加工机床与刀具

高速进给系统高速加工中心的切削进给速度一般为20~40m/min，有的已超过120m/min。高速进给系统的驱动方式：高速滚珠丝杠、直线电动机和虚拟轴机构。

高速CNC控制系统高速加工机床要求CNC控制系统具有快速数据处理能力和高的功能化特性，以保证在高速切削时，特别是4~5轴坐标联动加工复杂曲面时，仍具有良好的加工性能。

数控处理能力指标：◎单位程序段处理时间

◎插补精度高速加工机床技术1173.7.2高速加工机床与刀具高速加工机床技术

高刚性的床体结构在降低运动部件惯量的同时，保持机床基础支承部件高的静刚度、动刚度和热刚度。

切屑处理和温控系统高速加工机床具备高效的切屑处理和清除装置。高压大流量切削液的提供。采用温控循环水来冷却主轴电动机、主轴轴承、直线电动机、液压油箱、电气柜、甚至冷却主轴箱、横梁、床身等大构件。

安全装置和实时监控系统机床工作时必须用足够厚的防护板将切削区封闭进来，并考虑便于人工观察切削区状况。1183.7.2高速加工机床与刀具高速加工刀具

高速加工刀具材料高速切削加工要求刀具材料与被加工材料的化学亲和力要小，并具有优异的力学性能、热稳定性、抗冲击性和耐磨性。常用刀具材料：涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶金刚石(PCD)刀具、立方氮化硼(CBN)等，其中聚晶金刚石刀具和聚晶立方氮化硼(PCBN)应用最广。

涂层刀具通过在刀具基体上涂覆金属化合物薄膜，以获得远高于基体的表面硬度和优良的切削性能。

陶瓷刀具具有较高的室温硬度、高温硬度和良好的耐磨性。119聚晶金刚石不存在各向异性，硬度略低于天然金刚石，为HV6500-8000。聚晶金刚石价格便宜，焊接方便，可磨性好，应用广泛，可在大部分场合代替天然金刚石。用等离子CVD（化学气相沉积）可将聚晶金刚石作成涂层，用途和聚晶金刚石刀具相同。金刚石刀具不适于加工铁族材料，因为金刚石中的碳元素与铁元素有很强的亲和力，碳元素极易向含铁的工件扩散，使金刚石刀具很快磨损。3.7.2高速加工机床与刀具

PCD刀具在高温条件下通过金属结合剂将金刚石微粉聚合而成的多晶材料。高速加工刀具120PCBN

主要用于加工黑色金属等难加工材料，特别适于切削55~65HRC的淬硬钢、耐热合金、高速钢(HSS)、灰铸铁等。3.7.2高速加工机床与刀具高速加工刀具

CBN刀具

CBN的硬度仅次于金刚石，其热稳定性好，化学惰性大，在1200~1300℃下也不发生化学反应。CBN刀具具有极高的硬度和红硬性，是超主高速精加工可半精加工淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等的理想刀具材料。“以切代磨”1213.7.2高速加工机床与刀具高速回转刀具与机床接口形式高速加工推荐采用HSK接口标准。高速回转刀具结构高速铣削刀具分整体式和机夹式。高速切削更常用整体式。高速加工刀具3040506070

硬度HRC（V=320m/mim，f=0.2mm/r，a=0.1mm）图3-49切削温度与硬度的关系800750700650600切削温度/℃金属软化效应用PCBN切削淬硬钢，工件材料硬度＜HRC50时,切削温度随材料硬度增加而增加；工件材料硬度＞HRC50时，切削温度随材料硬度增加有下降趋势(图3-49),金属软化，硬度下降，加工易于进行。图3-50HSK刀柄与传统刀柄传统刀柄结构HSK刀柄结构122不同材料的高速加工

铝、铜合金的高速切削加工刀具材料：硬质合金、金刚石镀层硬质合金及PCD等。(表3-8)

铸铁与钢的高速切削加工刀具材料：涂层硬质合金、陶瓷和PCBN等。(表3-9)

难加工材料的高速切削加工钛合金、镍合金、硬质合金和高温合金等属于难加工材料。

刀具材料：PCD或PCBN等。3.7.3高速切削加工及其应用123

聚晶金刚石应用实例表3-8聚晶金刚石应用实例加工对象硬度加工方式工艺参数加工效果铝合金端铣v=4000m/mimRa0.8-0.4μm共晶硅HRC71车削v=600m/mim一次刃磨切削行程800km铝合金f=0.1mm/rRa0.8μm，刀具寿命为硬质合金的50倍共晶硅HRC71铣削v=2900m/mim刀具寿命为硬质合金的80倍

vf=0.018mm/齿Ra0.8μm玻璃纤维HRA87车削v=500m/mim刀具寿命为硬质合金的强化塑料150倍，Ra0.8-0.4μm热塑性醋铣削v=4500m/s比硬质合金寿命提高380倍酸盐vf=10mm/minRa=0.8μm高Si-Al铣削v=2200m/mimRa=0.8μm铸造件铝合金钻削v=360m/m