机械制造基础pp3

金属切削加工中的主要现象与规律知识点一切屑变形与切屑形成过程知识点二切削力知识点三切削热与切削温度知识点四刀具磨损与刀具耐用度

1．熟悉切屑变形与切屑形成过程；

2．了解影响切屑变形的主要因素；

3．掌握切削力及切削效率的计算；4.熟悉切削温度的测量方法以及切削温度对切削过程的影响；5.了解刀具磨损的原因和形式；6.能够正确选用刀具耐用度。教学目标金属切削加工中的主要现象与规律

金属切削加工时，刀具通过切削运动从工件上切下多余的金属层（切削层）形成切屑，获得需要的已加工表面。在切削加工的整个过程中，刀具与工件之间始终存在着切除和反切除这一对矛盾，由此产生了一系列的加工现象。本单元将从加工现象出发来认识切削加工的本质和规律，以帮助大家更合理地使用刀具和机床，保证切削加工质量，减少

能量消耗，提高生产效率。单元导读金属切削加工中的主要现象与规律一、金属切削过程的变形知识点一切屑变形与切屑形成过程

切屑是金属切削过程中切削层金属经过刀具的作用而形成的，金属切削过程的一切物理变化和化学变化都是因为形成

切屑而引起的。一、金属切削过程的变形知识点一切屑变形与切屑形成过程1.金属切削过程变形区的划分金属切削过程三个变形区的示意图1）第一变形区2）第二变形区3）第三变形区一、金属切削过程的变形知识点一切屑变形与切屑形成过程2.切屑的形成过程

切屑是被切材料受到刀具前刀面的推挤，沿着某一斜面剪切滑移形成的。金属切削过程是切削层金属受到刀具前刀面的挤压后，产生以剪切滑移为主的塑性变形而形

成切屑的过程。一、金属切削过程的变形知识点一切屑变形与切屑形成过程切屑形成过程及材料切削受力情况二、切屑的形态知识点一切屑变形与切屑形成过程4.崩碎切屑2.节状切屑3.粒状切屑1.带状切屑二、切屑的形态知识点一切屑变形与切屑形成过程切屑形态三、切屑变形程度的度量和计算知识点一切屑变形与切屑形成过程1.切屑变形系数2.相对滑移四、影响切屑变形的主要因素知识点一切屑变形与切屑形成过程1.工件材料的影响工件材料的强（硬）度越高，刀具前刀面上的法向应力越大，摩擦系数

μ

越小，剪切角

φ

越大，切屑变形越小。2.刀具几何参数的影响刀具几何参数中影响切屑变形最大的是刀具前角

γo。刀具前角

γo

越大，剪切角

φ就越大，切屑变形越小。这是刀具前角γo

对切屑变形的直接影响。3.切削用量的影响1）切削速度的影响2）进给量的影响3）背吃刀量的影响知识点一切屑变形与切屑形成过程课外提示：切削速度影响切屑变形的原因有以下两点。

（1）切削塑性材料，当切屑变形速度低于切削速度时，切屑塑性变形区变窄，使得剪切角φ增大，切屑变形系数ξ减小。

（2）随着切削速度

vc

的提高，切削温度升高，切屑底层金属的剪切屈服强度τs

减小，摩擦系数μ

减小，摩擦角β减小，剪切角

φ增大，切屑变形系数

ξ

减小。注意哦！一、切削力的来源知识点二切削力

金属切削时，刀具切入工件使切削层金属转变成切屑所需要的力称为切削力。二、总切削力、分力和切削功率知识点二切削力1.总切削力、分力1）切削力

切削力Fc作用于切削平

面内，即切削刃上选定点的切削速度方向上，消耗机床的主要功率，是计算切削功率，选取机床电动机功率和设计机床主传动机构的依据。2）背向力3）进给力

背向力Fp作用于基面内，与吃刀方向一致，它能使工件产生变形，是校验机床主轴在水平面内刚度及相应零部件强度的依据。

进给力又称为轴向力，是进给方向的分力。二、总切削力、分力和切削功率知识点二切削力2.切削功率

切削过程中，各分力消耗功率的总和称为切削功率，用符号Pc

表示，单位为

kW。车削时，由于背面力和进给力消耗的功率很小，可忽略不计，因而主运动消耗的功率即为总的切削功率，即：三、切削力的测量和实验公式知识点二切削力1.切削力的测量1）间接测量法——电功率法

此方法测量较粗略，要较精确测量，常使用

专门用于测切削力的仪

器，即测力仪。切削力的测量2）直接测量法——测力仪法

测力仪按其工作原理可分为机械式测力仪、液压式测力仪和电测式测力仪。三、切削力的测量和实验公式知识点二切削力（1）电阻应变式测力仪（2）压电式测力仪三、切削力的测量和实验公式知识点二切削力2.切削力的实验公式2）切削力的计算

3）单位切削力

1）切削力实验公式的建立四、影响切削力的主要因素知识点二切削力1.工件材料的影响

工件材料强（硬）度增高，即工件材料的剪切屈服强度增大，切削力呈正比例增大，但随着工件材料强（硬）度增高，摩擦系数

μ

减小，摩擦角β

减小，剪切角

φ

增大，切屑变形系数

ξ

减小，使得切削力又有所减小。综合上述的两种影响，切削力仍然增大，但不是呈正比例增大。四、影响切削力的主要因素知识点二切削力2.刀具几何参数的影响1）前角的影响

2）主偏角的影响

3）刃倾角的影响

四、影响切削力的主要因素知识点二切削力3.切削用量的影响1）切削速度的影响2）背吃刀量和进给量的影响四、影响切削力的主要因素知识点二切削力4.其他因素的影响

1）刀具材料的影响

2）后刀面磨损的影响

3）刀具刃磨质量的影响

4）切削液的影响一、切削热的产生和传出知识点三切削热与切削温度1.切削热的产生

金属塑性变形的能量

全部转变为热能而散失。在金属切削过程中工件上有三个塑性变形区，每个塑性变形区都是一个热源。因此，切削时共有三个热源。切削热的来源与传导一、切削热的产生和传出知识点三切削热与切削温度三个变形区产生热量的比例关系1—第一变形区；2—第二变形区；3—第三变形区

一、切削热的产生和传出知识点三切削热与切削温度2.切削热的传出切削热传入对象切屑工件刀具周围介质车削50%～86%3%～9%10%～40%1%钻削28%52.5%14.5%5%切屑、工件和刀具中切削热的分布二、切削温度的测量方法知识点三切削热与切削温度1.

热电偶法

2.辐射测温法

二、切削温度的测量方法知识点三切削热与切削温度利用自然热电偶法测量切削温度的装置示意图1—工件；2—车刀；3—毫伏表；4—钢顶尖；5—铜销；6—车床主轴尾部二、切削温度的测量方法知识点三切削热与切削温度用光电传感器测量刀具与切屑接触面温度分布的示意图1—激光管；2—光栅；3、4—透镜；5—光敏元件；6—刀片；7—刀体三、切削温度的分布知识点三切削热与切削温度工件材料：GCr15；刀具材料：YT15切削用量：vc

=

1.3m/s，f

=

0.5mm/r，ap

=

4mm三、切削温度的分布知识点三切削热与切削温度（1）剪切平面上各点温度变化不大，几乎相同。（2）不论刀具前刀面还是主后刀面上的最高温度都处于离主切削刃一定距离处（该处称为温度中心）。（3）切削底层（同刀具前刀面相接触的一层）温度最高，离切削底层越远温度越低。三、切削温度的分布知识点三切削热与切削温度（4）塑性越大的工件材料，在刀具前刀面上切削温度的分布越均匀，且最高温度区距切削刃越远。（5）导热系数越低的工件材料，其刀具前刀面和主后刀面上的温度也就越高，且最高温度区距切削刃越近，这就是一些高温合金和钛合金难切削和刀具容易磨损的主要原因之一。四、影响切削温度的主要因素知识点三切削热与切削温度1.工件材料的影响2.刀具几何参数的影响3.切削用量的影响4.刀具磨损和切削液的影响五、切削温度对切削过程的影响知识点三切削热与切削温度

4.

利用切削温度自动控制切削速度或进给量。

2.对刀具材料的影响。

1.对工件材料机械性能的影响。

3.对工件尺寸精度的影响。一、刀具磨损的形态知识点四刀具磨损与刀具耐用度2.刀面磨损1.前刀面磨损3.边界磨损一、刀具磨损的形态知识点四刀具磨损与刀具耐用度刀具的磨损形态二、刀具磨损的原因知识点四刀具磨损与刀具耐用度（1）切屑、工件和刀具接触面经常是活性很高的新鲜表面，不存在氧化膜等的污染。（2）刀具前刀面和后刀面与工件表面的接触压力非常大，产生的应力有时甚至超过被切材料的屈服强度。（3）切屑、工件和刀具接触面的温度很高。刀具磨损的表现：二、刀具磨损的原因知识点四刀具磨损与刀具耐用度硬质点磨损黏结磨损化学磨损扩散磨损

1

2

4

3

三、刀具磨损过程与磨钝标准知识点四刀具磨损与刀具耐用度1.刀具磨损过程

随着切削时间的延长，

刀具后刀面磨损量

VB（或前刀面月牙洼磨损量KT）随之增加。如图所示为典型的刀具磨损曲线，其磨损过程分为初期磨损阶段、正常磨损阶段和急剧磨损阶段。典型的刀具磨损曲线三、刀具磨损过程与磨钝标准知识点四刀具磨损与刀具耐用度正常磨损阶段初期磨损阶段急剧磨损阶段因为新刃磨的刀具切削刃较锋利，其后刀面与加工表面接触面很小，压应力较大，加之新刃磨的刀具的后面存在着微观不平等缺陷，所以，这一阶段的磨损很快。

经过初期磨损后。刀具的粗糙不平表面已经被磨平，刀具进入正常磨损阶段。刀具经过正常磨损阶段后，切削刃变钝，切削力、切削温度迅速升高，磨损速度急剧增加，以致刀具损坏而失去切削能力。三、刀具磨损过程与磨钝标准知识点四刀具磨损与刀具耐用度2.刀具磨钝标准

刀具磨损到一定限度就不能继续使用，否则将降低工件的尺寸精度和表面质量，这个

磨损限度称为磨钝

标准。四、刀具耐用度知识点四刀具磨损与刀具耐用度1.刀具耐用度的定义

一把新刀从开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止总的切削时间，或者说是刀具两次刃磨之间总的切削时间称为

刀具耐用度，用符号

T

表示，单位为min。四、刀具耐用度知识点四刀具磨损与刀具耐用度2.切削用量与刀具耐用度的关系1）切削速度与刀具耐用度的关系2）进给量、背吃刀量与刀具耐用度的关系知识点四刀具磨损与刀具耐用度引例解析请看下面的案例知识点四刀具磨损与刀具耐用度

例如：当用

YT15

硬质合金车刀切削σb＝0.637GPa

的碳素钢时（f>0.70mm／r），切削用量三要素与刀具耐用度的关系式为：知识点四刀具磨损与刀具耐用度结论：（2）（3）（1）

如果其他切削条件不变，当切削速度

vc

提高一倍时，刀具耐用度将降低到原来的3％。

如果其他切削条件不变，当进给量

f

提高一倍时，刀具耐用度将降低到原来的21％。

如果其他切削条件不变，当背吃刀量

ap

提高一倍时，刀具耐用度将降低到原来的59％。四、刀具耐用度知识点四刀具磨损与刀具耐用度3.刀具耐用度的合理选择（1）（2）（3）

使该工序的加工生产率最高，即零件的加工时间最短。

使该工序的生产成本最低，即所消耗的生产费用最低。

使该工序所获利润最高知识点四刀具磨损与刀具耐用度

（1）根据刀具的复杂程度、制造和刃磨成本的高低来选择。

（2）多刀机床上的车刀和组合机床上的钻头、丝锥、铣刀以及数控加工中心上的刀具，其耐用度应选得高些。

（3）精加工大型工件时，为避免切削同一表面时中途换刀，所选用刀具的耐用度应规定为至少能完成一次走刀所需的时间。

（4）当车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率提高时，该工序的刀具耐用度要选得低些；当某工序单位时间内所分担