宿迁学院机械制造技术基础课件第2章 金属切削基本理论

第2章

金属切削基本理论第2章

金属切削基本理论2.1金属切削过程

2.2金属切削过程的主要物理现象及规律2.3影响金属切削加工的主要因素及其控制2.4磨削过程第2章

金属切削基本理论2.1金属切削过程

金属切削过程就是刀具从工件表面上切除多余金属，形成已加工表面的过程。换言之，就是被加工工件的切削层在刀具的作用下，产生塑性变形，从而形成切屑的过程。

在切削过程中伴随着许多物理现象，如切削变形、切削力、切削热、刀具磨损等。这些现象又反过来影响切削过程。因此，研究金属切削的基本理论和规律，有助于优化切削过程。FABOM45°a）正挤压FABOM45°b）偏挤压OMFc）切削正挤压：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。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。第2章

金属切削基本理论2.1.1金属切削层的变形

1.切屑形成过程(视频)

切屑形成过程就其本质而言，是被切削金属层金属在刀具切削刃和前刀面的作用下，经受挤压而产生剪切滑移变形的过程。

1）刀具挤压工件，产生弹性变形2）滑移（0A）——晶粒不断被拉长——塑性变形

3）挤裂（0M）——裂纹4）切离——切屑第2章

金属切削基本理论2、切削变形

切削塑性金属时，在切削区存在三个变形区域：第一变形区、第二变形区和第三变形区。

第一变形区：（基本变形区）OA~OM之间的区域，是切削过程中的主要变形区，是切削力和切削热的主要来源。主要特征：剪切面的滑移变形第二变形区：（摩擦区）切屑底层与前刀面之间的摩擦变形区。主要影响切屑的变形和积屑瘤的产生。第三变形区：（挤压区）工件已加工表面与刀具后刀面之间的挤压、摩擦变形区域。造成工件表面的纤维化与加工硬化。该区域对工件表面的残余应力以及后刀面的磨损有很大的影响。第2章

金属切削基本理论变形系数ξ

切削变形程度可用变形系数或相对滑移来描述。图2.3切屑的变形

厚度变形系数由于其宽度很窄，约为0.02～0.2mm，所以可近似地用OM滑移线来代替剪切区，称剪切面。剪切面与主运动方向的夹角称为剪切角，用φ表示。φ约为40～50º（图2.1）。

长度变形系数根据体积不变原理，ξh=ξl=ξ>1

第2章

金属切削基本理论剪应变切削过程中的切削变形主要是剪切滑移，故可用剪应变即相对滑移ε来衡量变形程度。

图2.4相对滑移如图2.4所示，当平行四边形OHNM发生剪切变形后，变为OGPM时，沿剪切面产生的滑移量ΔS与单元层高度Δy之比即为相对滑移ε

或式中φ——剪切角r0——刀具前角第2章

金属切削基本理论3.切屑类型及其控制

由于工件材料的性能和切削条件的不同，产生的切屑类型也不相同。常见的切屑类型主要有带状切屑、挤裂切屑、单元切屑和崩碎切屑。图2.5切屑的类型第2章

金属切削基本理论(1)带状切屑：形状：连绵不断呈带状，切屑底面很光滑而背面呈毛茸状。形成原因：切速高，切削层未及充分变形即变为切屑，剪切面上的应力还未达到破坏值，因此只有塑性滑移而无断裂；前角大，则刀具锋利；hD小则切削力小。故易得带状切屑。特点：切削过程变形小，切削力小且稳定；已加工表面粗糙度低。切屑连续不断，安全性差，易划伤已加工表面。应采取断屑措施。第2章

金属切削基本理论（2）挤裂切屑：（节状切屑）形状：宏观上自然连接，但外表面呈锯齿形，如竹节状。形成原因：切削层经过充分变形全过程，最后被挤裂。产生条件：切削塑性材料、切削速度中等、切削厚度较厚、前角较小。特点：切屑冷硬度高，脆且易断，便于处理；变形相对较大，切削力波动较大，易产生振动；已加工表面粗糙度较高。第2章

金属切削基本理论(3)单元切屑形状：切屑沿挤裂面完全断开成单元状。形成原因：整个剪切面上剪应力超过材料的破坏强度极限。产生条件：材料塑性很差、切速低、hD大、前角小。特点：切削力波动很大，有振动；已加工表面非常粗糙，且有振纹。第2章

金属切削基本理论(4)崩碎切屑

形状：切屑呈不规则的碎块状。产生条件：切削铸铁、黄铜等脆性材料。形成原因：材料塑性差，抗拉强度低，受前刀面挤压时几乎没有塑性变形便脆断成不规则的碎块。特点：切削过程不稳定，切削力集中在刀刃附近，易引起刀具磨损、破损，切削力波动大，有冲击，振动大，已加工表面粗糙。第2章

金属切削基本理论切屑类型及形成条件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，易崩刀带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑第2章

金属切削基本理论切屑类型

在实际加工过程中，切屑的形状是多种多样的。在现代切削加工中，切削速度与金属切除率不断提高，切削条件恶化，常常会产生大量“不可接受”的切屑。这类切屑或拉伤工件的已加工表面，使表面粗糙度恶化，或划伤机床并卡在机床运动副之间，或造成刀具的早期破损，有时甚至影响操作者的安全。特别对于数控机床、生产自动线及柔性制造系统，应采取有效措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，使之形成“可接受”的切屑。

切屑的形态还可以通过改变切削参数进行控制或采取相应措施。对于塑性材料，若减小前角，降低切削速度，增大切削厚度，或降低材料塑性，都可以使切屑形态从带状切屑向挤裂切屑甚至向单元切屑转化，反之亦然。对于脆性材料，可以减小切削厚度，使切屑成针状或片状；提高切削速度以增加工件材料的塑性；减小刀具前角以提高刀刃强度。第2章

金属切削基本理论4.积屑瘤

积屑瘤——一般在中等切削速度下切削钢件、球墨铸铁、铝合金等塑性材料时，常在前刀面上粘结着一小块硬度很高的金属（硬度高达工件的2~3.5倍），能代替切削刃进行切削，这就是积屑瘤。

形成过程——切屑经过第二变形区时，切屑上层金属与滞流层之间有相对滑移，其滑移阻力即为内摩擦力。切屑滞留层与刀具前刀面之间也存在摩擦力即外摩擦力。当外摩擦力大于内摩擦力时，在高温高压作用下，滞留层金属与切屑本体分离，而粘结在前刀面上。这样一层一层地粘结，在刀具前面上逐渐形成了一个楔块，这就是积屑瘤的形成过程。

产生条件：切削塑性材料。切削区的温度、压力和界面状况符合在刀面上发生冷焊的条件。切屑刀具积屑瘤积屑瘤第2章

金属切削基本理论4.积屑瘤积屑瘤对切削过程的影响1)

积屑瘤包围着切削刃，可以代替前面、后面和切削刃进行切削，从而保护了刀刃，减少了刀具的磨损。2)

积屑瘤使刀具的实际工作前角增大，而且，积屑瘤越高，实际工作前角越大，刀具越锋利，减小切削力，减少摩擦，延长刀具寿命。3)

积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。4)

积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。粗加工时可人为控制积屑瘤的生长，使积屑瘤能稳定在。精加工时应抑制积屑瘤的产生。第2章

金属切削基本理论4.积屑瘤影响积屑瘤因素——切削速度、工件材料的塑性、刀具前角、进给量等。因为大约在300℃时外摩擦系数最大，所以中等速度时易形成积屑瘤。

控制措施：1）提高前刀面的光滑程度，增大刀具前角；2）提高工件的硬度，降低塑性；3）减小进给量；4）采用合适的切削液；5）避开积屑瘤产生的速度范围。切削速度对积屑瘤的影响第2章

金属切削基本理论5.已加工表面的变形

切削刃存在刃口圆弧，导致挤压和摩擦，产生第Ⅲ变形区。通常以O点为分界点，O点以上金属晶体向上滑移形成切屑；O点以下厚度的金属层向下滑移饶过刃口形成已加工表面。挤压摩擦回弹。在切削过程中，由于受到切削刃钝圆部分和主后刀面的挤压、摩擦和工件回弹的作用，使已加工表面产生较大的塑性变形。伴随着这种变形，已加工表面会产生加工硬化、形成残余应力、甚至出现毛刺等现象。第2章

金属切削基本理论(1)加工硬化（冷作硬化）加工硬化现象——经过第三变形区后，已加工表面上的硬度会明显提高，约为原来的1.2~2倍，深度约为0.07~0.5mm。这就是加工硬化现象，亦称冷作硬化。已加工表面表层金属硬度高于里层金属硬度的现象。加工硬化产生原因——加工表面严重变形层内金属晶格拉长、挤紧、扭曲、碎裂，使表层组织硬化。距表面深度HVH0hiH0加工硬化与表面深度的关系加工硬化的影响——形成冷硬层后，可使已加工表面的硬度提高，耐磨性提高，但塑性下降，抗冲击能力下降，同时给后续工序加工带来困难。

加工硬化的控制：①减小切削变形：提高切速，加大前角，减小刃口半径等；

②减小摩擦：如加大后角，提高刀具刃磨质量等；③进行适当的热处理。第2章

金属切削基本理论(2)残余应力

残余应力——未施加任何外力作用情况下，材料内部保持平衡而存在的应力。经过切削加工后，在工件已加工表面上，常常会有残余应力。

残余应力种类及影响压应力——有利于提高零件疲劳强度。拉应力——易使工件表面产生微裂纹，降低疲劳强度。残余应力分布不均——会使工件发生变形，影响形状和尺寸精度。残余应力产生原因热塑变形效应——表层张应力，里层压应力；里层金属弹性恢复——若里层金属产生压缩变形，则弹性恢复后表层得到压应力，里层为张应力；表层金属相变——影响复杂，若切削区温度超过相变温度，则珠光体受热转变成奥氏体，冷却后又转变成马氏体，体积膨胀，表层产生压应力。实际应力状态是上述各因素影响的综合结果残余应力的控制控制切削过程：尽可能减小残余应力时效处理：最大限度减小残余应力残余压应力的利用：采用滚压、喷丸等方法第2章

金属切削基本理论(3)鳞刺

在较低速度下，用高速钢、硬质合金、陶瓷刀具切削一些塑性金属（如低碳钢、中碳钢、20Cr、40Cr等），在车、刨、插、钻、拉、滚齿、板牙绞螺纹等工序中，都可能在工件已加工表面上出现鳞片状毛刺，称为鳞刺。鳞刺会严重影响已加工表面质量。因此，必须采取措施进行抑制。当切削速度较低时，可采取进一步降低速度、减小切削厚度、增大前角、采用润滑性能好的切削液等措施进行抑制。当切削速度较高时，可采用硬质合金刀具等以进一步提高速度、对工件进行调质、减小刀具前角等措施，提高切削温度抑制鳞刺。一般当切削温度高于500℃时，将不再出现鳞刺。图2.7鳞刺的显微照片a)圆孔拉削40Cr钢

b)鳞刺剖面形状

第2章

金属切削基本理论2.1.2影响切削变形的主要因素

(1)工件材料的影响图2.8工件材料强度对变形系数的影响工件材料的塑性对切削变形的影响最大。一般塑性越小，强度越高，摩擦系数越小，切削变形越小。图2.8为三种不同抗拉强度的钢材，其变形系数的对比。图中曲线说明，材料强度越高，塑性越小，则变形系数越小，切削变形越小。工件塑性↗延伸率δ↗ξ↗第2章

金属切削基本理论(2)切削用量的影响

①切削速度

切削速度主要是通过积屑瘤的生长消失过程来影响切削变形的。

图2.9切削速度对变形系数的影响

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，剪切角增大，变形系数减小（图2.9）。若不考虑积屑瘤的影响，一般随切削速度增加，摩擦系数减小，变形系数逐渐减小。Vc↗ξ↙第2章

金属切削基本理论(2)切削用量的影响在切削层金属变为切屑的过程中，沿切屑厚度方向的变形程度不同，底层的变形比外层要大。当进给量增加时，切削厚度增加，切屑的平均变形则减小，故变形系数减小（图2.10）。

②进给量图2.10切削厚度与变形系数的关系第2章

金属切削基本理论(3)刀具几何参数①前角γO

一方面，前角增大，刀具锋利，切削变形减小。另一方面，前角增大导致刀屑间平均摩擦系数增大，使切削变形增大。但后者的影响比前者小。因此，总的来说，前角增大会使切削变形减小。图2.11前角对变形系数的影响γO↗刀具锋利塑性变形↙ξ↙第2章

金属切削基本理论②刀尖圆弧半径rε

刀尖圆弧半径越大，变形系数越大（图2.12）。图2.12刀尖圆弧半径对变形系数的影响第2章

金属切削基本理论2.2金属切削过程的主要物理现象及规律

2.2.1切削力

切削过程中刀具对工件的作用力称为切削力。切削力是切削过程中的一个重要物理现象，是机床、刀具、夹具设计和使用的重要因素，也是影响切削加工工艺过程的重要因素。切削力直接影响切削功率、切削热、刀具磨损和刀具寿命、加工精度和表面质量、生产率以及加工过程的状态等。1.切削力的来源和分解

1）、切削力的来源：（1）工件、切屑的变形抗力（2）刀具与切屑、工件与刀具之间的摩擦阻力工件切屑刀具切削力的来源第2章

金属切削基本理论2）切削力的分解主切削力：FC总切削力在主运动方向的分力。是设计与校验机床功率、主传动系统各零部件以及夹具、刀具强度、刚度的主要依据。Fc消耗的功率最多，约占95%

进给力（轴向力）Ff

总切削力在进给方向的分力。是设计和校验机床进给系统各零部件强度、计算进给功率的依据。

背向力：FP总切削力在垂直于工作平面方向的分力。背向力不做功，不消耗功率，但会影响工艺系统的刚性，是进行加工精度分析、计算工艺系统刚度以及分析工艺系统振动时的重要参数。

一般外圆车削时，三个切削分力中Fc最大，Ff次之，Fp最小。如当κr=45º、λs=0º、γo=15º时，：Ff=（0.4~0.5）Fc

Fp=（0.3~0.4）Fc

F＝

＝Ff=FNsinKr

Fp=FNcosKr

第2章

金属切削基本理论2.切削功率

消耗在切削过程中的功率称为切削功率。切削力的功率为三力消耗功率之和。因为Fp方向没有位移，所以不消耗功率。又因为进给力Ff相对于主切削力Fc所消耗的功率很小，一般只占1%~2%，故可忽略。

因此切削功率Pc可近视认为是主运动消耗的功率式中：Pc——切削功率（kW）；

Fc——主切削力(N)；

Vc——切削速度（m/s）。根据切削功率即可求出机床主运动电动机的功率PE大值用于新机床，小值用于旧机床。

第2章

金属切削基本理论3.切削力的经验公式

常用的切削力经验公式有指数公式和单位切削力公式两种：

(1)切削力指数公式

C——三个分力的系数由被加工材料的性质和切削条件决定

Y——三个分力与进给量有关的指数；K——当实际加工条件与经验公式的试验条件不同时，各种因素对各切削分力的修正系数。X——三个分力与背吃刀量有关的指数；n——三个分力切削速度有关的指数；第2章

金属切削基本理论(2)单位切削力和单位切削功率

单位切削力——指切削层单位面积(mm2)上的切削力，即若已知单位切削力，就可方便地求出主切削力

单位切削功率——单位时间内切除单位体积的材料所需要的功率称为单位切削功率Ps[kW/(mm3.s-1)]式中QZ——单位时间内的材料切除率（mm3/s）。第2章

金属切削基本理论4、影响切削力的因素

(1)工件材料

工件材料的强度越大，硬度越高，切削时变形抗力越大，切削力也越大。强度、硬度相近的材料，塑性、韧性较大时，切削变形也较大，加工硬化明显，故切削力较大。(2)切削用量①进给量f和背吃刀量ap

进给量和背吃刀量增加，均使切削层面积增加，故切削力增加。背吃刀量增大时，切削层宽度成正比增加，切削变形抗力和刀具前刀面上的摩擦力均成正比例增加。

进给量增加时，切削层厚度增大，平均变形减小，故切削力有所增加，但不成正比增加。生产中可优先选用增大进给量的办法来提高生产效率。第2章

金属切削基本理论4、影响切削力的因素②切削速度Vc切削速度对切削力影响复杂。切削塑性材料时，切削速度主要通过积屑瘤对切削力产生影响。520283555100130

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车削45钢，当切削速度在5~20m/min范围内增加时，积屑瘤高度逐渐增加，切削力减小。当切削速度在20~35m/min范围内增加时，积屑瘤逐渐消失，切削力增加。当切削速度大于35m/min时，由于切削温度上升，摩擦系数减小，切削力下降。当切削速度大于90m/min时，切削力无明显变化第2章

金属切削基本理论4、影响切削力的因素(3)刀具几何参数①前角γo前角对γ0切削力的影响前角γ0切削力Fγ0-Fcγ0–Fpγ0–Ff加工塑性材料时，刀具前角增大，切削力明显减小。加工脆性材料时、增大刀具前角对减小切削力作用不明显。第2章

金属切削基本理论4、影响切削力的因素(3)刀具几何参数主偏角κr对切削力的影响主偏角κr/°切削力/N3045607590κr

-Fcκr

–Ffκr

–Fp2006001000140018002200主偏角Kr

对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（Kr

↑——Fp↓，Ff↑）切削厚度ac=f∙sinКr在进给量和背吃刀量不变的情况下，主偏角增大，使切削厚度增大，切削变形减小，切削力减小。②主偏角κr第2章

金属切削基本理论4、影响切削力的因素(3)刀具几何参数

③刃倾角λs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↑）④刀尖圆弧半径rε刀尖圆弧半径rε增大，则切削刃圆弧部分的长度增加，切削变形增加，使切削力增大。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↓）第2章

金属切削基本理论4、影响切削力的因素(3)刀具几何参数⑤负倒棱

为提高正前角刀具刀尖部分的强度，改善散热条件，常在主切削刃上磨出一个负倒棱。其负前角为γO1，宽度为bγ1负倒棱对切削力的影响与其在切屑形成过程中所起的作用有关。当负倒棱的宽度bγ1小于切屑与前刀面的接触长度lf时，切屑除与负倒棱接触外，主要还与前刀面接触，切削力虽有增大，但增幅不大。当负倒棱的宽度bγ1大于切屑与前刀面的接触长度lf时，切屑只与负倒棱接触，相当于用负前角的刀具进行切削，切削力将显著增加。第2章

金属切削基本理论2.2.2切削热和切削温度切削过程中的另一重要物理现象是切削热以及由切削热产生的切削温度。切削热会使工艺系统产生热变形，影响刀具磨损和寿命，影响工件加工质量。因此研究切削热和切削温度具有重要意义。

1.切削热的产生和传导1）产生原因：切削层的弹性及塑性变形。切屑与前刀面，工件与后刀面的摩擦。第一变形区：60%的热量第二变形区：30%的热量第三变形区：10%的热量2）切削热的传递：Q=Q屑+Q刀+Q工+Q介车削时在不使用冷却液的情况下：Q屑>Q刀>Q工>Q介第2章

金属切削基本理论表2.1车削与钻削时切削热的传导比例（%）

切屑刀具工件介质车削50~8640~109~31钻削2814.552.55加工方法切屑工件刀具铣削70%<30%5%镗削30%>50%15%磨削4%>80%12%加工方法第2章

金属切削基本理论2.切削温度及其影响因素切削温度分布：750℃刀具二维切削中的温度分布工件材料：低碳钢；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611

C切削塑性材料——前刀面靠近刀尖处温度最高切削脆性材料——后刀面靠近刀尖处温度最高切削温度是指切削区（刀具表面与工件、切屑接触区）的平均温度第2章

金属切削基本理论2.切削温度及其影响因素切削温度是切削热产生与传出综合作用的结果。切削温度的高低，取决于切削热产生的多少和散热情况。影响切削温度的主要因素有工件材料、切削用量、刀具几何参数及磨损情况以及使用切削液的情况等。

（1）工件材料:HB、σb↗切削抗力↗功耗↗θ℃↗工件材料导热性↑切削温度↓例如，切削钛合金时，因其热导率只有碳素钢的1/3~1/4，切削产生的热量不易传散出去，切削温度因而随之升高，刀具很容易磨损。第2章

金属切削基本理论2.切削温度及其影响因素(2)切削用量

切削用量对切削温度的影响可以用通过实验方法得到的经验公式说明

式中θ——实验测得的刀具前刀面与切屑接触区的平均温度（℃）；

Cθ——切削温度系数，主要取决于加工方法和刀具材料；

zθ、yθ、xθ——分别为切削速度、进给量和背吃刀量的指数。

表2.2切削温度的系数和指数刀具材料加工方法Cθzθyθxθf=0.1mm/rf=0.2mm/rf=0.3mm/r高速钢车削140~1700.35~0.450.20~0.300.08~0.10铣削80钻削150硬质合金车削3200.410.310.260.150.05vc、f、ap↗θ

℃↗第2章

金属切削基本理论2.切削温度及其影响因素用YT15刀具，切削45#钢时(σb=75kg/cm2)(2)切削用量

从公式和上表中可以看出，三个影响指数zθ>yθ>xθ。说明切削速度对切削温度的影响最大，进给量次之，背吃刀量最小。

第2章

金属切削基本理论2.切削温度及其影响因素(3)刀具几何参数①前角r0

前角

γO

↗θ

℃↙因为前角增大时，切削变形减小，单位切削力下降，产生的切削热减少。但前角过大，则会因刀具的楔角减小而使散热差，切削温度反而上升。②主偏角Kr

主偏角κr↗θ

℃↗因为主偏角增大，一方面使切削刃工作长度缩短，切削热相对集中，同时刀尖角减小，散热条件变差，因此切削温度升高。负倒棱及刀尖圆弧半径对切削温度影响很小(4)其他因素

刀具材料的导热性影响切削热的传出，从而影响切削温度。刀具磨损后，切削刃变钝，切削作用减小，挤压作用增大，切削变形增加，摩擦加剧，切削温度上升。切削速度越高，刀具磨损值对切削温度的影响越显著。使用切削液对降低切削温度有明显效果。切削液的润滑作用可以减小刀具、切屑与工件之间的摩擦，减少切削热的产生。切削液的冷却作用可以直接带走大量的热量，加快切削热的传出。因此，使用切削液是降低切削温度的重要和常见措施。

第2章

金属切削基本理论2.2.3刀具磨损和刀具寿命1.刀具磨损的形式刀具失效的形式分为正常磨损和非正常磨损两类。(1)正常磨损

图2.16刀具正常磨损的形态

前刀面磨损后刀面磨损边界磨损第2章

金属切削基本理论(1)正常磨损①前刀面磨损（月牙洼磨损）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，降低加工质量表示——最大深度用KT表示，最大宽度用KB表示。第2章

金属切削基本理论②后刀面磨损形式——后角=0的磨损面形成条件——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，降低加工质量表示——后刀面平均磨损宽度VB来表示。第2章

金属切削基本理论③前后刀面同时磨损以中等切削速度和中等进给量切削塑性材料时，常会发生这种磨损。边界磨损

在主切削刃与工件外表皮处和副切削刃靠近刀尖处的副后刀面上也容易磨出较深的沟纹，这种磨损沟纹称为边界磨损。

考虑到通常情况下，刀具后刀面均会有磨损，且后刀面磨损对加工质量的影响明显，必须予以控制，加上后刀面磨损便于测量，生产中一般用后刀面的平均磨损量VB表示刀具磨损程度。

第2章

金属切削基本理论(2)非正常磨损非正常磨损（破损）

脆性破损（包括崩刃、碎裂、剥落、热裂等）塑性破损（包括卷刃、烧刃、塌陷）防止主要措施有：

①合理选择刀具材料，根据切削条件，兼顾刀具材料的硬度、耐磨性和韧性；②合理选择刀具几何参数，保证刀具具有足够的强度和良好的散热条件；③保证刀具焊接和刃磨质量，尽量选用机夹可转位不重磨刀具；④合理选择切削用量，避免过大的切削力和过高的切削温度，避免积屑瘤的产生；⑤提高工艺系统的刚性，减小或消除振动；采用正确操作方法，防止突变性载荷；⑥合理使用切削液等。

第2章

金属切削基本理论2.刀具磨损的原因（刀具磨损机理）——各种切速下均存在——低速情况下刀具磨损的主要原因（1）磨料磨损——机械擦伤磨损工件和切屑中的硬质点（如炭化物）以及不断脱落的积屑瘤碎片划擦刀面产生磨损。（2）粘结磨损——冷焊磨损——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切屑与刀具在压力和摩擦条件下冷焊粘结，然后相互被拉开，产生表面破坏伤痕。第2章

金属切削基本理论2.刀具磨损的原因（刀具磨损机理）（3）扩散磨损：工件材料和刀具在高温下（800~1000℃）相互扩散，改变了原化学成分，使刀具的强度和硬度降低，导致刀具磨损。第2章

金属切削基本理论2.刀具磨损的原因（刀具磨损机理）（4）化学磨损——氧化磨损：在一定的切削温度下，刀具材料与周围介质的某些成分（如空气中的氧、切削液中的极压添加剂硫、氯等）会起化学作用，在刀具表面形成一层硬质较低的化合物，很容易被磨损，这种磨损称为化学磨损。

高温情况下，在切削刃工作边界发生当切削温度达到700~800℃时，空气中O2

与硬质合金中的Co、TiC、WC等发生氧化反应，生成Co3O4、CoO、WO3、TiO2等较软氧化物，易被工件、切屑擦去，造成磨损。第2章

金属切削基本理论2.刀具磨损的原因（刀具磨损机理）(5)相变磨损若用工具钢作刀具，当切削温度超过了材料的相变温度时，金相组织发生改变，使刀具硬度显著降低（相当于退火）,磨损加快。刀具磨损的原因比较复杂。造成刀具磨损的结果是多种因素综合作用的结果。对不同的刀具材料、工件材料和切削条件，造成磨损的主要原因是不同的。但切削温度（切削速度）对刀具磨损有着决定性影响。图2.17切削速度对刀具磨损强度的影响1—磨料磨损2—粘结磨损3—扩散磨损4—化学磨损第2章

金属切削基本理论3.刀具磨损过程及磨钝标准

(1)刀具磨损过程（

3个阶段）图2-18刀具磨损曲线初期磨损后刀面磨损量VB正常磨损急剧磨损切削时间①初期磨损阶段——初期磨损阶段磨损曲线斜率较大，磨损较快。初期磨损量与刃磨质量有关，一般为0.05～0.1mm。经过仔细研磨的刀具，初期磨损较少。

②正常磨损阶段——这个阶段的磨损比较缓慢均匀，后刀面的磨损量随切削时间的增长而近似成正比例增加。正常磨损阶段是刀具的有效工作阶段，正常切削时，这一阶段持续的时间较长。

③急剧磨损阶段——当刀具后刀面磨损值增加到一定限度时，摩擦加剧，切削力迅速增大，切削温度迅速升高，加工表面粗糙度值加大，刀具切削性能迅速下降，刀具磨损加剧，以致丧失切削能力。刀具磨损到一定程度后，由于振动会产生很大的噪声。在达到急剧磨损阶段之前，必须换刀或重磨，否则会损坏刀具，恶化已加工表面，损坏机床设备。第2章

金属切削基本理论(2)刀具的磨钝标准刀具磨损值达到规定的标准就应该重磨或更换，这个规定的标准就是刀具的磨钝标准。

磨钝标准——常取后刀面最大允许磨损量VB图2.19车刀的磨损量一般刀具的后刀面上都有磨损，且后刀面上的磨损直接影响加工质量、切削力和切削温度，同时后刀面上的磨损量易于测量。

国际标准化组织ISO统一规定，以1/2背吃刀量处后刀面上测量的磨损带宽度VB作为刀具磨钝标准。对一次性对刀的自动化精加工刀具，为保证加工质量，常用径向磨损量NB作为刀具磨钝标准（图2.19）。经济磨钝标准——从经济性角度考虑，尽可能充分利用正常磨损阶段，这样制定的磨钝标准称为经济磨钝标准，主要适用于粗加工和半精加工。

工艺磨钝标准——从工艺角度考虑，尽可能保证工件的加工质量，称为工艺磨钝标准，主要适用于精加工。第2章

金属切削基本理论4.刀具寿命刀具寿命（耐用度）——一把新刀（含重新刃磨过的刀具）从开始使用直到磨损值达到磨钝标准为止的切削时间，以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。对于不重磨刀具，刀具总寿命等于刀具寿命。对于可重磨刀具，刀具总寿命等于刀具平均寿命与刃磨次数的乘积。刀具寿命（耐用度）是衡量刀具材料切削性能、工件材料的切削加工性及刀具几何参数是否合理的重要参数。刀具寿命（耐用度）经验公式式中CT——刀具寿命系数，与刀具、工件材料和切削条件有关；x、y、z——指数，分别表示切削用量要素对刀具寿命的影响程度。一般x>y>z。第2章

金属切削基本理论4.刀具寿命用YT5车刀，切削σb=0.637Gpa碳钢时，切削用量与刀具寿命的关系为：

从上式可看出，切削速度对刀具寿命影响最大，进给量次之，背吃刀量最小。与三者对切削温度的影响一致。

在优选切削用量以提高生产率时，首先应尽量选大的aP，然后根据加工条件和要求选允许最大的f，最后根据T选取合理的Vc。式中Cv——切削速度系数，与切削条件有关，可查阅有关手册。除切削用量外，刀具几何参数、刀具材料、工件材料都对刀具寿命有一定影响。第2章

金属切削基本理论5.刀具寿命的确定原则

确定刀具寿命有两种方法

最高生产率寿命——以单位时间内加工工件的数量最多，或加工每个工件的时间最少为原则来确定Tp

。经济寿命——是以单件工序成本最低为原则来确定Tc

。

一般情况下多采用经济寿命。只有当生产任务紧迫或生产中出现节拍不平衡时，可考虑采用最高生产率寿命。

确定刀具寿命时，还应考虑如下几点：（1）刀具结构复杂、制造和刃磨成本高时，刀具寿命应选得长些；（2）对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得短些；（3）对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得长些；（4）某一工序的生产成为生产线上的瓶颈时，刀具寿命要选得长些；当某工序单位时间内所分担到的全厂开支较大时，刀具寿命也应选得低些。（5）大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应适当延长。第2章

金属切削基本理论2.3影响金属切削加工的主要因素及其控制

影响金属切削加工的因素很多，包括工件材料的可切削加工性、刀具几何参数、切削用量、切削液等方面。2.3.1工件材料的可切削加工性1.切削加工的评定指标可切削加工性——指对某种材料进行加工的难易程度。相对加工性Kr——衡量工件材料的可切削加工性。

(V60)j——以σb=0.637Gpa的45钢，刀具寿命为60分钟时所允许的切削速度为基准，记为(V60)jV60——其他材料刀具寿命为60分钟时所允许的切削速度当Kr

>1时，材料的切削加工性比45钢好，当Kr

<1时，该材料比45钢难切削。目前常用的工件材料的相对加工性Kr共分为八个等级，详见表2.3。第2章

金属切削基本理论表2.3工件材料相对切削加工性等级加工性等级名称及种类相对加工性代表性工件材料1很容易切削材料一般有色金属＞3.0铜铅合金、铝铜合金、铝镁合金2容易切削材料易削钢2.5～3.0退火15Crσb=0.373～0.441GPa自动机钢σb=0.392～0.490GPa3较易削钢1.6～2.5正火30钢σb=0.441～0.549GPa4普通材料一般钢及铸钢1.0～1.645钢、灰铸铁、结构钢5稍难切削材料0.65～1.02Cr13调质σb=0.834GPa85钢轧制σb=0.883GPa6难切削材料较难切削材料0.5～0.6545Cr调质σb=1.03GPa65Mn调质σb=0.932～0.981GPa7难切削材料0.15～0.550CrV调质，1Cr18Ni9Ti未淬火，α相钛合金8很难切削材料＜0.15β相钛合金，镍基高温合金除刀具使用寿命指标外，根据需要，还可使用切削力和切削温度指标、加工表面质量指标、断屑性能指标等衡量材料的切削加工性。

第2章

金属切削基本理论2.改善切削加工性的措施改善材料切削加工性的途径主要包括合理选择材料的供给状态和对材料进行适当的热处理等。(1)合理选择材料的供给状态低碳钢以冷拔状态较易切削，因为低碳钢的塑性较大，经过冷拔以后，塑性便大大地降低了，改善了材料的切削加工性；中碳钢以部分球化的球光体组织较易切削；高碳钢以完全球化的退火状态较易切削；锻件、气割件的余量不均匀，且有硬皮，切削加工性不如冷拔或热轧毛坯好。在不影响材料使用性能的前提下，可在钢中适当添加一些合金元素（如S、Pb、Ca、P等），获得易切削钢，其切削性能良好。(2)对工件材料进行适当的热处理——对材料进行适当的热处理，可从一定程度上通过改变材料的金相组织来改善材料的切削加工性。例如，低碳钢可以通过正火处理来提高其硬度，从而改善其切削加工性。20Cr13、不锈钢，则可以通过调质处理来提高其硬度，降低塑性，获得较高的表面质量。此外，选择合理的刀具材料及刀具几何参数，选择合理的切削用量等也可在一定程度上提高材料的切削加工性。第2章

金属切削基本理论2.3.2刀具几何参数选择刀具的几何参数包括刃区的切削角度(如γo、αo、κr、κr′、λs等)，前、后刀面型式以及切削刃的形状等。在切削加工中，刀具材料、切削的形式等选定以后，刀具切削部分的几何参数对刀具切削性能的影响就成为主要因素了。它对切屑变形、切削力、切削温度和刀具磨损等都有重要的影响。最终将影响到刀具寿命、已加工表面质量、生产率、加工成本等。因而在实际生产中应在保证加工质量和刀具经济寿命的前提下，选择能够满足高效率、低成本的刀具几何参数。(1)前角的作用与影响

①影响切屑变形和切削力的大小。前角↗刀具锋利↗切屑变形↙切削力↙②增大前角，能减小加工硬化程度，并可抑制或消除积屑瘤,有利于提高加工表面质量；

③前角对刀具寿命有很大的影响。获得最大刀具寿命，必须选择一个合理的刀具前角；前角大↗刀刃及刀头强度↙散热条件差，刀具寿命↙前角大↙切削力、切削温度↗

刀具寿命↙④前角越大，切屑变形越小，越不容易断屑。第2章

金属切削基本理论(2)前角的正确选择①根据工件材料选择

加工塑性材料

大γO加工脆形材料

小γO工件材料的强度、硬度较低

大γO工件材料的强度、硬度较高

小γO②根据刀具材料选择

刀具材料的抗弯强度和冲击韧度较低小γO高速钢刀具可选择较大的前角，硬质合金刀具则选择较小的前角。陶瓷刀具的合理前角应选得比硬质合金刀具更小一些。③根据加工性质选择

粗加工小γO精加工

大γO“锐字当先、锐中求固”第2章

金属切削基本理论表2.4硬质合金车刀合理前角与后角参考值工件材料合理前角合理

后角粗车精车粗车精车低碳钢Q235200～250250～30080～100100～120中碳钢45（正火）150～200200～25050～7060～80合金钢40（正火）130～180150～20050～7060～80淬火钢45钢（45～50HRC）－150～－50120～150不锈钢（奥氏体1Cr18Ni9Ti）150～200200～25060～8080～100灰铸铁（连续切削）100～15050～10040～6060～80铜及铜合金（脆，连续切削）100～15050～10040～6060～80铝及铝合金300～350350～40080～100100～120钛合金σb≤1.17GPa50～100100～150第2章

金属切削基本理论2.前刀面的型式及其选择前面的型式与前角的选择是相互联系的，常用的车刀前刀面型式有平面型、曲面型和带倒棱型三种，见图2.20。图2.20前面的型式a)平面型b)曲面型c)带倒棱型第2章

金属切削基本理论2.前刀面的型式及其选择平面型前刀面——制造容易，重磨方便，刀具廓形精度高。正前角前刀面的切削刃强度较低，切削力小，主要用于精加工刀具、加工有色金属刀具和具有复杂刃形刀具上；负前角前刀面的切削刃强度高，切削时切削刃产生挤压作用，切削力大，易产生振动，常用于受冲击载荷的刀具，加工高硬度、高强度材料的刀具和挤压切削刀具上。负前角双面型适用于前、后刀面同时磨损的刀具上，同时沿前、后刀面重磨时能减少刀具材料的磨耗量。第2章

金属切削基本理论2.前刀面的型式及其选择曲面前刀面——起卷屑作用，并有助于断屑和排屑，主要用于粗加工塑性金属刀具和孔加工刀具上。有些刀具的曲面前刀面由刀具结构形成，如丝锥、钻头等。波形前刀面(或后刀面)是由许多弧形槽连接而成，由于弧形切削刃具有可变的刃倾角，使切屑挤向弧形槽底，改变材料应力状态，促使脆性材料形成的崩碎切屑转变成楞形切屑。可用于加工铸铁和铅黄铜的车刀和刨刀。第2章

金属切削基本理论2.前刀面的型式及其选择在硬质合金或陶瓷刀具的刃口上磨出倒棱面，可以提高刀具强度和刀具寿命，尤其是选用大前角时效果显著。第2章

金属切削基本理论3.后角的选择（1）后角的作用后角的主要功用是减少后刀面与过渡表面间的摩擦。增大后角，可减小后刀面与过渡表面之间的接触面积，减少摩擦，并使刃口锋利而减轻刃口对金属的挤压，有利于提高刀具寿命和表面质量。但后角过大(楔角过小)，刃口强度和散热条件变差，反而会降低刀具寿命，故应合理选择。通常αO=5—12°

工件材料：工件的σb、HB较大，则αO可选小值（2）选择原则刀具材料：刀具的σb、αk较大，则αO可选大值加工条件：粗加工时：αO小;精加工时：αO大例如，车削45钢时，粗车取αo=4º~7º，精车取αo=6º~10º。

硬质合金车刀合理后角的选择可参考表2.4。后角的作用主要是减少与已加工表面之间的摩擦。其大小一般与后角相同。第2章

金属切削基本理论4.主、副偏角的选择（1）主偏角、副偏角的作用与影响①影响残留面积的高度——已加工表面的粗糙度

Кγ、Кγ’↗Rmax↗②主偏角影响切屑层的形状Кγ↙aw↗刀刃工作长度↗单位负荷↙aw=ap/sinКr第2章

金属切削基本理论4.主、副偏角的选择③影响切削分力的大小和比例关系Ff=FNsinKr

Fp=FNcosKr

（2）选择原则awFN①工件材料：工件材料强度、硬度高

Кγ↙改善散热，提高刀具寿命

②工艺系统刚性：刚性好

Кγ↙背向力↙若工艺系统刚性允许，副偏角应选较小值，一般κr’=5~10°，最大不超过15°。精加工时κr’应更小，甚至磨出κr’=0°的修光刃。③加工条件：粗加工Кγ↗减振、防止崩刃精加工Кγ↙提高表面质量第2章

金属切削基本理论5.过渡刃的选择

为提高刀具刀尖强度，改善散热条件,延长刀具寿命，常在主、副切削刃交汇处磨出过渡刃。常用过渡刃有直线过渡刃和圆弧过渡刃两种形式，如图2.21所示。图2.21过渡刃形式a)直线过渡刃b)圆弧过渡刃直线过渡刃形式简单，易刃磨，常用作粗加工或强力切削车刀、切断刀等的过渡刃。过渡刃的偏角κrε=κr/2，过渡刃长度bε=（0.2~0.25）ap。精车时，为降低表面粗糙度，必要时可磨出一段κrε’=0的称为修光刃的过渡刃。

对于圆弧过渡刃，增大刀尖圆弧半径rε，则可减小粗糙度，但背向力增大，易引起振动。一般高速钢车刀rε=0.5～5mm；硬质合金车刀rε=0.2～2mm。第2章

金属切削基本理论6.刃倾角的选择

（1）刃倾角的作用①刃倾角影响切屑流出方向：λs>0，切屑流向待加工面；λs<0，切屑流向已加工面；②增大刃倾角，可使工作前角显著增大，钝圆半径减小，可提高切削刃的锋利性。③刃倾角还影响刀尖强度和散热条件。

（2）选择原则选择刃倾角时应考虑工件材料和加工性质等因素。

加工一般钢料及铸铁无冲击的粗车取λs=0°～-5°，精车取λs=0°～+5°

有冲击时取λs=-5°～-15°

冲击特别大时取λs=-30°～-45°。

加工淬硬钢、高强度钢时取λs=-5°～-12°。

刨刀一般取λs=-10°～-20°。

采用大的负刃倾角时，最好同时选用正的前角

第2章

金属切削基本理论2.3.3切削用量1.合理切削用量及其选择

合理切削用量——指在保证加工质量的前提下，充分发挥刀具的切削性能和机床的动力性能，获得高生产效率和低加工成本的切削用量。切削用量ap、f、vc三要素，虽然对加工质量、刀具使用寿命和生产效率均有直接影响，但影响程度却不同，且它们之间又是相互联系，互相制约的，不可能同时都选择得很大。因此，就存在着从不同角度出发，优先将哪个要素选择得最大才合理的问题。切削用量选择的基本原则粗加工时切削用量选择的基本原则基本目标提高生产效率切削用量三要素的乘积最大由于对刀具寿命影响最大的是切削速度vc，其次是进给量f，影响最小的是背吃刀量ap。因此，为了保证合理的刀具寿命，在选择切削用量时应尽可能选择大的背吃刀量ap，其次要在机床动力和刚度允许的前提下，选用较大的进给量f，最后根据刀具寿命选择合理的Vc值。质量——生产效率——成本第2章

金属切削基本理论2.3.3切削用量1.合理切削用量及其选择切削用量选择的基本原则(2)精加工时切削用量选择的基本原则基本目标保证加工精度和表面质量，兼顾必要的刀具寿命和生产效率

因此，精加工时应选用较小的背吃刀量ap和进给量f，以减小切削力及工艺系统弹性变形，减小已加工表面残留面积高度。ap通常根据加工余量而定，f的提高则主要受表面粗糙度的制约。ap和f确定之后，在保证合理刀具寿命的前提下，确定合理的切削速度vc。质量——生产效率——成本第2章

金属切削基本理论2.合理切削用量的选择方法

(1)确定背吃刀量ap

一般根据加工性质与加工余量确定背吃刀量ap。粗加工时，在保留半精加工与精加工余量的前提下，若机床刚度允许，加工余量应尽可能一次切掉，以减少走刀次数。在中等功率机床上采用硬质合金刀具车外圆时，粗车取ap＝0.3～2mm，精车取ap＝0.1～0.3mm。

在下列情况下，粗车可分多次走刀：①工艺系统刚度低，或加工余量极不均匀，会引起很大振动时，如加工细长轴和薄壁工件；②加工余量太大，一次走刀会使刀切削力过大，以致机床功率不足或刀具强度不够时；③断续切削，刀具会受到很大冲击而造成打刀时。多次走刀时，应当把第一次或头几次走刀的ap取得尽量大些。若为两次走刀，则第一次的ap一般取加工余量的2／3～3／4。质量——生产效率——成本第2章

金属切削基本理论2.合理切削用量的选择方法质量——生产效率——成本(2)确定进给量f粗加工时，对加工表面质量要求不高，这时切削力较大，进给量的选择主要受切削力的限制。在刀具、工件刚度与机床走刀机构强度允许的情况下，可选取较大的进给量。半精加工和精加工时，因背吃刀量较小，产生的切削力不大，进给量的选择主要受加工表面质量的限制。当刀具有合理的过渡刃、修光刃且采用较高的切削速度时，进给量可适当选小些。但不可选得太小，否则不但生产效率低，而且因切削厚度太薄而切不下切屑，影响加工质量。在生产中，进给量常常根据经验通过查表来选取。（3）确定切削速度

背吃刀量与进给量确定后在确定切削速度时，还应考虑下列因素：精加工时，应尽量避开积屑瘤和鳞刺的生成区；断续切削时，宜适当降低切削速度，以减小冲击和热应力；加工大型、细长、薄壁工件时，应选用较低切削速度；端面车削应比外圆车削的速度高些，以获得较高的平均切削速度，提高生产效率；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。

第2章

金属切削基本理论3.提高切削用量的途径

采用切削性能更好的新型刀具材料；(2)在保证工件机械性能的前提下，改善工件材料切削加工性；(3)采用性能好的切削液和高效冷却方式；(4)改进刀具结构，提高刀具制造和刃磨质量。第2章

金属切削基本理论2.3.4切削液

1．切削液的作用

(1)冷却作用——切削液通过液体的热传导作用，把切削区内刀具、切屑和工件上大量的切削热带走，从而有效地降低切削温度，减小工件和刀具的热变形，保持刀具硬度，提高加工精度和刀具寿命。切削液的冷却性能和其导热系数、比热、汽化热以及粘度有关。水的导热系数和比热均高于油，因此水的冷却性能要优于油。

(2)润滑作用——切削液的润滑作用，可以减小前刀面与切屑，后刀面与已加工表面间的摩擦，形成润滑膜，从而减小切削力、摩擦和功率消耗，降低刀具与工件摩擦部位的表面温度和刀具磨损，改善工件材料的切削加工性能。(3)清洗作用——切削液能对粘附在工件、刀具和机床表面的切屑、磨屑以及铁粉、油污和砂粒起清洗作用。防止机床和工件、刀具的沾污，使刀具或砂轮的切削刃口保持锋利。(4)防锈作用——切削液中加入防锈添加剂，可以与金属表面起化学反应生成保护膜，起到防锈、防腐蚀作用。

第2章

金属切削基本理论2.切削液的分类

（1）水溶液——水溶液的主要成分是水，冷却性能好，如配成透明状液体，还便于操作者观察。但纯水易使金属生锈、润滑性能差，故使用时常加入适当的添加剂，使其保持冷却性能的同时，具有良好的防锈性能和一定的润滑性能。（2）切削油——切削油的主要成分是矿物油（如机油、轻柴油、煤油）、动植物油（猪油、豆油）和混合油，这类切削液的润滑性能较好。纯矿物油难以在摩擦界面上形成坚固的润滑膜，润滑效果一般。实际使用时，常加入油性、极压和防锈添加剂，以提高润滑和防锈性能。动植物油适于低速精加工，但因其是食用油且易变质，最好不用或少用。（3）乳化液——乳化液是用95%～98%的水将有矿物油、乳化剂和添加剂配制成的乳化油膏稀释而成，外观呈乳白色或半透明，具有良好的冷却性能。因含水量大，润滑、防锈性能较差，常加入一定量的油性、极压添加剂和防锈添加剂，配制成乳化液和防锈乳化液。第2章

金属切削基本理论3.切削液的选用

切削液的种类很多，性能各异，应根据工件材料、刀具材料、加工方法和加工要求合理选用。一般选用原则如下：(1)粗加工：高速钢刀具

3%～5%的乳化液

冷却、降温

磨损↙

低速切削

切削油

润滑

磨损↙

较高速度

水溶液和乳化液

冷却、降温

磨损↙

硬质合金刀具

不用切削液

(2)精加工——精加工以减小工件表面粗糙度值和提高加工精度为目的加工一般钢件时，切削液应具有良好的润滑性能和一定的冷却性能。高速钢刀具在中、低速下（包括铰削、拉削、螺纹加工、插齿、滚齿加工等）切削时，应选用极压切削油或高浓度极压乳化液。加工铜、铝及其合金和铸铁时，可选用高浓度的乳化液。铸铁床身导轨加工时，用煤油作切削液效果不错。第2章

金属切削基本理论3.切削液的选用(3)难加工材料的加工

切削高强度钢、高温合金等难加工材料时，由于材料中所含的硬质点多、导热系数小，加工均处于高温高压的边界摩擦润滑状态，因此宜选用润滑和冷却性能均好的极压切削油或极压乳化液。

(4)磨削加工

磨削速度高、温度高，热应力会使工件变形，甚至产生表面裂纹，且磨削产生的碎屑会划伤已加工表面，所以宜选用冷却和清洗性能好的水溶液或乳化液。但磨削难加工材料时，宜选用润滑性好的极压乳化液和极压切削油。

（5）封闭或半封闭容屑加工

钻削、攻丝、铰孔和拉削等加工的容屑为封闭或半封闭方式，需要切削液有较好的冷却、润滑及清洗性能，以减小刀具与切屑摩擦产生的热量并带走切屑，宜选用乳化液、极压乳化液和极压切削油。第2章

金属切削基本理论2.4磨削过程

磨削加工的精度高，表面粗糙度小。随着现代加工技术的发展，磨削不仅作为传统的精加工方法，而且应用范围已扩大到包括粗加工和毛坯去皮加工等工序。2.4.1磨削过程的实质砂轮表面上分布着许多磨粒，每个磨粒就相当于一个刀齿。磨粒切削刃几何形状不确定（通常刃口前角为－60º～－85°），磨粒及切削刃随机分布。砂轮的组成要素——磨粒、结合剂、气孔第2章

金属切削基本理论2.4磨削过程图2.22

磨屑形成过程a）平面示意图b）截面示意图滑擦阶段——弹性变形：磨粒在工件表面滑擦而过，不能切入工件。刻划阶段——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。切削阶段——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。比较凹下或已钝化的磨粒既不切削，也不刻划，只在表面滑擦，起摩擦抛光作用。

磨屑形成过程滑擦阶段刻划阶段切削阶段磨削过程的实质是切削、刻划和摩擦抛光综合作用的过程。其中粗磨以切削作用为主，精磨时切削作用和摩擦抛光作用并存。

第2章

金属切削基本理论2.4.2磨削的特点

与普通切削加工相比，磨削具有如下特点。

能加工硬度很高的材料。磨削能加工车、铣等其它方法所不能加