金属切削原理与刀具

第一章金属切削加工的基本定义第一节切削运动和工件表面第二节刀具切削部分的几何角度第三节切削要素第一节切削运动和工件表面一、切削运动切削运动是为了形成工件表面所必需的刀具与工件之间的相对运动。在金属切削加工中，刀具和工件间必须完成一定的切削运动，才能从工件上切去一部分多余的金属层。1.主运动切削时最主要的运动称为主运动。由机床或人力提供的主要运动，它促使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前刀面接近工件，从工件上直接切除金属，它具有切削速度最高、消耗功率最大的特点。2.进给运动由机床或人力提供的运动，它使刀具和工件之间产生附加的下-页

返回第一节切削运动和工件表面相对运动，使主运动能够继续切除工件上多余金属，以便形成所需几何特性的已加工表面。3.合成切削运动主运动和进给运动的合成运动称为合成切削运动。在工作平面内，同一瞬时主运动方向与合成切削运动方向之间的夹角称为合成切削速度角二、工件上的表面切削过程中，工件上始终存在着三个不断变化的表面，如图1-1所示。上-页

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返回第一节切削运动和工件表面待加工表面:工件上有待切除的表面;已加工表面:工件上由刀具切削后产生的新表面;过渡表面:在待加工表面和已加工表面之间由切削刃在工件上正在形成的那个表面。上-页

返回第二节刀具切削部分的几何角度一、车刀切削部分的组成图1-3所示为直头外圆车刀，它由刀头(切削部分)和刀杆(夹持部分)所组成。(1)前面刀具上切屑流过的表面。(2)主后面刀具上与过渡表面相对的表面，或者说，刀具上同前面相交形成主切削刃的表面。(3)副后面刀具上与已加工表面相对的表面，或者说，刀具上同前面相交形成副切削刃的表面。(4)主切削刃前面与主后面的交线。它担负着主要的切削工作，也叫做主刀刃。下-页

返回第二节刀具切削部分的几何角度(5)副切削刃前面与副后面的交线。它酉由主切削刃完成切削工作并形成已加工表面。(6)刀尖主切削刃与副切削刃连接处相当短的那一部分切削刃。二、刀具静止角度参考系刀具切削部分的各表面与切削刃，其空间位置对刀具的切削性能、加工质量与切削效率有很大影响。刀具几何角度就是用来表达前、后面和切削刃的空间位置的。刀具静止角度参考系是设计、制造和刃磨刀具时采用的参考系。目前，常用的参考系有四种，即主剖面参考系、法剖面参考系和进给、切深剖面参考系。上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度1.主剖面参考系主剖面参考系由两个坐标平面和一个测量平面构成，即基面、切削平面和主剖面。基面如图1-5(a)所示，基面是过主切削刃上选定点并垂直于该点切削速度方向的平面，由此可知，在静止时，基面与刀杆底面平行；切削刃上各点基面相互平行；当切削刃与刀杆底面平行时，切削刃上各点基面重合为一个。切削平面如图1-5(a)所示，切削平面是过主切削刃上选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面，由此可知，切削刃上选定点的切削速度一定在该点的切削平面内。上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度主剖面(又称正交平面或主截面)如图1-5(a)所示，主剖面是指过主切削刃上选定点并同时垂直于基面与切削平面的平面，也可以认为，主剖面是垂直于主切削刃在基面上投影的平面，主剖面是一个测量平面。2.法剖面参考系法剖面参考系由基面、切削平面和法剖面组成，与主剖面参考系相比仅是测量平面不同，而坐标平面相同。3.进给、切深剖面参考系进给剖面如图1-5(b)所示，进给剖面是指过主切削刃上选定点，垂直于基面并平行于假定进给运动方向的平面。上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度切深剖面(背平面)如图1-5(b)所示，切深剖面是指过主切削刃上选定点，并垂直于基面和进给剖面的平面。三、刀具静止(标注)角度(一)主剖面参考系刀具静止角度(图1-6)1.在基面尸，内度量的角度将刀具投影在基面尸，内。主偏角主切削刃与进给运动方向间的夹角;副偏角副切削刃与进给运动反向间的夹角;刀尖角是一个函数角，其大小由主、副偏角的大小来确定，即上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度2.在切削平面内度量的角度刃倾角主切削刃与基面间的夹角。3.在主剖面内度量的角度由于主切削刃与副切削刃共处于同一前面内，所以当主切削刃的前角和刃倾角确定后，而副切削刃也就被确定了。因此，副切削刃通常只确定副偏角和副后角。4.在副剖面内度量的角度副后角副后面与切削平面间的夹角。综上所述，在主剖面参考系中，外圆车刀有六个独立几何角度。用这六个独立几何角度，就能够准确地表达车刀切削部分各表面及切削刃的空间位置。上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度(二)法剖面参考系刀具静止角度(1)在基面Pr内度量的角度κrκ’r以及在切削平面内度量的角度与主剖面参考系完全相同。(2)在法剖面内度量的角度过主切削刃上选定点，作出法剖面(图1-7)。(三)进给、切深剖面参考系刀具静止角度(1)在基面中的主偏角、副偏角心以及在切削平面中的刃倾角与主剖面参考系完全相同。(2)在进给剖面内度量的角度(图1-8)(3)在切深剖面内度量的角度(图1-8)上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度切深(背)前角前面与基面间的夹角，其正、负规定与相同;切深(背)后角主后面与切削平面间的夹角。以上介绍了四个剖面参考系中的刀具静止角度。(四)常用车刀静止角度举例车刀的种类很多，下面画出四把常用车刀的静止角度。(1)90°外圆车刀(图1-9)。(2)45°弯头车刀(图1-10)。(3)通孔镬刀(图1-11)。(4)切断刀(图1-12)。上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度(五)车刀几何形状的图示法车刀几何形状的图示法，就是用作图的方法将车刀切削部分的几何形状表达出来。1.切削部分的投影作图法(图1-13)下面讨论主剖面参考系刀具几何形状的投影作图法。(1)基面P，投影图①作假定进给运动方向②作刀杆宽度③确定刀尖位置④根据定义作κrκ’r⑤在主切削刃上任选一点D上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度(2)作切削平面投影图(S向视图)①作平行于主切削刃在基面上投影的平行线，作为刀杆底面。②按刀杆高度H，作刀杆顶面线。③根据定义作出λs。④将基面投影图中的A,B两点投影在切削平面投影图上，得主切削刃上的真实长度AB。(3)主剖面①过D点作主剖面。②沿切削平面在基面Pr上的投影，作切削平面Ps，确定D点，过D点作基面Pr、前角和后角。上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度③在Po内，根据D点的高度，作出刀杆底面，与主后面交于F;同理，若主切削刃上再选定B点，可得W点。(4)再作基面投影图①将F,W分别投影到基面Pr投影图，得直线FW(图中为虚线)，此直线即为主后面与刀杆底面的交线。②作副后面与刀杆底面的交线，其方法与上述相同。③过C点作主切削刃的平行线(此直线在前面内)，与主剖面和前面的交线DK交于J。(5)再作切削平面投影图①自基面投影图，将J点投影到切削平面投影图上，并过J点作主切削刃的平行线;将基面投影图上的C点投影到该平行线上，得C点在切削平面投影图上的投影。上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度②将L,G,H,E,Q投影于P。投影图，连接AG,CH,BL和BQ。③作CKS的投影线(此直线在内为虚线)，用虚线连接BS,ES。(6)副剖面图①过副切削刃上D'作副剖面P'o。②在P'o内，过D'点作出a'o。③根据D'点的高度，作出刀杆底面。④利用主、副剖面在前面上交点的高度，作出前面。2.切削部分的简略画法按照真实投影关系来表达车刀切削部分的几何形状，相当烦琐与复杂。在工程上通常采用简略画法，即按照大致的投影上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度关系，取基面投影图为俯视图，切深剖面或进给剖面投影为正视图，切削平面投影图为向视图，同日州主出主、副剖面，在这些图上标出静止角度及刀杆尺寸，尺寸按比例绘制。(六)刀具不同参考系静止角度的换算*刀具静止角度以主剖面参考系静止角度应用为最多。1.主、法剖面间的角度换算经推导，可得到如下计算关系式上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度对于后角与法后角的换算可用类似方法求得。但最简单的方法是假定后面转向前面并与前面重合，这样便有主后角与法后角的关系式2.主剖面与进给、切深剖面间的角度换算任意剖面是指垂直于基面的平面，进给剖面、切深剖面、切削平面等是任意剖面的特例。上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度经推导(具体推导过程略)，可得前角换算关系式3.车刀几何角度的刃磨车刀所要求的几何角度是经过刃磨而获得的。手工刃磨获得的几何角度误差较大，有时很难满足切削要求，所以常在磨刀机上进行刃磨。常用的车刀刃磨夹具如图1一18所示，它由平口虎钳1、两副90°弯头2和底座3组成。上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度(1)刃磨后面夹具如图1-18(a)所示，为磨出选定的κr和αo，刃磨后面的调整步骤如下。①将车刀装在平口虎钳中，原始位置如图1-18(b)所示。②绕z轴旋转κr角，使车刀切削平面与砂轮工作平面平行，如图1-18(c)所示。③绕Y轴旋转角，使主切削刃平行于x轴，如图1一18(d)所示。④绕x轴旋转αn角，使后面与砂轮工作平面平行，如图1-18(e)所⑤沿Y轴方向吃刀，沿x轴方向作进给，刃磨后面。上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度(2)刃磨前面可按下述步骤进行调整。①将车刀装在平口虎钳中，位置如图1-18(f)所示，使车刀的vf方向垂直向上，此时的:轴平行于车刀的假定进给平面Pr,Y轴则平行车刀的假定切深剖面.②绕x轴旋转γp角。③绕y轴旋转γf角。④吃刀、进给，进行刃磨。四、刀具工作角度刀具静止角度是以刀杆底面为基准，并在不考虑进给运动大小的条件下定义的角度，是供设计、刃磨与测量使用的。但是在实际切削时，由于刀具的安装位置、刀具与工件相对运动情况的变化，实际起作用的角度与静止角度不同。上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度刀具工作角度参考系是以刀具合成切削速度ve方向为依据建立的参考系，各平面和刀具角度，其符号要加注下脚标“e”.工作基面通过切削刃上选定点并与合成切削速度ve方向相垂直的平面;工作切削平面通过切削刃上选定点与切削刃相切并垂直于工作基面的平面。(一)横向进给对刀具工作角度的影响由于横向进给时vf较大，通过合成切削速度。。建立的工作参考系相对静止参考系转过了较大的角度，如图1-20所示。上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度工作前角和工作后角μo的数值可由下式来确定(二)纵向进给对刀具工作角度的影响同样道理，由于进给运动的存在，以合成切削速度。。建立的工作基面尸、和工作切削平面分别与基面和切削平面的夹角为μf，如图1-21所示。上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度工作进给前角和工作进给后角若将工作角度的变化情况转化到主剖面中，则有工作前角工作后角由上式可知，μo的大小与进给量五工件待加工表面直径d，和主偏角有关，对于车削外圆，μo值比较小，一般不超过30'~40'，故可忽略不计。上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度值得注意的是，螺纹车刀左右两侧切削刃的值对工作角度的影响是相反的，为使左右两侧工作后角相接近，在刃磨时左右两侧不应磨成相等的后角。(三)刀具安装位置对刀具工作角度的影响刀具工作角度除受进给运动影响外，还要受刀具安装位置的影响，下面分两种情况进行讨论。如图1-23所示，当刀尖安装高于工件中心时，由于实际切削速度不在工件中心高上，其方向与刀杆底面不垂直。此时，按照实际切削速度方向建立的工作参考系，其工作角度与静止角度的关系为上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度若将切深剖面中的工作角度的变化情况转化到主剖面，则有工作前角工作后角若刀尖安装低于工件中心时，刀具工作角度变化情况正好与上述相反。另外，镬孔时刀具安装高低对工作角度的影响正好与车外圆相反。对这些问题不作赘述，由读者自己分析。2.刀杆中心面《中心线)不垂直于进给运动方向的影响如图1-24所示，车刀刀杆中心面(中心线)与进给运动方向不垂直时，工作主偏角、工作副偏角将发生变化。上-页

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返回第二节刀具切削部分的几何角度在生产实际中，可根据实际切削需要来调整主偏角与副偏角的数值。上-页

返回第三节切削要素一、切削用量切削用量表示主运动和进给运动量，用于调整机床的工艺参数。它是指切削加工过程中切削速度、进给量和背吃刀量(切削深度)三个要素的总称。1.切削速度切削速度vo单位为m/s或m/min，是指切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时线速度。主运动是旋转运动时，切削速度的计算公式如下:下-页

返回第三节切削要素2.进给量进给量f，单位是mm/r或mm/r(行程)，是指工件或刀具的主运动每转或每一行程刀具与工件两者在进给运动方向上的相对位移量。主运动是往复直线运动时为每往复一次的进给量。3.背吃刀量背吃刀量单位是mm，是指工件已加工表面和待加工表面之间的垂直距离。外圆车削背吃刀量为上-页

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返回第三节切削要素钻孔背吃刀量为二、切削层横截面要素切削层是指在切削过程中刀具的刀刃在一次走刀中所切除的工件材料层。切削层的轴向剖面称为切削层横截面，如图1一25所示。(1)切削层公称宽度Bd切削层公称宽度是指刀具主切削刃与工件的接触长度，单位是mm。上-页

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返回第三节切削要素(2)切削层公称厚度hD切削层公称厚度是指刀具或工件每移动一个进给量f时，刀具主切削刃相邻的两个位置之间的垂直距离，单位是mm。车外圆时:(3)切削层公称横截面积Ap切削层公称横截面积即切削层横截面的面积，单位是mm可以表示为上-页

返回图1-1切削运动和加工表面返回图1一3典型外圆车刀切削部分的组成返回图1一5刀具静止参考系的平面返回图1一6主剖面参考系刀具静止角度返回图1一7法剖面参考系刀具静止角度返回图1一8进给、切深剖面参考系刀具静止角度返回图1一990°外圆车刀几何角度返回图1一1045°弯头车刀几何角度返回图1一11通孔镗刀几何角度返回图1一12切断刀几何角度返回图1一13车刀投影作图法返回图1一18车刀刃磨夹具及刃磨前、后面时的调整返回图1一21纵向进给时刀具的工作角度返回图1一23刀具安装高低对刀具工作角度的影响返回图1一24刀杆中心面不垂直于进给方向的工作角度返回图1一25纵车外圆时的切削层要素返回第二章刀具材料第一节刀具材料应具备的性能第二节常见刀具材料第三节其他刀具材料第一节刀具材料应具备的性能一、硬度、耐磨性和耐热性刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。二、足够的强度和韧性这是满足刀刃在承受重载荷及机械冲击时不致破损的需要。切削时，刀具切削部分要承受很大的切削力、冲击和振动，为避免崩刃和折断，刀具材料应具有‘足够的强度和韧性。下-页

返回第一节刀具材料应具备的性能三、良好的工艺性能和经济性这是为了便于使用和推广的需要。刀具材料具有良好的工艺性能，可以进行锻、轧、焊接、切削加工和磨削、热处理等，方便制造加工，满足各种加工的需要。四、良好的导热性和较小的膨胀系数这是提高加工精度的需要。在其他条件相同的情况下，刀具材料的导热系数越大，则由刀具传出的热量越多，有利于降低切削温度、提高刀具耐用度。五、稳定的化学性能和良好的抗猫结性能这是提高刀具抗化学磨损的需要。刀具材料的化学性能稳定，在高温、高压下，才能保持良好的抗扩散、抗氧化的能力。上-页

返回第二节常见刀具材料一、高速钢高速钢是一种加入了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。1.高速钢的特点高速钢是加入了W,Mo,Cr,V等合金元素的高合金工具钢，其合金元素W,Mo,Cr,V等与C化合形成高硬度的碳化物，使高速钢步埔书独子的耐磨J性。W和C的原子鬓洽力很强，提高了马氏体受热时的;封脾稳定性，使钢在550℃一600℃时仍能保持高硬度，增加了钢的热硬性。Mo的作用与W基本相同，并能细化碳化物晶粒，提高钢中碳化物的均匀性，下-页

返回第二节常见刀具材料从而提高钢的韧性。V与C的结合力比W的更强，以稳定的VC形式存在，且VC晶粒细小，分布均匀，硬度很高，V使钢的热硬性提高的作用比W哪虽烈。W和V的碳化物在高温时有力地起到阻止晶粒长大的作用。2.高速钢的种类高速钢根据切削性能，可分为普通高速钢和高性能高速钢;根据化学成分，可分为钨系、钨钥系和钥系高速钢;根据制造方法，可分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。(1)普通高速钢普通高速钢工艺性能好，切削性能可满足一般工程材料的常规加工要求。上-页

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返回第二节常见刀具材料(2)高性能高速钢高性能高速钢是在普通型高速钢中增加C,V，添加Co,Al等合金元素的新钢种。其常温硬度可达67一70HRC，耐磨性和耐热性有显著提高，能用于不锈钢、耐热钢和高强度钢等难加工材料的切削加工。(3)冶金高速钢粉末冶金高速钢是把高频感应炉熔炼好的高速钢钢水置于保护气罐中，用高压隋性汽体(如氢气)雾化成细小的耀日丈，然后用高温、高压压制、烧结而成。它克服了一般熔炼方法产生的粗大共晶偏析，热处理变形小，韧性、硬度较高，耐磨性好。用它制成的刀具，可切削各种难加工材料。上-页

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返回第二节常见刀具材料二、硬质合金硬质合金的发展很快，现已成为主要的刀具材料之一。目前车削刀具大都采用硬质合金，其他刀具采用硬质合金的也日益增多，如硬质合金端铣刀、立铣刀、镬刀、拉刀、铰刀等。1.钨钻类(YG类)硬质合金YG类硬质合金相当于ISO标准的K类，主要由WC和Co组成，其常温硬度为88~91HRA，切削温度可达800℃~900℃，常用的牌号有YG3,YC,6,YG8等。YG类硬质合金的抗弯强度和冲击韧度较好，不易崩刃，适合切削脆性材料，如铸铁。YG类硬质合金的刃磨性较好，刃口可以磨得较锋利，同时导热系数较大，可以用来加工不锈钢和高温合金钢等难加工材料、非铁金属及纤维层压材料。第二节常见刀具材料2.钨钻钦类硬质合金YT类硬质合金相当于ISO标准的P类，主要由WC,TiC和Co组成，其常温硬为89~93HRA，切削温度可达800℃~1000℃，常用的牌号有YT5,YTlS,YT30等。YT类硬质合金中加入TiC，使其硬度、耐热性、抗豁结性和抗氧化能力均有所增加，从而提高了刀具的切削速度和刀具耐用度。3.钨钻钦担类硬质合金W类硬质合金相当于ISO标准的M类，它是在普通硬质合金中加入了TaC或NbC等稀有难熔金属碳化物，从而提高了硬质合金的韧性和耐磨性，使其具有较好的综合切削性能。上-页

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返回第二节常见刀具材料4.碳化钦基类《YN类)硬质合金YN类硬质合金相当于ISO标准的P类，又称为金属陶瓷，它是以TiC为主要成分，以Ni和Mo为豁结剂的硬质合金，具有很高的硬度，与工件材料的亲和力较小，可采用较高的切削速度。因此，它适用于高速精加工普通钢、工具钢和淬火钢。5.超细晶粒硬质合金这是一种高硬度、高强度兼备的硬质合金，具有‘硬质合金的高硬度和高速钢的高强度。因此，这类合金可用于间断切削，特别是难加工材料的间断切削;加工难加工材料时，其刀具耐用度可比普通硬质合金高3~10倍;这类合金适用于高速钢刀具耐用度不够，一般硬质合金又易崩刃的场合，对于切断和端面车削这类切削速度变化范围很宽的加工也是很适宜的。上-页

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返回第二节常见刀具材料6.涂层硬质合金涂层硬质合金采用韧性较好的基体和硬度、耐磨性极高的表层，通过化学气相沉积(CVD)等方法实行表面涂层，是20世纪的重大技术进展，较好地解决了刀具的硬度、耐磨性与强度、韧性之间的矛盾，因而具有良好的切削性能。涂层材料主要有TiC,TiN,Al2O3及其他复合材料。TiC涂层具有很高的硬度与耐磨性，抗氧化性也好，切削时能产生氰化钦薄膜，降低摩擦系数，减少刀具磨损。TiN涂层在高温时能形成氧化膜，与铁基材料摩擦系数较小，抗豁结性能好，能有效地降低切削温度。上-页

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返回第二节常见刀具材料7.钢结硬质合金钢结硬质合金的代号为YE。它以WC,TiC作硬质相(占30%~40%)，以高速钢(或合金钢)作黏结相(占60%~70%)。上-页

返回第三节其他刀具材料一、金刚石金刚石是碳的同素异构体。它的硬度极高，接近于10000HV(硬质合金仅为1300一1800HV)，是目前已知的最硬材料。1.天然单晶金刚石刀具单晶金刚石结晶界面有一定的方向，不同的晶面上硬度与耐磨性有较大的差异，刃磨时需选定某一平面，否则影响刃磨与使用质量。2.人造聚晶金刚石聚晶金刚石是将人造金刚石微晶在高温高压下再烧结而成，可制成所需形状尺寸，镶嵌在刀杆上使用。由于其抗冲击强度提高，可选用较大切削用量。下-页

返回第三节其他刀具材料3.复合金刚石刀片这类刀片是在硬质合金基体上烧结一层约0.5mm厚的聚晶金刚石。复合金刚石刀片强度较好，允许切削断面较大，也能间断切削，可多次重磨使用。金刚石刀具主要用于非铁金属及其合金进行精密加工、超精加工，还能切削高硬度非金属材料，如压缩木材、陶瓷、刚玉、玻璃等的精加工，以及难加工的复合材料的加工。二、立方氮化硼(cBN)立方氮化硼是六方氮化硼的同素异构体，是人类已知的硬度仅次于金刚石的物质。立方氮化硼刀片可用机械夹固或焊接的方法固定在刀杆上，也可以将立方氮化硼与硬质合金压制在一起成为复合刀片。上-页

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返回第三节其他刀具材料三、陶瓷陶瓷具有很高的高温硬度和耐磨性，在1200℃高温时仍具有较好的切削性能，其化学稳定性好，在高温下不易氧化，与金属亲合力小，不易发生豁结和扩散。1.高纯氧化铝Al2O3陶瓷这类陶瓷的主要成分是Al2O3，加入微量Mg0(用于细化晶粒)，经冷压烧结而成。为92~94HRA，抗弯强度为0.392~0.491GPa。2.复合氧化铝Al2O3一TiC陶瓷这类陶瓷是在Al2O3基体中添加TiC,Ni,W和Co等合金元素，经热压烧结而成，硬度为93~94HRA，抗弯强度为0.586~0.785GPa。上-页

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返回第三节其他刀具材料3.复合氮化硅Si3N4一TiC一Co陶瓷这类陶瓷是将硅粉氮化、球磨后，添加助烧剂，置于模腔内热压烧结而成。氮化硅陶瓷最大的特点是能进行高速切削，车削灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等材料效果更为明显。氮化硅陶瓷适合于精车、半精车、精铣或半精铣;还可用于精车铝合金，达到以车代磨。上-页

返回第三章金属切创过程及其基本规律第一节切削变形第二节切削力第三节切削温度第四节刀具磨损第一节切削变形一、切削方式切削方式是由刀具切削刃和工件间的运动所决定，可分为:直角切削、斜角切削和普通切削三种方式(图3-1)。1.直角切削如图3-1(a)所示，大于切削宽度的刀具切削时，切削速度，在切削平面内垂直于切削刃;切屑流出速度在前刀面上也垂直于切削刃。由于沿切削刃方向的分速度和切削分力均为零，沿切削刃方向(沿切削宽度方向)的变形为零。2.斜角切削下-页

返回第一节切削变形如图3-1(b)所示，使用主偏角，κr=90°、刃倾角、前角、切削刃长度大于切削宽度的刀具切削时，在切削平面P。内，切削速度与切削刃的垂直方向间的夹角为λs，由于沿切削刃产生分速度和切削分力，因而沿切削刃(沿切削宽度b)也产生变形，属于空间应变状态。3.普通切削如图3-1(c)所示，使用主偏角、副偏角、刃倾角、前角的刀具切削时，切削刃和副切削刃同时参加切削。它是最一般的切削方式。由于变形复杂，对其分析更为困难。二、切削变形概述1.切屑的基本形态上-页

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返回第一节切削变形(1)带状切屑如图3-2(a)所示，切屑呈连续状、与前刀面接触的底层光滑、背面呈毛茸状。(2)挤裂状切屑如图3一2(b)所示，切屑背面呈锯齿形、内表面有时有裂纹。其原因是:切削层变形和加工硬化大，使某一局部的应力达到材料的强度极限的结果。(3)单元状切屑如图3一2(c)所示，切削塑性很大的材料，如铅、退火铝、纯铜时，切屑容易在前刀面上形成豁结不易流出，产生很大变形，使材料达到断裂极限，形成很大的变形单元，而成为此类切屑。上-页

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返回第一节切削变形(4)崩碎状切屑如图3一2(d)所示，切削脆性材料，如铸铁、黄铜等时，形成片状或粒状切屑。以铸铁为例，由于铸铁中含有石墨，强度较低，当刀具切人时，在切削刃附近的铁素体未经充分塑性变形，就沿石墨边界处产生裂纹而断裂，形成不规定的崩碎切屑。2.切削时的变形区根据实验，切削时，当厚度为hD，宽度为bD，的切削层，以切削速度vc向刀具接近时，塑性变形由OA开始，至OM终了，形成AOM塑性变形区。由于塑性变形的主要特点是晶格间的剪切滑移，因此称为剪切区或第I变形区;当切削层经剪切区后形成的切屑以速度沿前刀面流出时，摩擦力使切屑底层的金属又以剪切滑移的方式再一次变形。由于该变形上-页

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返回第一节切削变形切削过程中的变形，包括上述三个变形区，它们汇集于切削刃附近。以下分别从三个变形区讨论切削变形。三、剪切区的变形1.剪切区的形成由材料力学可知，如图3-4(a)所示的物体，受外力作用后，当其内部的切应力达到材料的屈服点时，就产生塑性变形。切削加工时，工件上的切削层，受到刀具的偏压时，如图3-4(b)所示，切削层产生弹性变形而至塑性变形。上-页

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返回第一节切削变形图3-5(a)中，每条滑移线都代表一个剪应力相等的曲面(宽度b。图中未标出)，不同滑移线上的切应力大小不相等，OA上的切应力值等于金属的屈服点，而OB,OC,OM上的切应力，则由于变形、加工硬化而依次升高2.切削力系与应力使剪切区产生滑移所需的力，是由前刀面作用并经切屑传递的。若以切屑为分离体，如图3-6(a)所示为讨论方便，把切削力系集中到切削刃上，如图3-6(b)所示。上-页

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返回第一节切削变形四、摩擦区的变形1.摩擦区的形成切削层经剪切面形成切屑，沿前刀面流出时，因受前刀面的挤压和摩擦，切屑底层各金属层间流动速度依次降低，使这层金属再一次产生剪切滑移，结果金属晶粒变为与前刀面趋于平行的纤维状，把切屑上的这一层金属称为滞流层(图3-10)图3一10(a)所示为切削实验的照像图，图中平行于前刀面的纤维状切屑层即滞流层。3一10(b)为滞流层形成的示意图。上-页

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返回第一节切削变形2.前刀面的摩擦特性根据实验，当前角由-45°增大到45°时，切屑与前刀面间的摩擦因数由0.3增大到1.0，如图3-11(a)所示，此值比一般摩擦面间的滑动摩擦因数高很多(一般为0.1~0.15),并且是一个变量。切削时，切屑与前刀面是在高压(2-3GPa)和高温的作用下，切屑底层不断以新生表面和前刀面接触。切屑底层变软的滞流层，会嵌入到前刀面的凹凸不平中，形成全面积接触，如图3-12(b)所示，阻力增大，滞流层底层的流动速度可降低为零。在适当的温度与压力条件下，就形成豁结上-页

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返回第一节切削变形现象，把这个区域称为豁结区。在豁结区内，摩擦现象不是产生于切屑底层与前刀面之间，而是产生于滞流层内部，即滞流层金属内部材料的剪切滑移代替了接触面的相对滑移。于是摩擦因数为:在豁结区以外的范围内，图3-10(b)的C点以后，由于切削温度低、压力小，切屑与前刀面的实际接触面积减少，其摩擦性质属于滑动摩擦，这个区域称滑动区。上-页

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返回第一节切削变形五、积屑瘤在某一定切削速度范围内，切削钢、4一6黄铜、铝合金等材料时，切削刃附近的前刀面上会出现一块堆积物，代替切削刃工作，把这个堆积物称为积屑瘤。1.积屑瘤的产生与成长由电子扫描得出的积屑瘤产生与成长模型图示于图3一14。由图可见，当切屑经前刀面流出时，第B变形区滞流层中的一部分金属，在适当的温度与压力条件下与母体分离，牢固地豁结在前刀面上，成为形成积屑瘤的核，如图3一14(a)所示，豁结是金属原子间在其作用力的范围内，相互吸引而结合的状态，其条件大体为:两金属的可溶性;结合是金属上-页

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返回第一节切削变形结合以及必要的温度和充分的接触时间等。温度对豁结起着决定性的作用。一旦在前刀面上产生豁结成为形成积屑瘤的核，为形成积屑瘤建立基础之后，形成积屑瘤就很容易了。因为，同一种金属相互豁结是比较容易发生的。这时，在一定的温度与压力条件下，滞流层一部分金属与母体分离，一层一层的堆积并豁结在一起形成积屑瘤当切削不会引起加工硬化的材料时，即使会产生豁结产生形成积屑瘤的核，但由于堆积物太软，会被切屑带走，积屑瘤还是成长不起来。上-页

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返回第一节切削变形2.积屑瘤的脱落与消失当切削温度升高到某一临界值时，积屑瘤就消失，这个值为500℃~600℃(与金属材料的再结晶温度560℃相当)。这时，由于温度高，金属的延展性增加，加工硬化消失，堆积物变软被切屑带走，积屑瘤就脱落或消失。因而引起积屑瘤脱落和消失的主要原因也是切削温度。五、已加工表面的变形与表面质量1.已加工表面的形成(图3一17)切削时，切削层金属流经切削刃分为两支，一支通过剪切区成为切屑;另一支沿后刀面形成已加工表面。已加工表面是在切削刃前方的复杂而集中的应力状态下，与切离切屑同时产生。上-页

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返回第一节切削变形2.已加工表面变质层的物理—力学特性这层约1mm厚度的表面变质层，其组织如图3-18所示。最外层为化合物层(非晶体组织)其主体为金属氧化物。切削温度愈高，它的厚度就愈厚。当厚度超过某一限度时，其薄膜会因光的干涉作用，而呈现出黄、红、蓝等颜色。(1)加工硬化经过切削加工的已加工表面层硬度提高的现象称为加工硬化。塑性变形越大，硬化程度愈大，深度也越深。另一方面，因切削热引起的退火效应，也会使硬度降低，如加工淬火钢。(2)残余应力残余应力是指取掉外力后，物体内存在应力的现象。上-页

返回第二节切削力一、切削力的来源切削时，切削力来源于以下几个方面:产生切屑所需的切削力，即第I,II变形区产生的切削力。在形成已加工表面过程中，切削刃的钝圆部分和后刀面对已加工表面由于挤压、摩擦而形成的切削力;刀尖半径部分和参与切削的副切削刃所产生的切削力。车削时作用于车刀的总切削力是这三个方面产生切削力的总和。如果设刀具切削刃理想的锋利，后角又很大，并且略去副切削刃的作用，那么式(3-4)所示的切削合力的计算公式，可以作为理论切削合力的计算式。下-页

返回第二节切削力二、切削分力及其作用1.用测力仪测出各切削分力采用三向测力仪，可直接测出在一定切削条件下沿运动方向的切削分力在基面内的切削合力切削合力上-页

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返回第二节切削力进给力(进给抗力)Fr作用于机床的进给机构，它也消耗功率。背向力(切深抗力)FP不做功，但由于作用于工件的径向(纵向切削)，车削细长工件时会使工件变形而产生加工误差。精加工时，希望其值不要过大。2.用分析法确定切削分力(图3一20)为了明确切削分力的实际作用方向、有关因素对切削分力的影响和便于分析其他切削方法的切削分力，现用分析法讨论车削时的切削分力。(1)在法平面坐标(参考)系LMN中的切削分力L—在切削平面内沿切削刃的坐标轴;M-在基面上垂直于切削刃的坐标轴;上-页

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返回第二节切削力N一在切削平面内垂直于切削刃的坐标轴。在一定切削条件下，作用于前刀面的法向力Fn和摩擦力作用方向是已知的。因而，作用于切削刃的切削分力可以确定。事实上这三个分力是切削时作用于切削刃的固有分力。(2)在xyz坐标系中的切削分力(图3-20)上-页

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返回第二节切削力三、计算切削力的实验公式在推导切削力的理论公式(3-4)时，作了某些假设与忽略，同生产实际有一定差异，故不能用于实际切削力计算。目前大都采用由切削实验得到的切削力实验公式。这种公式是通过大量切削实验，将得到的实验数据用数学方法处理而得到的。在生产中计算切削力的实验公式可分两类:一类是指数公式，一类是单位切削力。现分述如下:上-页

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返回第二节切削力1.指数公式2.单位切削力公式按Kienzle计算切削力的公式上-页

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返回第二节切削力(1)前角改变时切削力的修正系数(2)切削速度改变时切削力的修正系数(3)刀具材料改变时，切削力的修正系数，列于表3一5四、影响切削力的因素1.工件材料的影响工件材料强度大、硬度高、切应力大，切削力就大。但切削力的大小，并不单纯受工件材原始强度和硬度的影响，还与其他因素有关，如:不锈钢1Cr18Ni9Ti的强度和硬度都与45钢接近，加工时，切削力却相当大，其原因是，这种材料上-页

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返回第二节切削力的韧性比45钢约大5倍，加工硬化能力强，较小的变形，就会引起硬度大幅度升高，从而使切削力增大;又如，切削灰铸铁等脆性材料时，若从硬度方面看，它和45钢相近，但切削力却小得多，这是由于脆性材料强度小、切削变形的缘故。2.切削用量的影响(1)背吃刀量(切削深度)aP背吃刀量aP增大，切削宽度按比例增大，从而使剪切面面积和切屑与前刀面的接触面积都按比例增大，第I变形区和第II变形区的变形都按比例增大。(2)进给量f进给量f增大，切削厚度按比例增大，而切削宽度不变。这时虽剪切面面积按比例增大，但切屑与前刀面的接触未按比例增大，第B变形区的变形未按比例增加。因而当进给量f增大1倍时，切削力增加70%~80%。上-页

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返回第二节切削力(3)切削速度根据实验，切削时，若不形成积屑瘤，随着切削速度的增大，应变速度加快，剪切区变窄，变形减小;切屑与前刀面的接触长度也减小，摩擦力减小。若形成积屑瘤，开始时，随着切削速度的增大，逐渐产生与形成积屑瘤，使实际前角逐渐增大，切削力下降。至B点，积屑瘤高度最高，切削力最小;随着切削速度的增加，切削温度不断升高，积屑瘤逐渐脱落，使前角减小，切削力又逐渐增加。3.刀具几何形状的影响(1)前角由图3一11(a)可知，前角增大，前刀面摩擦因数增大，摩擦角增大。上-页

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返回第二节切削力工件材料不同，前角的影响也不同。对塑性大的材料，如纯铜、铝合金等，切削时变形大，前角影响显著;而对脆性材料如黄铜，前角的影响则较小。切削时，从切削力的角度看，切削塑性材料刀具前角可选用大值，切削脆性材料刀具前角应选用小值。同时前角不应太小，但也不宜过大，应有一个适宜值。(2)主偏角对切削力的影响当切削面积AD不变时主偏角增大，切削厚度增大，而切削宽度减小，切削层形状变为厚而窄，切削力减小上-页

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返回第二节切削力(3)刃倾角实验结果如图3一27所示。它说明刃倾角对切削力影响不大，原因是:刃倾角γ0增大，有效前角增大，切削力减小;但与此同时，实际切削宽度变宽，又使切削力增大。刃倾角γ0对进给力和背向力(切深抗力)影响较大。(4)刀尖圆弧半径r。当背吃刀量(切削深度)、进给量一定时，由于圆弧刃上各点的主偏角和副偏角是变化的，如图3-28刀点的点的，而A点的krA=0。若刀尖圆弧半径增大，切削刃上的平均主偏角就减小，使切削宽度增大，切削厚度h。减小，切削断面形状变为宽而薄，切削力增大，Fv明显增大。从切削力的角度看，应采用小的刀尖圆弧半径上-页

返回第三节切削温度切削温度是切削过程中又一重要的物理现象。切削温度影响刀具与切屑的摩擦状态，影响积屑瘤的产生与消失、刀具磨损、工件加工精度等。一、切削热1.切削热的产生切削中消耗的能量(功率)只有很少一部分转化为材料的内能(加工硬化)，其余几乎全部以热的形式表现出来。即:消耗在切削区域的能量---切削热由此可知.三个变形区即为三个热源。下-页

返回第三节切削温度2.切削热的传散切削热的传散主要有四个渠道:工件、切屑、刀具与介质(空气、切削液)对于车削而言，其各自热量传散比例大体为:切屑传出的热量为50%~86%，工件传出的热量为3%~9%,刀具传出的热量为10%~40%，空气传出的热量为1%左右。二、切削温度切削温度一般指切屑与前面接触区域的平均温度。用实验方法得到的计算切削温度的指数公式为:上-页

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返回第三节切削温度实际上，在主剖面内前面上的切削温度的分布是不同的。三、影响切削温度的因素分析各因素对切削温度的影响，主要从这些因素对单位时间内热量产生和传出的多少入手。在一定的切削条件下，若某一因素变化时，单位时间内产生的热量大于传散出去的热量，则这一因素使切削温度升高;反之，则使切削温度降低。1.工件材料工件材料主要通过本身的强度、硬度、热导率、热容量等对切削温度产生影响，如在同样的切削条件下，切削不锈钢要比切削中碳钢的切削温度高得多。其原因是不锈钢相对中碳钢而言，强度高，塑性变形大，加工硬化严重，单位时间内产生的热量多，再加上热导率小，即单位时间传散出去的热量少。上-页

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返回第三节切削温度2.切削用量(1)切削速度单位时间内传散的热量受切削速度的提高影响很小，故切削速度对切削温度的影响很大，如图3-32(a)所示。(2)进给量f当进给量f增大时，由式(3一21)可知，产生的热量增加，但散热条件也有所改善(即切屑与前面的接触面积有所增大)，单位时间内传散出去的热量增加，故切削温度有所升高，如图3一32(b)所示。(3)切削深度当切削深度增大时，由(式3一21)可知，产生的热量按比例增加，但散热条件显著改善(即刀具与工件、切屑与前面的接触面积按比例增大)上-页

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返回第三节切削温度3.刀具几何参数(1)前角Y。当前角增大时，切削变形、摩擦减小，产生热量减少，因而切削温度随着前角的增大而降低;但前角增至18°~20°后，因楔角减小，散热条件变差，对切削温度的影响减小，甚至因前角过分增大，切削温度反而逐渐升高。(2)主偏角减小主偏角，可使hD减小、bp增大，散热条件得到改善，切削温度下降。(3)刀尖圆弧半径r。当增大刀尖圆弧半径时，可使刀具切削刃的平均主偏角减小，切削宽度增大，刀具散热条件得到改善，故切削温度降低。上-页

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返回第三节切削温度4.其他因素的影响切削时使用切削液，可使切削温度降低;刀具磨损增大，会使切削温度升高。四、切削温度对工件加工精度等的影响1.对工件尺寸精度的影响由于工件受热脆期长，冷却后尺寸变小，所以切削公破会l氢接影响工件的加工精度。在很高的切削公破下，有时工件的表面层组织发生变化，影响使用J助匕，并影响工件质量，甚至会出现废品。上-页

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返回第三节切削温度2.对刀具材料的影响硬质合金的性质之一是高温时强度比较高，韧性比较好，因此适当提高切削温度对防止硬质合金崩刃、提高其耐用度是有利的。上-页

返回第四节刀具磨损一、刀具磨损形态刀具磨损是指刀具摩擦面上的刀具材料逐渐损失的现象。刀具磨损的形态一般有以下三种:1.前刀面磨损当切削塑性材料，切削厚度和切削速度都较大时，切屑在前刀面会磨损出洼凹，这个洼凹称月牙洼。2.后刀面磨损由于切削刃的刃口钝圆半径对加工表面的挤压与摩擦，在切削刃的下方会磨损出一条后角等于零的沟痕，这就是后刀面磨损。在切削速度较低、切削厚度较小的情况下，切削脆性材料时，将会发生后刀面磨损，如图3-35(b)所示。下-页

返回第四节刀具磨损3.前、后刀面同时磨损切削塑性材料，采用较小的切削厚度h。时，刀具的前、后刀面可能同时磨损二、刀具磨损的原因刀具磨损与一般机械零件的磨损不同，一方面由于刀具前刀面所接触的切屑和后刀面所接触的工件都是新生表面，这个表面不存在氧化层或其他污染。另一方面又由于刀具的摩擦区(前刀面、后刀面)是在高压(大于工件材料的屈服应力)、高温(700℃~1200℃)作用下进行的，所以刀具的磨损原因极其复杂，按性质大体可分为机械作用和热一化学作用两类原因。上-页

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返回第四节刀具磨损1.机械作用的磨损两相接触物体表面间，具有相对运动时，硬物体使软物体摩擦面上材料减少的现象，称为机械磨损。刀具材料虽比工件材料硬，但从微观上看，在工件材料中包含有氧化物碳化物等硬质点。这些硬质点的硬度很高，它们像切削刃一样，在刀面上划出划痕，使刀具磨损。2.热一化学作用的磨损由于高温，使接触面间产生某些化学作用，形成化学反应而引起的刀具磨损。这种磨损有以下几种:上-页

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返回第四节刀具磨损(1)结磨损豁结是分子间的吸引力导致金属相互吸附的结果。切削时，在一定温度与压力下，使刀具与切屑和工件间产生豁结(如积屑瘤的产生中所述)。两摩擦面间的豁结点因相对运动，使刀具一方的晶粒或晶粒群受剪切或拉力而被对方带走，而造成磨损。黏结磨损不仅与切削温度有关，也与刀具材料和工件材料两者的化学成分有关。(2)扩散磨损切削时，由于高温，刀面始终与切屑或工件的新生表面相接触，在接触面间分子活动能量很大，使两摩擦面间的化学元素相互扩散到对方去，造成两摩擦面的化学成分发生变化，降低刀具材料的性能，加速刀具磨损。上-页

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返回第四节刀具磨损扩散磨损的速度，一方面决定于刀具和工件材料间是否容易起化学反应。不同材料间有不同的化学亲和力。另一方面扩散磨损的速度又决定于接触面的温度。根据扩散规律表明，对一定材料，随着温度的升高，扩散量先是较缓慢地增大，而后则越来越迅猛地增大。(3)氧化磨损或化学磨损在一定的温度条件下(通常为高于800℃以上)，刀具材料(如硬质合金)与空气中的氧、极压润滑液中的添加剂硫、氯等起化学作用，生成一些疏松、脆弱的氧化物被切屑带走从而加速刀具的磨损。或因刀具材料的某种介质被腐蚀造成刀具磨损。上-页

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返回第四节刀具磨损(4)相变磨损当刀具的最高温度超过相变温度时，刀具表面金相组织发生变化，使马氏体组织转化为托氏体或索氏体，硬度急剧下降，刀具磨损加剧。高速钢的相变温度为550℃~600℃。三、刀具寿命T刀具寿命又称刀具耐用度，是指将新刃磨的刀具从开始切削至达到刀具磨损限度所经过的总切削时间，用T(单位为min)表示。刀具寿命T越大，表示刀具磨损越慢。1.刀具寿命方程上-页

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返回第四节刀具磨损由前面分析已知，切削速度对切削温度B影响最大，因而切削速度对刀具寿命T的影响最大。用实验方法求得的。V-T关系式如下m值愈小，说明Vc对T的影响越大。2.一定刀具寿命T时的切削速度vT上-页

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返回第四节刀具磨损同样用实验法可求出背吃刀量(切削深度)、进给量对刀具寿命T的影响。可得到与Vc一T类似的关系式上-页

返回图3一1切削方式返回图3一2切削基本形态返回图3一4金属的挤压变形返回图3一5剪切区的形成与剪切面返回图3一6切削关系返回图3一10滞流层返回图3一11前刀面的摩擦特性返回图3一12摩擦力与接触面的关系返回图3一14积屑瘤产生与成长模型图返回图3一17已加工表面的形成返回图3一18已加工表面变质层返回图3一20用分析法求切削分力返回表3一5刀具材料改变时对切削力的修正系数返回图3一27返回图3-28Re对主、副偏角图和

切削断面形状的影响返回图3一32返回第四章金属切削基本理抢的应用第一节切屑控制第二节改善工件材料的切削加工性第三节切削液及其选用第四节已加工表面的质量第五节刀具几何参数的合理选择第六节切削用量的合理选择第一节切屑控制一、切屑形状的分类生产中由于加工条件不同，形成的切屑形状多种多样。根据ISO规定、并由我国生产工程学会切削专业委员会推荐的国标GB/T16461-19%的规定，切屑的形状与名称分为八类，如表4-1所列。二、切屑的流向、卷曲和折断1.切屑的流向为了不损伤已加工表面和方便处理切屑，必须有效地控制切屑的流向。如图4-1所示，车刀除主切削刃起主要切削作用外，倒角刀尖和副切削刃处也有非常少的部分参加切削，由于切屑流向是垂直于各切削刃的方向，因此最终切屑的流向是垂直于主副切削刃的终点连线方向，通常该流出方向与正交平面夹角为称为流屑角。下-页

返回第一节切屑控制2.切屑的卷曲机理切屑的卷曲是由于切屑内部变形或碰到断屑槽等障碍物造成的，如图4-3、图4-4、图4-5所示。3.切屑的折断机理切屑经第I、第II变形区的严重变形后，硬度增加，塑性降低，性能变脆。当切屑经变形自然卷曲或经断屑槽等障碍物强制卷曲产生的拉应力超过切屑材料的极限应力值时，切屑即会折断。三、断屑措施为了保护机床和人身安全、保护已加工表面和刀具不遭损伤，在生产实际中除了有效地控制切屑流向外，常常要人为地采取断屑措施。常用的断屑措施有以下几种。上-页

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返回第一节切屑控制1.磨制断屑槽对于焊接硬质合金车刀，在前面上可磨制如图4-7所示的折线型、直线圆弧型和全圆弧型三种断屑槽。折线型和圆弧型适用于加工碳钢、合金钢、工具钢和不锈钢;全圆弧型的槽底前角大，适用于加工塑性大的金属材料和重型刀具。断屑槽在前刀面上的位置有三种形式，如图4-8所示，即外倾式、平行式(适用于粗加工)和内斜式(适用于半精加工和精加工)。2.改变切削用量在切削用量参数中，对断屑影响最大的是进给量f，其次是背上-页

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返回第一节切屑控制吃刀量，最小为切削速度进给量增大，使切屑厚度气h增大，当受到碰撞后切屑容易折断。3.改变刀具角度主偏角是影响断屑的主要因素。主偏角增大，切屑厚度气h增大，容易断屑。刃倾角使切屑流向改变后，使切屑碰到加工表面上或刀具后面上造成断屑上-页

返回第二节改善工件材料的切削加工性一、衡量切削加工性的指标工件材料的切削加工性，除主要决定于材料自身的化学成分、金相组织、机械物理性质外，还与切削条件和对切削过程的要求有关。通常用下面的一个或数个指标来衡量。刀具寿命或在一定寿命下允许的切削速度;切削力;表面粗糙度或表面质量。为了对各种材料的切削加工性进行比较，用相对加工性Kr来表示。下-页

返回第二节改善工件材料的切削加工性二、改善材料可切削性的途径1.材料中加入少量添加剂在黄铜中加入1%~3%的铅，铅可作为球状粒子存在于铜的金相组织中，切削时能起到很好的润滑作用，减少摩擦，使刀具寿命和表面质量提高。2.进行适当的热处理根据材料性质不同，对材料进行适当的热处理，如低碳钢通过正火、调质，可降低塑性，提高硬度，使切削容易;高碳钢、白口铸铁，可通过退火处理，以降低硬度，改善其切削性。各种碳钢在退火、正火后的硬度见表4-3。上-页

返回第三节切削液及其选用一、切削液的常见作用1.润滑作用切削液渗透到刀具、切屑与加工表面之间，其中带油脂的极性分子吸附在刀具新鲜的前、后刀面上，形成物理性吸附膜。若与添加在切削液中的化学物质产生化学反应，则形成化学吸附膜。2.防锈作用为了防止工件、机床受周围介质腐蚀，要求切削液具有‘一定的防锈作用。防锈作用的强弱取决于切削液本身的性能和加入防锈添加剂的性质。防锈添加剂的加入可在金属表面吸附或化合形成保护膜，防止与腐蚀介质接触而起到防锈作用。下-页

返回第三节切削液及其选用3.冷却作用切削液浇注在切削区后，通过切削液的热传导、对流和汽化等方.式，把切屑、工件和刀具L的热量带走，降低了切削公破，起到冷却作用，从而有效地减小了工艺系统的热嘟珍，减少了刀步豁磨损。4.清洗作用在金属切削中，为了防止碎屑、铁锈及磨料细粉豁附在工件、刀具和机床上，影响工件已加工表面质量和机床加工精度，要求切削液具有‘良好的清洗作用。清洗性能的好坏与切削液的渗透性、流动性和使用压力有关。上-页

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返回第三节切削液及其选用二、切削液的种类金属切削加工中，常用的切削液可分为三大类:水溶液、乳化液和切削油。1.水溶液水溶液是以水为主要成分的切削液。由于天然水虽有很好的冷却作用，但其润滑性能太差，又易使金属材料生锈，因此不能直接作为切削液在切削加工中使用。为此，常在水中加入一定含量的油性、防锈等添加剂制成水溶液，改善水的润滑、防锈性能，使水溶液在保持良好冷却性能的同时，还具有一定的润滑和防锈性能。上-页

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返回第三节切削液及其选用2.切削油切削油的主要成分是矿物油，少数采用矿物油和动、植物油的复合油。切削油中也可以根据需要再加入一定量的油性、极压和防锈添加剂，以提高其润滑和防锈性能。3.乳化液乳化液是将乳化油用水稀释而成。乳化油主要是由矿物油、乳化剂、防锈剂、油性剂、极压剂和防腐剂等组成。稀释液不透明，呈乳白色。乳化液的冷却、润滑性能较好、成本较低，废液处理较容易，但其稳定性差，夏天易腐败变质，并且稀释液不透明，很难看到工作区。上-页

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返回第三节切削液及其选用三、切削液的合理选择切削液应根据刀具材料、加工要求、工件材料和加工方法的具体情况选用，以便得到良好的效果。粗加工时，切削用量大，产生大量的切削热，为降低切削区的温度，应选用以冷却为主的切削液。高速钢刀具耐热性差，故高速钢刀具切削时必须使用切削液，如使用3%一5%的乳化液和水溶液。硬质合金、陶瓷刀具耐热性好，一般不用切削液。从加工材料考虑，切削钢料等塑性金属材料时，需使用切削液。切削铸铁、青铜等脆性材料，一般不用切削液。对于高强度钢、高温合金等难加工材料的切削加工，应选用极压切削液。上-页

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返回第三节切削液及其选用从加工方法考虑，磨削时的温度高，而且会产生大量的细屑和砂末等，影响加工质量。因而磨削液应有较好的冷却性能和清洗性能，并应有一定的润滑性和防锈性。一般磨削加工常用普通乳化液和水溶液。上-页

返回第四节已加工表面的质量一、几何原因形成的表面粗糙度对于普通车削，由于主、副切削刃同时参加切削和刀具与工件的相对运动，这样加工后有一部分金属未被切除掉，而是残留在已加工表面上，从而构成了已加工表面在进给方向(纵向)的粗糙度，如图4一13所示1.用刀尖圆弧半径=0的车刀进行纵车如图4-13(a)所示，可得下-页

返回第四节已加工表面的质量2.用刀尖圆弧半径>0的车刀进行纵车假定刀尖圆弧半径r二比较大，主要靠它来切削，由图4-13(b)可得由上可知，减小主、副偏角与进给量，增大刀尖圆弧半径，均能降低已加工表面的粗糙度值，但它们的减小与增大要受到一定的限制。因此，在生产中必须具体问题具体分析，采取相应的措施。上-页

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返回第四节已加工表面的质量二、切削中不稳定因素形成的表面粗糙度切削中不稳定因素形成的表面粗糙度叠加在几何原因形成的表面粗糙度之上，增大了已加工表面的粗糙度值。1.积屑瘤的影响如前所述，积屑瘤是一个动态结构，很不稳定，产生、剥落与消失是经常的。当积屑瘤发生变化时，一方面使切削刃的形状发生变化;另一方面由于剥落的积屑瘤碎片一部分被工件带走2.鳞刺的影响鳞刺是在切削过程中已加工表面上形成的鳞片状毛刺。如在较低的切削速度和较大的进给量时，车、刨、拉、攻螺纹、上-页

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返回第四节已加工表面的质量插齿和滚齿加工中，会出现这种现象，它将严重地影响已加工表面质量。鳞刺的形成:在较低的切削速度下形成节状或粒状切屑时，切屑与前面的摩擦发生周期性变化，使切屑在前面上作周期性的停留(图4-15I)，由前面对切削层的推挤变为切屑的推挤，致使切削刃的前方加工表面导裂，使切削厚度深人到切削层以下(图4-15II,III阶段)，当切削力超过切屑与前面的豁结力时，切屑单元重新沿前面流动并被切离，而导裂层残留在已加工表面上就形成鳞刺(图4-15IV)。上-页

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返回第四节已加工表面的质量3.振动的影响在切削过程中，一旦产生振动就会在已加工表面上留下振纹，致使表面粗糙度值明显加大。根据振动方向的不同，有纵向振纹、横向振纹，如图4一16所示。4.其他因素的影响其它因素主要有刀具后面严重磨损对加工表面挤压和摩擦而形成的粗糙不平;刀具刃磨质量差，致使在刀尖附近产生微小崩刃，由它切削时复映在已加工表面便是沟痕。上-页

返回第五节刀具几何参数的合理选择一、前角及前刀面型式的选择1.前角(1)工件材料加工塑性材料时，为减少切削变形，降低切削力和切削温度，应选大的前角;加工脆性材料时，塑性变形小，由于形成多为崩碎状切屑，前角的作用不显著，应选用较小的前角(图4一17)。(2)刀具材料抗弯强度和冲击韧性大的刀具材料，如高速钢，选较大的前角。反之，如硬质合金选小值。因此高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具的前角大一些，如图4-18所示。(3)加工性质粗加工时，ap,f大，切削力大，切削热量多，应选用较小前角;精加工时，ap,f小，切削力小，切削热少，为提高表面质量，应采用较大前角。下-页

返回第五节刀具几何参数的合理选择2.前刀面型式常用的前刀面型式如图4-19所示。(1)正前角平面型如图4-19(a)所示，这种型式的特点是结构简单、刀刃锐利，但强度低，传热能力差。(2)正前角平面带倒棱型如图4-19(b)所示，这种型式是沿切削刃磨出很窄的棱边，称为负倒棱。它可提高切削刃的强度和增大传热能力。对脆性大的硬质合金刀具来说，这时就能采用较大的前角，改善刀具的切削性能。(3)正前角曲面带倒棱型如图4-19(c)这种型式，是在平面带倒棱的基础上，前刀面上又磨出一个曲面，称为卷屑槽或月牙槽。它可增大前角，并能起到卷屑的作用。上-页

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返回第五节刀具几何参数的合理选择(4)负前角单面型和负前角双面型如图4-19(d),(e)所示，切削高强度、高硬度材料时，为使脆性较大的硬质合金刀片承受压应力，而采用负前角。3.卷屑槽与切屑控制前刀面磨出卷屑槽可以使切屑卷曲，这是生产中经常采用的方法。经卷曲的切屑就不易缠绕在工件和刀具上。(1)切屑的卷曲为使切屑卷曲，需在前刀面磨出卷屑槽，其型式有下面三种(图4-20):全圆弧型、直线圆弧型和直线型。全圆弧型卷屑槽主要用于切削高塑性材料，采用较大前角的刀具。卷屑槽与切削刃的倾角有三种形式(图4-21);上-页

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返回第五节刀具几何参数的合理选择外斜式如图4一21(a)所示，这种卷屑槽前宽后窄，前深后浅，用于中等背吃刀量平行式如图4一21(b)所示，这种卷屑槽在切削碳钢时与外斜式效果相似。内斜式如图4一21(c)所示，这种卷屑槽断屑范围较窄，主要用于精车或半精车(2)切屑的折断卷曲的切屑流出时，碰在后刀面或工件上，切屑因受阻而应力增加，当某断面应力超过其强度极限时，切屑就折断，呈短片状，其过程如图4-22所示。切屑流出时碰不到后刀面或工件时，切屑将以各种螺旋形卷屑流出，到一定长度后，靠自重甩断。如卷屑槽尺寸不合适时，切屑就成连绵不断的带状切屑。上-页

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返回第五节刀具几何参数的合理选择二、后角的选择主、副后角的大小，会影响后刀面与工件间的摩擦、切削刃的锐利程度等。但过大会使刀刃强度和传热能力减小。三、主、副偏角及过渡刃的选择1.主偏角由第三章可知，为减小切削力，主偏角应选大值;为降低切削温度、提高刀具寿命，主偏角应选用小值。在生产实践中，主要按工艺系统的刚性选取。2.副偏角主要根据加工性质选取，粗车时取10°~15°;精车时取5°~10°;切断时取1°~30°上-页

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返回第五节刀具几何参数的合理选择3.过渡刃采用大的主偏角，对减小切削力有利，但会降低刀具寿命并使表面粗糙度值变大，为了补偿这些缺陷，可在靠近刀尖处如图4-24(a)所示，磨出一个过渡刃如图4-24(b)所示。过渡刃有两种型式:水平修光刃就是在刀尖部分平行于进给运动方向磨出一个切削刃，如图4-24(c)所示，以改善在大进给量情况下的表面粗糙度。(2)圆弧过渡刃与刀尖圆弧半径过渡刃也可磨成圆弧形的，它的参数就是刀尖圆弧半径。增大圆弧半径，使刀尖半径处的主偏角变小，起到直线过渡刃和水平修光刃相同的作用。第五节刀具几何参数的合理选择不论是水平修光刃还是刀尖圆弧半径，均不宜过大，否则则会使背向力FP增大，容易引起振动，反而使表面粗糙度值变大。它们应该按工艺系统的刚度来选择，同时还需仔细刃磨刀具。四、斜角切削与刃倾角的选择1.斜角切削如前所述，当切削刃与切削速度方向不垂直时，称为斜角切削(1)切屑流出方向与流出角斜角切削时，由于切削速度。。不垂直于切削刃，使切屑流出速度在前刀面上与法剖面间形成一个夹角，这个角称为切屑流出角，如图4一25所示。上-页

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返回第五节刀具几何参数的合理选择(2)有效前角斜角切削时，切屑流出速度在前刀面上与法剖面间的夹角为φ。切屑是在切削速度和所组成的平面Poe内产生的。刀具实际起作用的前角应在这个平面内度量(图4一25)。(3)有效刃口钝圆半径由前章已知，已加工表面的变质层主要是由于刃口钝圆半径所引起的。为了提高已加工表面质量，如何减小刀口纯圆半径就成为十分重要的问题。这个问题一方面要靠仔细的刃磨和研磨刀具，另一方面则可借助于增大刃倾角来解决。2.刃倾角人。刃倾角人。起以下主要作用:上-页

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返回第五节刀具几何参数的合理选择(1)控制切屑流向(图4-28)(2)控制切削刃切入时，首先与工件接触的位置(图4-29)断续切削时，如刃倾角为负，刀尖为切削刃上最低点，首先与工件接触的是切削刃上离刀尖较远的点，这样就可使切削刃能承受冲击载荷，起到保护刀尖的作用;若刃倾角为正，则刀尖首先与工件接触，可能引起刀尖崩刃或打刀;当λs=0时，整个切削刃与工件同时接触，冲击力大。(3)控制切削刃在切入和切出时的平稳性(图4-29)(4)控制背向力FP和进给力Fr的比值上-页

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返回第五节刀具几何参数的合理选择五、典型车刀合理几何参数的综合分析正确地选择刀具合理几何参数是要综合分析各几何参数间的相互关系，灵活地运用上述选择刀具合理几何参数原则与数据，才能获得满意的经济效果。下面以几个典型车刀的合理几何参数的选择为例说明之，以期对此问题有所理解。1.75°强力车刀(图4-30)(1)工件材料与加工性质粗、半精加工中碳钢铸件及锻件，其单边余量在10~15mm以上，选择的切削用量为:aP=10~15mm；f=1mm/r;vc=50m/min。(2)刀具材料YT5或YT15(3)刀具几何参数上-页

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返回第五节刀具几何参数的合理选择1)为降低切削力，减少切削热的产生以降低切削温度，选取大前角。由表4-4，对低碳钢可取20°~25°，对中碳钢可取10°~15°，现取18°~20°。如有可能争取再增大一些。2)为降低切削力，采用较大的主偏角kr=75°。主偏角大可减少背向力FP使在较大的背吃刀量情况下，不致引起振动。3)选择副偏角=15°;4)为保证卷屑而采用外斜式直线圆弧卷屑槽。2.细长轴银白屑车刀上-页

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返回第五节刀具几何参数的合理选择细长轴是长径比在20以上的轴，例如车床的光杠、丝杠等。其特点是切削时工件很容易因背向力FP的作用而弯曲并引起振动。同时切削温度升高，引起工件伸长，而使工件弯曲。所谓银白屑车刀是指利用切削刃的负倒棱，在切削过程中能连续稳定地形成积屑瘤，利用积屑瘤增大实际工作前角，保护切削刃，使切削力和切削温度降低，切屑呈银白色，故称银白屑车刀。用这种车刀车削细长轴时，排出的主切屑由于温度低呈银白色，并以螺旋状顺利排除。3.车淬火钢车刀《图4一32)上-页

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返回第五节刀具几何参数的合理选择用于车削淬火钢。刀具几何角度及形状如图4一32所示。刀具材料:YG6A。特点:具有小的主偏角、副偏角，且前角只有5°，切削刃强度好。大的负刃倾角，切削刃可承受大的冲击力。上-页

返回第六节切削用量的合理选择一、刀具耐用度的确定切削用量是生产实践中最活跃的参数。切削用量的合理选择是以一定的刀具耐用度为前提，由此可知，切削用量也与刀具耐用度密切相关，因此刀具耐用度T也直接影响着生产率和加工成本。从加工成本考虑，在其他条件不