金属切削过程基本规律.pptx

第三章金属切削过程的基本规律主要内容主要内容主要内容主要内容一一一一、切削变形与切屑形成过程切削变形与切屑形成过程切削变形与切屑形成过程切削变形与切屑形成过程（积屑瘤积屑瘤积屑瘤积屑瘤）二、二、二、二、切削力切削力切削力切削力三、三、三、三、切削热与切削温度切削热与切削温度切削热与切削温度切削热与切削温度四、四、四、四、刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命第三章金属切削过程的基本规律研究金属研究金属切削过程切削过程的意义的意义金属切削加工中各种物理现象金属切削加工中各种物理现象,生产实践中生产实践中出现的许多问题出现的许多问题,都同切削过程有关都同切削过程有关难加工材料的应用愈来愈多，对零件的质难加工材料的应用愈来愈多，对零件的质量要求亦不断提高量要求亦不断提高研究切削过程的基本理论，掌握切削基研究切削过程的基本理论，掌握切削基本规律对本规律对控制切削过程控制切削过程、保证保证加工质量、加工质量、提高提高生产率、生产率、降低降低成本和成本和促进促进切削加工切削加工技术的技术的发展发展，有着十分重要的意义。，有着十分重要的意义。第一节第一节 切削变形与切屑形成切削变形与切屑形成一、一、变形区的划分变形区的划分以塑性材料的切屑以塑性材料的切屑形成为例，金属切削区形成为例，金属切削区可大致划分为：可大致划分为：三个变形区三个变形区第一变形区第一变形区第二变形区第二变形区第三变形区第三变形区二、金属在切削过程中的变形二、金属在切削过程中的变形1第一变形区内金属的剪切变形第一变形区内金属的剪切变形OA始滑移线始滑移线OM终滑移线终滑移线变形的主要特征：变形的主要特征：剪切滑移变形剪切滑移变形加工硬化加工硬化一般一般速度范围内第一区速度范围内第一区宽度为宽度为0.020.2mm，速度越高，宽度越小，速度越高，宽度越小，可看作一个剪切平面可看作一个剪切平面一、切屑的形成过程与切削变形一、切屑的形成过程与切削变形 可以将切屑形成过程比拟为推挤一堆卡片的形象化模型,可说明切屑形成过程 切削刃由a运动到O时整个平行四边形OMma受剪应力的作用，变成了平行四边形OMm1a1M 切屑单元在刀具前刀面作用下受到挤压,底边膨胀为Oa2 形成近似梯形的切屑单元许多梯形叠加起来就迫使切屑向逆时针方向转动而弯曲 因此，也可以说金属切削过程是切削层受到刀具前面的挤压后，产生以剪切滑移为主的塑性变形，而形成为切屑的过程金属晶体沿滑移线的剪切变形金属晶体沿滑移线的剪切变形剪切面剪切角剪切面剪切角剪切角剪切角：滑移面与切削速度方向之间的夹角滑移面与切削速度方向之间的夹角（45450 0）。滑移面与晶格纤维化方向夹角滑移面与晶格纤维化方向夹角：滑移面与晶格变形伸长方向夹角。滑移面与晶格变形伸长方向夹角。2第二变形区内金属的挤压变形第二变形区内金属的挤压变形切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面的擦，使靠近前刀面的金属纤维化金属纤维化，基本与前刀面平行。，基本与前刀面平行。第二变形区：第二变形区：切屑切屑沿前刀面沿前刀面排出排出时时进一步受到前刀面的进一步受到前刀面的挤压挤压和和摩擦摩擦，使使靠近前刀面处靠近前刀面处的金属出现的金属出现“滞流层滞流层”，使金属使金属纤维化纤维化，纤维化，纤维化方向基本方向基本上上和前刀面和前刀面平行平行。切切削削变变形形金金相相显显微微照照片片前刀面的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响前刀面的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响第二变形区特点:受前刀面的摩擦和挤压，切屑底层靠近前刀面处纤维化，流动速度减缓，出现“滞流层滞流层”，甚至会停滞在前刀面上，形成积屑瘤；切屑弯曲；由摩擦产生的切削热使刀屑接触区温度升高。前刀面的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响前刀面的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响.当前角增大时，剪切角随之增大，变形减小。可见在保证切削刃强度的前提下，增增大刀具前角对大刀具前角对改善切削过程是有利的。.当摩擦增大时，变形增大。所以提高刀具的刃磨质量，施加切削液以减小前刀面上的摩擦对切削是有利的。前刀面的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响前刀面的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响前刀面上的摩擦 内摩擦区：切屑和前刀面粘结层与其上层金属之间的摩擦，实质是金属内部的剪切滑移，与材料的流动应力特性以及粘结面积有关。单位切向力等于材料的剪切屈服强度。外摩擦区：服从经典摩擦定律，与摩擦副摩擦系数及正压力有关。切屑变形的变化规律切屑变形的变化规律1.1.工件材料对切屑变形的影响工件材料对切屑变形的影响 工件材料强度愈高，切屑变形愈小工件材料强度愈高，切屑变形愈小 工件材料的塑性也是影响切削变形的主工件材料的塑性也是影响切削变形的主要因素要因素2.2.刀具前角对切屑变形的影响刀具前角对切屑变形的影响刀具前角愈大，切屑变形愈小刀具前角愈大，切屑变形愈小3.3.切削速度对切屑变形的影响切削速度对切屑变形的影响4.4.切削厚度对切屑变形的影响切削厚度对切屑变形的影响3第三变形区内金属的挤压摩擦回弹第三变形区内金属的挤压摩擦回弹已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化和加工硬化。摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化和加工硬化。第三变形区：第三变形区：已加工表面受到刀刃已加工表面受到刀刃钝圆钝圆部分和部分和后刀面后刀面的的挤压挤压与与摩擦摩擦，产生，产生变形变形和和回弹回弹，造成，造成纤维化纤维化与与加工硬化加工硬化。三、切屑类型三、切屑类型从变形观点出发，可将切屑归纳为四种形态：从变形观点出发，可将切屑归纳为四种形态：带状切屑带状切屑节状切屑节状切屑（挤裂切屑）（挤裂切屑）粒状切屑粒状切屑(单元切屑单元切屑)崩碎切屑崩碎切屑二、切屑的类型二、切屑的类型 a a）带状切屑）带状切屑 塑性金属，塑性金属，切削厚度较小，切削速度较高，刀具前角较大切削厚度较小，切削速度较高，刀具前角较大时时 b b）挤裂切屑）挤裂切屑 切削速度较低，切削厚度较大，刀具前角较小时产生。原因切削速度较低，切削厚度较大，刀具前角较小时产生。原因是被切材料局部达到破裂极限。是被切材料局部达到破裂极限。c c）单元切屑）单元切屑 少见。整体达到破裂极限少见。整体达到破裂极限。以上三种为切削塑性材料时以上三种为切削塑性材料时 d d）崩碎切屑）崩碎切屑 未经塑性变形而被挤裂破碎。力求避免未经塑性变形而被挤裂破碎。力求避免1).带状切屑 特点：内表面光滑，外表面粗糙特点：内表面光滑，外表面粗糙 条件：塑性材料，切削厚度小，切削速度高，前角条件：塑性材料，切削厚度小，切削速度高，前角较大较大 影响：切削过程平稳，切削力波动小，已加工表面影响：切削过程平稳，切削力波动小，已加工表面粗糙度较小粗糙度较小 2).2).挤裂切屑（节状切屑）挤裂切屑（节状切屑）特点：外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹特点：外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹 条件：塑性材料，切削厚度较大，切削速度条件：塑性材料，切削厚度较大，切削速度较低，前角较小，剪切滑移大，加工硬化大，剪较低，前角较小，剪切滑移大，加工硬化大，剪应力超过剪切强度应力超过剪切强度 影响：切削过程较不平稳，切削力波动较大，影响：切削过程较不平稳，切削力波动较大，已加工表面粗糙度较大已加工表面粗糙度较大 3).3).单元切屑单元切屑 如果在挤裂切屑的剪切面上，裂纹扩展到整个面上，则整个单元被切离，成为梯形的单元切屑，如图c所示。以上三种切屑只有在加工塑性材料时以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到。其中，才可能得到。其中，带状切屑的切削过程最带状切屑的切削过程最平稳，单元切屑的切削力波动最大。平稳，单元切屑的切削力波动最大。在生产在生产中最常见的是带状切屑，有时得到挤裂切屑，中最常见的是带状切屑，有时得到挤裂切屑，单元切屑则很少见。单元切屑则很少见。假如改变挤裂切屑的条假如改变挤裂切屑的条件，如进一步减小刀具前角，减低切削速度，件，如进一步减小刀具前角，减低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到单元切屑。反或加大切削厚度，就可以得到单元切屑。反之，则可以得到带状切屑。这说明切屑的形之，则可以得到带状切屑。这说明切屑的形态是可以随切削条件而转化的。态是可以随切削条件而转化的。掌握了它的掌握了它的变化规律，就可以控制切屑的变形、形态和变化规律，就可以控制切屑的变形、形态和尺寸，以达到卷屑和断屑的目的。尺寸，以达到卷屑和断屑的目的。4).4).崩碎切屑崩碎切屑 这是属于这是属于脆性材料脆性材料的切屑。这种切屑的切屑。这种切屑的的形状是不规则形状是不规则的，加工表面是凸凹不平的，加工表面是凸凹不平的。从切削过程来看，切屑在破裂前变形的。从切削过程来看，切屑在破裂前变形很小，和塑性材料的切屑形成机理也不同。很小，和塑性材料的切屑形成机理也不同。它的脆断主要是由于材料所受应力超过了它的脆断主要是由于材料所受应力超过了它的抗拉极限。加工脆硬材料，如高硅铸它的抗拉极限。加工脆硬材料，如高硅铸铁、白口铁等，铁、白口铁等，特别是当切削厚度较大时特别是当切削厚度较大时常得到这种切屑。由于它的切削过程很不常得到这种切屑。由于它的切削过程很不平稳，容易破坏刀具，也有损于机床，已平稳，容易破坏刀具，也有损于机床，已加工表面又粗糙，因此在生产中应力求避加工表面又粗糙，因此在生产中应力求避免。免。其其方法是减小切削厚度，使切屑成针方法是减小切削厚度，使切屑成针状或片状；同时适当提高切削速度，以增状或片状；同时适当提高切削速度，以增加工件材料的塑性。加工件材料的塑性。4)4)崩碎切屑崩碎切屑 特点：不规则粒状特点：不规则粒状 条件：脆性材料，拉应力超过条件：脆性材料，拉应力超过抗拉强度抗拉强度以上是四种典型的切屑，但加工现场获以上是四种典型的切屑，但加工现场获得的切屑，其形状是多种多样的。在现代得的切屑，其形状是多种多样的。在现代切削加工中，切削速度与金属切除率达到切削加工中，切削速度与金属切除率达到了很高的水平，切削条件很恶劣，常常产了很高的水平，切削条件很恶劣，常常产生大量生大量“不可接受不可接受”的切屑。所谓的切屑。所谓切屑控切屑控制制（又称切屑处理，工厂中一般简称为（又称切屑处理，工厂中一般简称为“断屑断屑”），），是指在切削加工中采取适当的是指在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，使措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，使形成形成“可接受可接受”的良好屑形。的良好屑形。四、变形程度的表示方法四、变形程度的表示方法1、切削厚度压缩比切削厚度压缩比h：切屑厚度与切削层厚度的比切屑厚度与切削层厚度的比值。值。切屑厚度与切削层厚度的比值。切屑厚度与切削层厚度的比值。（3-2）2、剪切角、剪切角：剪切面与切削速度方向之间的夹角。：剪切面与切削速度方向之间的夹角。（3-3）为前刀面的摩擦角为前刀面的摩擦角由上式可知：由上式可知：增增大刀具前角，减大刀具前角，减小到屑之间的摩小到屑之间的摩擦，使剪切角增擦，使剪切角增大，是减小切削大，是减小切削变形的重要途径变形的重要途径。3.相对滑移相对滑移：滑移距离：滑移距离s与单元厚度与单元厚度y之比。之比。=s/y=NP/MK=(NK+KP)/MK=ctg+tan(-0）五、前面上摩擦特点五、前面上摩擦特点切塑性金属时前刀面上应力切塑性金属时前刀面上应力分布情况分布情况刀刀-屑接触区可分两部分：屑接触区可分两部分：粘接区粘接区lf1:剪切滑移，内摩擦剪切滑移，内摩擦滑动区滑动区lf2:滑动摩擦，外摩擦滑动摩擦，外摩擦一般内摩擦力约占总摩擦力的一般内摩擦力约占总摩擦力的85%(3-4)滞流层：滞流层：接近前刀面的切屑接近前刀面的切屑底层晶粒拉长，形成与前刀底层晶粒拉长，形成与前刀面平行的纤维层，流速很慢，面平行的纤维层，流速很慢，变形程度非常剧烈。变形程度非常剧烈。定义：冷焊在前刀面上的金属块。定义：冷焊在前刀面上的金属块。六、积屑瘤六、积屑瘤六、积屑瘤六、积屑瘤在速度不高切削塑性金在速度不高切削塑性金属形成带状切屑的情况属形成带状切屑的情况下，滞流层金属粘接下，滞流层金属粘接（冷焊）（冷焊）在前刀面上，在前刀面上，形成硬度很高的硬块形成硬度很高的硬块（23倍），称为倍），称为积屑积屑瘤。瘤。1.切屑对前刀面接触处的摩擦，使前刀面十分洁净。2.当两者的接触面达到一定温度同时压力又较高时，会产生粘结现象，即一般所谓的“冷焊”。切屑从粘在刀面的底层上流过，形成“内摩擦”。3.如果温度与压力适当，底层上面的金属因内摩擦而变形，也会发生加工硬化，而被阻滞在底层，粘成一体。4.这样粘结层就逐步长大，直到该处的温度与压力不足以造成粘附为止。积屑瘤形成后不断长大，达到一定高度又会破积屑瘤形成后不断长大，达到一定高度又会破裂，而被切屑带走或嵌附在工件表面上，影响表面裂，而被切屑带走或嵌附在工件表面上，影响表面粗糙度。粗糙度。积屑瘤是如何形成的积屑瘤是如何形成的?所以积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化性质有关，也与刃前区的温度和压力分布有关。一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤；温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。走刀量保持一定时，积屑瘤高度与切削速度有密切关系。积屑瘤的形成主要取决于切削温度，积屑瘤的形成主要取决于切削温度，如在如在300o380o切削碳钢易产生积屑瘤。切削碳钢易产生积屑瘤。500o600o积屑瘤积屑瘤消失。消失。积屑瘤的产生原因切屑底切屑底层产生层产生滞留层滞留层滞留层与切滞留层与切屑分离，粘屑分离，粘结在前刀面结在前刀面前刀面和切前刀面和切屑底面的屑底面的挤挤压和摩擦压和摩擦逐层滞逐层滞留粘结留粘结形成楔块形成楔块冲击冲击振动振动不断破裂，不断破裂，脱落再生脱落再生积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削过程的影响1.实际前角增大 它加大了刀具的实际前角，可使切削力减小，对切削过程起积极的作用。积屑瘤愈高，实际前角愈大。但由于积屑瘤不稳定，导致了切削力的波动。2.产生挤压和过切作用，增大切削厚度。3.使加工表面粗糙度增大 积屑瘤的底部则相对稳定一些，其顶部很不稳定，容易破裂，一部分连附于切屑底部而排出，一部分残留在加工表面上，积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面切得非常粗糙，因此在精加工时必须设法避免或减小积屑瘤。4.对刀具寿命的影响 积屑瘤粘附在前刀面上，在相对稳定时，可代替刀刃切削，有减少刀具磨损、提高寿命的作用。但在积屑瘤比较不稳定的情况下使用硬质合金刀具时，积屑瘤的破裂有可能使硬质合金刀具颗粒剥落，反而使磨损加剧。防止积屑瘤的方法防止积屑瘤的方法(1)(1)降低切削速度，使温度较低，使粘结现降低切削速度，使温度较低，使粘结现象不易发生；象不易发生；(2)(2)采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度；消失的相应温度；(3)(3)采用润滑性能好的切削液以减小摩擦；采用润滑性能好的切削液以减小摩擦；(4)(4)减小进给量、减小进给量、增加刀具前角，以减小刀增加刀具前角，以减小刀屑接触区压力；屑接触区压力；(5)(5)提高工件材料硬度减少加工硬化倾向。提高工件材料硬度减少加工硬化倾向。(6 6)合理使用切削液。合理使用切削液。积屑瘤对精加工是不利的，应避免它产生：积屑瘤对精加工是不利的，应避免它产生：七、已加工表面变形和加工硬化七、已加工表面变形和加工硬化刀刃钝圆半径刀刃钝圆半径 rn弹性恢复区弹性恢复区CD变形特征：变形特征：挤压、摩擦与回弹挤压、摩擦与回弹金属进入第一变形区金属进入第一变形区时，晶粒因压缩而变长，时，晶粒因压缩而变长，因剪切滑移而倾斜。因剪切滑移而倾斜。金属层接近刀刃时，晶粒更为伸长，成为包围在刀刃金属层接近刀刃时，晶粒更为伸长，成为包围在刀刃周围的周围的纤维层，最后在纤维层，最后在O点断裂。点断裂。已加工表面的金属纤维被拉伸的又细又长，纤维方向平行于已加工表面的金属纤维被拉伸的又细又长，纤维方向平行于已加工表面，金属晶粒被破坏，发生了剧烈的塑性变形，产生已加工表面，金属晶粒被破坏，发生了剧烈的塑性变形，产生加工硬化加工硬化，表面残余应力表面残余应力，称之为称之为加工变质层加工变质层。经过严重塑性变形而使表经过严重塑性变形而使表面层硬度增高的现象称为面层硬度增高的现象称为加工硬化加工硬化,亦称亦称冷硬。冷硬。硬化程度的指标硬化程度的指标:加工硬化程度加工硬化程度N N硬化层深度硬化层深度h hD DH H1 1是已加工表面显微硬度，是已加工表面显微硬度，H H是是金属材料基体显微硬度金属材料基体显微硬度减轻硬化程度减轻硬化程度的措施：的措施：1)1)磨出锋利的切削刃磨出锋利的切削刃2)2)增大前角或后角增大前角或后角3)3)减小背吃刀量减小背吃刀量a ap p4)4)合理选用切削液合理选用切削液 八、影响切削变形的主要因素八、影响切削变形的主要因素1 1加工材料加工材料强度强度 、硬度、硬度 刀刀-屑面间正压力屑面间正压力 、平均正平均正应力应力avav 则由：则由：(3-4)（3-3）（3-2）2 2前角前角o o 前角前角o o增大，楔角增大，楔角o o减小，切削刃钝圆弧半减小，切削刃钝圆弧半径径r rn n减小，切屑流出阻力小，使摩擦系数减小，切屑流出阻力小，使摩擦系数减减小，剪切角小，剪切角增大，故切削变形减小。增大，故切削变形减小。3 3切削速度切削速度v vc c切削速度是通过切削温度和积屑瘤影响切切削速度是通过切削温度和积屑瘤影响切削变形的。削变形的。4 4进给量进给量f f当进给量增大时，切屑厚度当进给量增大时，切屑厚度h hD D与切屑厚度与切屑厚度h hchch增加，使前面上正压力增加，使前面上正压力F Frnrn增大，使平均正应增大，使平均正应力力avav增大，因此，摩擦系数增大，因此，摩擦系数减小和切屑厚减小和切屑厚度压缩比度压缩比h减小。减小。第二节第二节切切削削力力切削力切削力指切削过程中刀具对工件的作用力指切削过程中刀具对工件的作用力。研究切削力，对进一步弄清切削机理，对计研究切削力，对进一步弄清切削机理，对计算功率消耗，对刀具、机床、夹具的设计，对算功率消耗，对刀具、机床、夹具的设计，对制定合理的切削用量，优化刀具几何参数等，制定合理的切削用量，优化刀具几何参数等，都具有非常重要的意义。都具有非常重要的意义。金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料金属切削时，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。发生变形并成为切屑所需的力。第二节 切削力切屑的切屑的弹塑性弹塑性变形抗变形抗力力工件的弹工件的弹塑性变形塑性变形抗力抗力后刀面后刀面与工件与工件的摩擦的摩擦力力前刀面前刀面与切屑与切屑的摩擦的摩擦力力一、切削力来源、合力及其分力一、切削力来源、合力及其分力1 1、来源、来源 1弹、塑性变形的抗力；2摩擦力。2、合力、合力两者作两者作用在刀用在刀具上的具上的合力为合力为F F3、分力分力切削力切削力F Fc c(主切削力主切削力F Fz z)在主运动方向上的分力；在主运动方向上的分力；背向力背向力F Fp p(切深抗力切深抗力F Fy y)在垂直于假定工作平面上分力；在垂直于假定工作平面上分力；进给力进给力F Ff f(进给抗力进给抗力F Fx x)在进给运在进给运动方向上的分力。动方向上的分力。（3-5）二、各分力的作用二、各分力的作用1、切削分力的作用、切削分力的作用-切削力切削力Fc（主切削力（主切削力Fz）它是设计机床主轴、齿轮和计算主运动功率的主要依据，也它是设计机床主轴、齿轮和计算主运动功率的主要依据，也是用于选用刀杆、刀片尺寸、设计夹具和选择切削用量的重是用于选用刀杆、刀片尺寸、设计夹具和选择切削用量的重要依据。使要依据。使车刀产生弯矩，也是计算切削功率的依据车刀产生弯矩，也是计算切削功率的依据2、切削分力的作用、切削分力的作用-背向力背向力Fp（切深抗力（切深抗力Fy）F Fp p使工件产生弯曲，是影响加工工件精度，引起切削振动的主使工件产生弯曲，是影响加工工件精度，引起切削振动的主要原因，是计算系统刚度的依据。要原因，是计算系统刚度的依据。3、切削分力的作用、切削分力的作用-进给力进给力Ff(进给抗力进给抗力Fx)F Ff f作用在机床进给机构上，是计算和检验进给机构薄弱环节作用在机床进给机构上，是计算和检验进给机构薄弱环节零件强度的主要依据。零件强度的主要依据。三、切削力的实验公式三、切削力的实验公式1 1切削力的测定原理及种类切削力的测定原理及种类(1)(1)电阻应变片式测力仪电阻应变片式测力仪(2)(2)压电晶体测力仪压电晶体测力仪2 2切削力实验公式切削力实验公式F Fc c,F,Fp p、F Ff f各切削分力，单位为各切削分力，单位为N N；C CFzFz、C CFpFp、C CFfFf公式中系数，根据加工条件由实验确定；公式中系数，根据加工条件由实验确定；x xF F、y yF F、n nF F表示各因素对切削力的影响程度指数；表示各因素对切削力的影响程度指数；K KFcFc、K KFpFp、K KFfFf不同加工条件对各切削分力的影响修正系数。不同加工条件对各切削分力的影响修正系数。(3-6)3 3单位切削力单位切削力单位切削力是切削单位切削层面积所产生单位切削力是切削单位切削层面积所产生的作用力。的作用力。(3-7)(3-8)4 4切削功率切削功率主运动消耗的切削功率主运动消耗的切削功率Pc(Pc(单位为单位为kW)kW)应为：应为：F Fc c切削力，单位为切削力，单位为N N；v vc c切削速度，单位为切削速度，单位为m/minm/min。P Pc c切削功率，单位为切削功率，单位为kWkW。四、影响切削力的因素四、影响切削力的因素（一）切削用量的影响（一）切削用量的影响1背吃刀量背吃刀量ap与进给量与进给量f apAc成正比成正比，kc不变，不变，ap的的指数约等于指数约等于1，因而，因而切削力成正比增加切削力成正比增加fAc成正比成正比，但，但kc略略减小，减小，f 的的指数小于指数小于1，因而，因而切削力增加但与切削力增加但与f 不成正比不成正比(68%68%86%86%)如果从切削力和切削功率来考虑，如果从切削力和切削功率来考虑，加大进给量比加大切削深度有利。加大进给量比加大切削深度有利。1)在积屑瘤增长阶段在积屑瘤增长阶段随随v 积屑瘤高度积屑瘤高度变形程度变形程度，F 2)在积屑瘤减小阶段在积屑瘤减小阶段 v变形程度变形程度，F 3)在无积屑瘤阶段在无积屑瘤阶段随随v，F,v中速后，温中速后，温度升高，摩擦系数度升高，摩擦系数变形程度变形程度F 2 2切削速度切削速度v vc c速度速度v 对对F 的影响在无积屑瘤的影响在无积屑瘤阶段，阶段，v 变形程度变形程度切削力减小切削力减小（二）工件材料的影响二）工件材料的影响（系数（系数C CF F 或单位切削力或单位切削力k kc c体现）体现）工件材料的强度、硬度、塑性和韧性越大，切削力越大。工件材料的强度、硬度、塑性和韧性越大，切削力越大。加工脆性金属时，因变形和摩擦均较小，故切削速度对加工脆性金属时，因变形和摩擦均较小，故切削速度对切削力影响不大。切削力影响不大。(三三)刀具几何参数影响刀具几何参数影响1 1.前角前角0 0加工塑性材料时，加工塑性材料时，0 0 变形变形程度程度F F加工脆性材料时，切削变形很小，加工脆性材料时，切削变形很小，0 0对对 F F 影响不显著影响不显著0 0 30300 0对对 F F 影响不显著影响不显著影响切削力的因素二、工件材料二、工件材料二、工件材料二、工件材料:强度、硬度强度、硬度强度、硬度强度、硬度 力力力力 ;脆性材料力小脆性材料力小脆性材料力小脆性材料力小.也就是：也就是：也就是：也就是：工件材料的硬度、强度越高，切削力越大工件材料的硬度、强度越高，切削力越大 工件材料的塑性、韧性越高，切削力越大工件材料的塑性、韧性越高，切削力越大 影响切削力的因素三、刀具几何参数三、刀具几何参数三、刀具几何参数三、刀具几何参数前角的影响前角的影响前角的影响前角的影响：增大，切削力减小增大，切削力减小,加工脆性金属时，加工脆性金属时，对切削力影响小。对切削力影响小。负倒棱的影响负倒棱的影响负倒棱的影响负倒棱的影响：增大增大 影响切削力的因素主偏角的影响：主偏角的影响：主偏角的影响：主偏角的影响：krkr 增加时增加时，F Fp p减小，减小，F Ff f增大增大刃倾角刃倾角s s的影响的影响（1 1）s s对对F Fc c影响很影响很小小（2）s s对对F Fp p、F Ff f影响较大影响较大 F Fp p随随s s增大而减小，增大而减小，F Ff f随随s s增大而增大增大而增大刃倾角负值越大，背向力越大（刃倾角负值越大，背向力越大（10-23%）刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r r的影响的影响（1 1）r r对对F Fc c影响很小影响很小（2 2）F Fp p随随 r r增大而增大增大而增大 F Ff f随随 r r增大而减小增大而减小r r增大相当于增大相当于r r减小的影响减小的影响1 1刀具磨损刀具磨损 刀刀具具的的切切削削刃刃及及后后刀刀面面产产生生磨磨损损后后，会会使使切切削时摩擦和挤压加剧，故使切削力削时摩擦和挤压加剧，故使切削力F Fc c和和F Fp p增大。增大。2 2切削液切削液切切削削液液润润滑滑作作用用越越好好，力力减减小小越越显显著著，低低速速时时更突出。更突出。3 3刀具材料刀具材料 各种刀具材料对切削力的影响，是通过刀具各种刀具材料对切削力的影响，是通过刀具材料与工件之间的亲和力、摩擦力和磨损等因材料与工件之间的亲和力、摩擦力和磨损等因素决定的。素决定的。按立方氮化硼、陶瓷、涂层、硬质按立方氮化硼、陶瓷、涂层、硬质合金、高速钢顺序，切削力依次增大。合金、高速钢顺序，切削力依次增大。四、其它因素四、其它因素第三节第三节切削热与切削温度切削热与切削温度一、切削热的来源与传散一、切削热的来源与传散切削热和由它产生的切削温度，会使切削热和由它产生的切削温度，会使加工工艺系统产生热变形，不但影响刀具加工工艺系统产生热变形，不但影响刀具的磨损和耐用度，而且影响工件的加工精的磨损和耐用度，而且影响工件的加工精度和表面质量。因此，研究切削热和切削度和表面质量。因此，研究切削热和切削温度的产生及其变化规律有很重要的意义。温度的产生及其变化规律有很重要的意义。切削层金属切削层金属发生弹性变形发生弹性变形和塑性变形和塑性变形切屑与前切屑与前刀面、工件与刀面、工件与后刀面间消耗后刀面间消耗的摩擦功的摩擦功1、来源、来源（3-10）由于切削层金属的弹性变形、塑性变形以由于切削层金属的弹性变形、塑性变形以由于切削层金属的弹性变形、塑性变形以由于切削层金属的弹性变形、塑性变形以及摩擦而产生的热，称为及摩擦而产生的热，称为及摩擦而产生的热，称为及摩擦而产生的热，称为切削热。切削热。切削热。切削热。被切削的金属被切削的金属在刀具的作用下，在刀具的作用下，发生弹性发生弹性和塑性变形而耗功和塑性变形而耗功，这是切削热的一个重要，这是切削热的一个重要来源。此外，切屑与前刀面、工件与后刀面来源。此外，切屑与前刀面、工件与后刀面之间的之间的摩擦也要耗功，也产生出大量的热量摩擦也要耗功，也产生出大量的热量。来源变形摩擦因此，切削时共有三个发热区域，即剪切面、切屑与前刀面接触区、后刀面与过渡表面接触区，如图示，三个发热区与三个变形区相对应。所以，切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。2、切削热的传出Q切削热切削热Qt刀具刀具Qw工件工件Qc切屑切屑Qm介质介质Q屑屑占占5086、Q刀刀占占1040、Q工工占占39、Q介介占占l不用切削液时，切削热的不用切削液时，切削热的70%80%70%80%由切屑带走，由切屑带走，20%15%20%15%传入工件，传入工件，10%5%10%5%传入刀具，传入刀具，1%1%左右传入空气。钻削时，切屑左右传入空气。钻削时，切屑28%28%、工件、工件52%52%、刀、刀具具15%15%、介质、介质5%5%。二、切削温度测定原理与切削温度分布二、切削温度测定原理与切削温度分布（一）切削温度测定原理（一）切削温度测定原理1自然热电偶法自然热电偶法2、人工热电偶法、人工热电偶法(二二)切削温度分布切削温度分布1)刀刀-屑接触面间摩擦大，屑接触面间摩擦大，热量不易传散，故温度值热量不易传散，故温度值最高最高温度分布规律温度分布规律2)切削区域的最高温度点在前面上近切削切削区域的最高温度点在前面上近切削刃处，在离切削刃刃处，在离切削刃1mm处的最高温度约处的最高温度约900，因为在该处热量集中，压力高。，因为在该处热量集中，压力高。在后面上离切削刃约在后面上离切削刃约0.3mm处的最高温处的最高温度为度为700；3)切屑带走热量最多，切屑上平均温度高切屑带走热量最多，切屑上平均温度高于刀具和工件上的平均温度，因切屑剪于刀具和工件上的平均温度，因切屑剪切面上塑性变形严重，其上各点剪切变切面上塑性变形严重，其上各点剪切变形功大致相同。各点温度值也较接近。形功大致相同。各点温度值也较接近。工件切削层中最高温度在近切削刃处，工件切削层中最高温度在近切削刃处，它的平均温度较刀具上最高温度点低它的平均温度较刀具上最高温度点低23倍。倍。切削温度的分布 4）剪切面上各点温度几乎相同。5）前刀面和后刀面上的最高温度都不在刀刃上，而是在离刀刃有一定距离的地方。6）在剪切区域中，垂直剪切面方向上的温度梯度很大。7）在切屑靠近前刀面的一层（简称底层）上温度梯度很大，离前刀面0.10.2mm，温度就可能下降一半。三、影响切削温度的因素三、影响切削温度的因素1切削用量切削用量1）切削速度）切削速度切削速度切削速度切削温度切削温度增加最显增加最显著，但不著，但不成正比的成正比的增加（增加（30%）2）进给量）进给量进给量的增大进给量的增大，切削温度上升，但切削温度切削温度上升，但切削温度随进给量增大而升高的幅度不如切削速度那随进给量增大而升高的幅度不如切削速度那样显著。样显著。（18%）3）切削深度）切削深度虽然随着切削深度的增加，切削温度也有所虽然随着切削深度的增加，切削温度也有所增加，但是切削深度增加，但是切削深度ap对切削温度的影响很对切削温度的影响很小小。（78%）2工件材料工件材料强度硬度、塑性强度硬度、塑性和韧性越大，和韧性越大，切削力越大，切切削力越大，切削温度升高。削温度升高。热导热率大，散热导热率大，散热快，温度下降热快，温度下降3刀具几何参数刀具几何参数1）前角）前角o的影响的影响o变形程度变形程度摩擦热摩擦热但但o20时，因散时，因散热面积热面积，对，对的影响的影响减小减小2）主偏角主偏角r的影响的影响r，切削刃工作长度切削刃工作长度刀尖角减小刀尖角减小，散热面积散热面积3）刀尖圆弧半径、负倒棱的影响）刀尖圆弧半径、负倒棱的影响r、b切屑变形程度切屑变形程度切削热切削热 同时散热条件改善，两者趋于平衡，对同时散热条件改善，两者趋于平衡，对影响很影响很小小4切削液切削液浇切削液对切削温度浇切削液对切削温度刀具磨损刀具磨损加工质量加工质量有有明显效果。热导率比热容和流量越大，本身温明显效果。热导率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越显著。度越低冷却效果越显著。从导热性能来看，从导热性能来看，油类切削液油类切削液不如不如乳化液乳化液，乳化液乳化液不不如如水基切削液水基切削液。第四节第四节刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命一一、刀具磨损、刀具磨损(一一)刀具磨损形式刀具磨损形式磨损磨损（正常工作时逐（正常工作时逐渐产生的损耗）渐产生的损耗）破损破损（突发的破坏，（突发的破坏，随机的）随机的）1正常磨损正常磨损(1)前面磨损前面磨损切塑性材料，切削速度切塑性材料，切削速度 和切削厚度较大时，和切削厚度较大时，在前刀面上在前刀面上形成形成月牙洼磨损月牙洼磨损，以最大深度以最大深度KT KT 表示表示(2)主后面磨损主后面磨损切铸铁或切削速度切铸铁或切削速度 和切削厚度较小切塑性材料时，主要和切削厚度较小切塑性材料时，主要发生这种磨损发生这种磨损,而不产生月牙洼磨损。而不产生月牙洼磨损。后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为VCVC；中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以；中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以VBVB表示；表示；边界处磨损严重，以边界处磨损严重，以VNVN表示。表示。(3)副后面磨损副后面磨损在切削过程中因副后角在切削过程中因副后角o及副偏角及副偏角r过过小，致使副后面受到严重摩擦而产生磨损。小，致使副后面受到严重摩擦而产生磨损。2非正常磨损（破损）非正常磨损（破损）(1)沟槽磨损沟槽磨损因刀具材料耐磨性因刀具材料耐磨性不够，或加工材料不够，或加工材料表面有硬质点摩擦表面有硬质点摩擦等所致。等所致。(2)切削刃细小缺口切削刃细小缺口(3)塑性变形塑性变形是由于刀片硬度是由于刀片硬度高、脆性增大、切高、脆性增大、切削刃锋利使强度变削刃锋利使强度变差、断续切削或切差、断续切削或切屑碰坏造成的。屑碰坏造成的。切削温度过高和切削温度过高和切削压力过大，刀头切削压力过大，刀头强度和硬度降低。尤强度和硬度降低。尤其在高速钢刀具上较其在高速钢刀具上较易出现。易出现。(4)切削刃崩裂切削刃崩裂在切削刃和前在切削刃和前刀面上受较大刀面上受较大冲击力作用、冲击力作用、背吃刀量背吃刀量ap 和和进给量进给量f 过大使过大使切削力增大，切削力增大，中间切人使主、副切削刃均受切削力作用，刀具中间切人使主、副切削刃均受切削力作用，刀具前角大和强度低等情况前角大和强度低等情况(5)切削刃剥落切削刃剥落(6)热裂热裂常发生在硬度高、脆性常发生在硬度高、脆性大的陶瓷刀具上。并在压力大的陶瓷刀具上。并在压力和摩擦力较大情况下易产生。和摩擦力较大情况下易产生。由热循环使材料疲劳，由热循环使材料疲劳，或因间断切削和切削液浇注或因间断切削和切削液浇注不均匀使切削温度骤变，易不均匀使切削温度骤变，易引起前、后刀面上出现细微引起前、后刀面上出现细微裂纹。裂纹。(二二)磨损过程和磨损标准磨损过程和磨损标准(磨损判据磨损判据)1磨损过程曲线磨损过程曲线1）初期磨损阶段初期磨损阶段与刀具刃磨质量有关与刀具刃磨质量有关2）正常磨损阶段）正常磨损阶段VB与切削时间近似正比与切削时间近似正比斜率表示磨损强度斜率表示磨损强度3）急剧磨损阶段急剧磨损阶段切削力、温度急升，刀切削力、温度急升，刀具磨损加剧，之前换刀具磨损加剧，之前换刀2磨损标准磨损标准 刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。磨损限度称为磨钝标准。正常磨损正常磨损VB=0.3mm后面：后面：非正常磨损非正常磨损VBmax=0.6mm前面：前面：KT=(0.06+0.3f)mm以以1/2背吃刀量处背吃刀量处后刀面后刀面平均平均磨损宽度磨损宽度VB为为刀具磨钝标准刀具磨钝标准(三三)刀具磨损原因刀具磨损原因切削过程中的刀具磨损具有下列特点：切削过程中的刀具磨损具有下列特点：(1)刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面。鲜表面。(2)接触压力非常大，有时超过被切削材料的屈接触压力非常大，有时超过被切削材料的屈服强度。服强度。(3)接触表面的温度很高，对于硬质合金刀具可接触表面的温度很高，对于硬质合金刀具可达达8001000，对于高速钢刀具可达，对于高速钢刀具可达800600。1磨粒磨损（磨料磨损）磨粒磨损（磨料磨损）切屑或工件表面上的硬质点（碳化物、氧化物切屑或工件表面上的硬质点（碳化物、氧化物等）对等）对刀具表面刻划作用造成的机械磨损。刀具表面刻划作用造成的机械磨损。低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要原因低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要原因2相变磨损相变磨损:9009000 0C C 刀具在较高速度切削刀具在较高速