第二章金属切削过程的基本规律

60
调质
229
75
淬火
44HRC
148
θ℃ 100% 125% 145%
θ℃↗
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四、影响切削温度的因素分析
2. 切削用量对切削温度的影响：
vc、f、ap↗
θ ℃↗
C
vcx
f
y
a
z p
用YT15刀具，切削45#钢时( σb=75kg/cm2)
314v0c.4 f 0.14 a0p.04
测量点温度。例如，在刀具上打孔到接近前刀 面，测点温。
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3. 切削温度的测量
2)自然热电偶 利用刀具和工件本身两种不同材料组成热电
偶，由于两端温度不同，产生温差热电势。这种 方法测出的是切削区平均温度，需事先标定。
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3. 切削温度的测量
切削碳钢时：
200℃以下 220℃ 270℃
“指切削区（切屑与 前刀面接触区）的 平均温度
切削脆性材 料时最高温 度区域切削塑性材料时
最高温度区域
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3. 切削温度的测量
常用热电偶法。两种不同的金属材料组成封闭 回路，当两节点有温差时，会产生温差热电势
ε∝(T1-T0)
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3. 切削温度的测量
1)人工热电偶 用两种热电位差较高的金属组成测温结点，
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四、影响切削温度的因素分析
3. 刀具几何角度对切削温度的影响：
刀具几何参数(如前角、刃倾角、刀尖圆角、刀尖负倒 棱、刀具磨损等)对切削温度的影响有时也是两种作用相 互制约和矛盾的。
刀具前角增大，切削变形及摩擦减小，切削力减小， 有利于降低温度，但前角太大则刀具切削刃单薄，散热条 件差，也有使刀具温度升高的因素，因此存在着一个有利 于切削温度的优化的前角值。
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四、切削力的计算
负倒棱的影响： br/f
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五、单位切削力
“单位面积上的主切削力”：
KC
Fc AD
f
Fc ap
估算切削力：
(N / mm2 )
Fc KC AD KC a p f
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切削力公式比较
对碳钢45材料：
经验公式： Fc 1640 a1p f 0.84 KFc
在不使用冷却液的情况下： Q屑>Q刀>Q工>Q介
车削加工时，50～86％由切屑带走，40～10％传入刀具， 9～3％传入工件，1％左右通过辐射传入空气。
钻削加工时，28％由切屑带走，15％传入刀具，52％传入 工件，5％左右传入周围介质。
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三、切削温度
1. 切削温度分布：
2. 切削温度：
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Machine Manufacturing Engineering
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2020年10月31日
第二章 金属切削过程的基本规律
第一节 金属的切削过程 第二节 切削力与切削功率 第三节 切削热与切削温度 第四节 刀具的磨损及使用寿命 第五节 刀具合理几何参数的选择 第六节 工件材料的切削加工性 第七节 切削用量的选择
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第一节 金属的切削过程
一、概述
宏观上，金属切削过程是指：用刀具从工件上 切除多余的金属层，使工件在尺寸、形状和表面质 量方面都符合预定要求的一种加工过程。
此过程在常温下进行，称为冷加工。
研究金属切削过程的规律首先要从金属切削过 程中金属层受力变形破坏的力学原理开始。
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一、概述
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一、概述
1. 刀具挤压工件，产生变形 2. 滑移 3. 挤裂 4. 切离
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一、概述
金属切削过程：就是工件的被切削层金属在刀 具前刀面的推移下，沿着剪切面(即滑移面)产生剪 切变形并转变为切屑的过程。
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二、切削变形区1.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：
Qz ap f vc (mm3 / s)
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第三节 切削热与切削温度
一、产生原因：
第一变形区：
① 切削层的弹性及塑性 60%的热量
变形。
② 切屑与前刀面，工件 与后刀面的摩擦。
第二变形区： 30%的热量
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第三变形区： 10%的热量
第三节 切削热与切削温度
二、切削热的传递： Q=Q屑+Q刀+Q工+Q介
掌握切削力的变化规律，计算切削力的数值，不仅是设 计机床、刀具、夹具的重要依据，而且对分析、解决切削加 工生产中的实际问题有重要的指导意义。
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Байду номын сангаас
第二节 切削力与切削功率
一、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
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二、切削力的分解
厚度变形系数：
h
hch hD
式中：hch——切屑厚度 hD ——切削层厚度
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四、切屑的变形及影响因素
1. 变形系数：
长度变形系数：
l
lc lch
式中：lc ——切削层长度 lch——切屑长度
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四、切屑的变形及影响因素
1. 变形系数：
根据体积不变原理：
h l 1
hch OM cos( o) cos( o)
hD
OM sin
sin
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2. 影响切屑变形的因素：
① 工件材料：
工件塑性↗
延伸率δ↗
② 刀具角度：
γO ↗
刀具锋利
塑性变形↙
③ 切削速度：
V↗
ξ↙
ξ↗ ξ↙
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五、积屑瘤
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五、积屑瘤
3①2①..对积了产切“下切屑刀1①在.生削，削瘤刃硬特一条塑过代，切点度程定件性替增削：是的刀大： 材的塑工影刃了料温性响件进前。度：金材行角和属切，料压削减时的少，力，2了保～切护 ②②屑积落切面切摩冷的，屑削上屑擦变影焊瘤3切.形响区发形底，现削5，尺倍状界生层嵌。象寸降不，面冷与入,精低规可使前式状焊度了则以一和切刀结况的，代表削部面合符条频面力替分繁发发合件质。刀生生切生在：量。长具。刀适脱 故：当屑②的粘周温结而度在复、前始刀很的面大生上的长，压、形力脱和 ✓ 粗长剧成，加烈积使工落的积时屑。屑摩可瘤瘤人擦”能为。。稳控定制存积在屑。瘤的生
其 中：功F率D 的主Ff2 要 F依p2 据。
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三、切削力的测量原理
•测定切削力大都采用应变片测力仪。 •基本原理是在弹性变形元件上贴应变片组成电桥，测量拉压 应力应变。常用八角环式测力仪。
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四、切削力的计算
由实验获得经验公式：
F C a f K ( N) c注①意计：算公F式c由实验xp测Fc得，式y中F的c 各项应F按c照实验时的单
F C a f K (N) p②
x y 位手计册算中。的即数：据为aP：特Fpm定m切，削f条：F件mp m下/测r 得的数据，当实际 F p F 的条件与p实验公式条件不符时，应加修p正系数。
F C a f K ( N) KfFc KfFcFfKvFc xpKFfFc KbyrFcFf KFc KFfFc KrFc KVBFc
大。
三、切屑的类型
3. 单元切屑：
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形产形特状 生 成 点： 条 原 ：件 因：
材整切削料个切力塑剪屑波性切沿动很面挤很差上裂大、剪面， 完状切前应破有面角 坏。振 粗速力全小 强动 糙低超断。度；、过开极已 大h材成D限，加大料单。且工、的元有表 振纹。
三、切屑的类型
4. 蹦碎切屑：
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⑤避开积屑瘤产生的速度范围
Ⅱ区：形成带状切屑， 冷焊条件形成，随着切削 速度的提高积屑瘤的高度 也增高。
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⑤避开积屑瘤产生的速度范围
Ⅲ区：积屑瘤高度随着 切削速度的提高而减小， 当达到Ⅲ区右边界时，积 屑瘤消失。
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⑤避开积屑瘤产生的速度范围
Ⅳ区：切削速度进一步 提高，由于切削温度较高 而冷焊消失，此时积屑瘤 不再存在了。
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五、控制切削温度的措施
1. 正确使用冷却液： 1)切削液的种类 ①水溶液 ②乳化液
主好使，将稀溶较、主采矿滑添因要金，乳极释液差要用物膜加此成属透化，，压而成植油，剂需分生明油添成但需分物不因、加是锈易用加，润再是油能此极入水观，9剂润滑加矿 或 形需压5添察， 且％和滑 和 入物 复 成再添加润冷 ，～防性 防 油油 合 坚加加剂滑却但9锈能 锈 性油 固入剂，8。性性纯添优 性 添％的油和少 。能能水的加于 能 加润性数 纯防差最易水剂水 仍 剂 。锈添加剂，以提高润滑和
13在2总..主进背切进切给向削给削抗力力方力力(在向径((切切轴的向深向向力分方力力)力F向))P。：的FF是Cf：分：计
Ff FF在切切D算度力给生主削向s的弯方或。inF运速力c依曲向2校动F度。据，垂F核Pf方2在。方是或直机F向Fp基引。向计p2床的面F起会一算进D分内振使致机c给o力，动工s床，机。与。件切又构F发进C削称与强
290~300 ℃ 320 ℃ 350 ℃ 400 ℃ >500 ℃
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切屑呈银白色 切屑呈淡黄色 切屑呈暗红色 切屑呈暗蓝色
切屑呈蓝色 切屑呈蓝灰色 切屑呈灰白色 切屑呈紫黑色
四、影响切削温度的因素分析
1. 工件材料:
HB、σb↗
切削抗力↗ 功耗↗
45#钢为例：
热处理
HB
σb
正火
187
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特点： 形成原因： 形产状切生：削条件过：程 切碎材拉刀切 料块屑料 面强不 切 动。削状呈塑 挤度削平 大脆。不性 压低力，稳性规差 时，材波， 有则几， 受的乎前抗 没 有冲塑击性，变振形 便 脆 断动成大不，规已则 的 碎块加。工 表 面
粗糙。
四、切屑的变形及影响因素
1. 变形系数：
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二、切削变形区
4.剪切面： 在一般切削速度下，OA(始滑面) 与OM(终滑面)非常接近(0.02～ 0.2mm)，所以通常用一个平面 OO’来表示这个变形区，该平面 称为剪切面。
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二、切削变形区
5.剪切角： 剪切面与切削速度方向间的夹角 叫做剪切角，用Φ表示。 剪切角的大小反映了剪切变形的 程度，剪切角小则变形大。
对有生塑产性安滑全移有而危无害断。
裂；前角大，则刀
具 锋 利 ； hD 小 则 切 削力小。故易得带
状切屑。
三、切屑的类型
2. 挤裂切屑(节状切屑) ：
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特点：
产形切易形断屑生 成状，冷条 原：便硬件 因于度： ：处高理，；脆且 切削厚小切形挤变力振已宏接呈竹动形波加裂。削削 速 度 全节观锯，；相动工。层塑 度 较 过状对较表上齿但经性 中 厚 程。较大面自形外过材 等、 ，大粗，然表 ，充料、 前 最糙，易分角 后、 切连面 如度产切变较 被切削较生削
✓ 精加工时应抑制积屑瘤的产生。
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4. 控制措施：
① 提高前刀面的光滑程度； ② 适当增大刀具前角； ③ 提高工件的硬度，降低塑性； ④ 采用合适的切削液； ⑤ 避开积屑瘤产生的速度范围。
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⑤避开积屑瘤产生的速度范围
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⑤避开积屑瘤产生的速度范围
Ⅰ区：切削速度很低， 形成粒状或节状切屑，没 有积屑瘤生成。
估算切削力： Fc 1962 a p f K Fc
KfFc ?
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K fFc
0.3
0.15
f
六、切削功率
Pc
Fc vc 1000
机床总功率：
(kw)
PE
Pc
0.75 ~ 0.85
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单位切削功率
“单位时间内切下单位体积金属所需的功率”
Ps
Pc Qz
(kw / mm3 s1)
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第二节 切削力与切削功率
切削力是指由于刀具切削工件而产生的工 件和刀具之间的相互作用力。
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第二节 切削力与切削功率
切削力是切削过程中产生的重要物理现象，对切削过程 有着多方面的重要影响。
它直接影响切削时消耗的功率和产生的热量，并引起工 艺系统的变形和振动。
切削力过大时，还会造成刀具、夹具或机床的损坏。切 削过程中消耗功所转化成的切削热则会使刀具磨损加快，工 艺系统产生热变形并恶化已加工表面质量。
剪切面的滑移变形
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二、切削变形区
2.第二变形区： 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。
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二、切削变形区
3.第三变形区： 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。
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三、切屑的类型
1. 带状切屑：
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形成原因：
形特产切层状点生未削：：条及速件充度：分高
， 变
切 形
削 即
连切变绵削为不过塑切性断 程屑材呈 变，料带 形剪、状 小切切， ，面削切 切
屑削速上底力度的面小高应很 且、力切光 稳还削滑 定未厚而 ；达度背 已到较面 加
呈工小破毛表、坏茸前面值状角粗，。大糙因。度此较，小只。