金属切削过程基本规律及其应用

c
p
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四、刀具磨损与刀具耐用度
刀具失效 刀具磨损 刀具破损
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四、刀具磨损与刀具耐用度
1. 刀具磨损的形式
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图2-30 车刀典型磨损形式
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四、刀具磨损与刀具耐用度
2.刀具磨损的原因 (1) 擦伤磨损 （任何切削温度） (2) 粘结磨损 (3) 扩散磨损 （高速切削） (4) 氧化磨损 （高速切削）
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1. 切屑的形成
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图2-1 金属切削过程中的滑移线
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2.1 金属切削过程的基本规律.
• （1）第一变形区 从OA线开始发生塑性变形，到 OM线金属晶粒的剪切滑移基本完成。OA线和OM 线之间的区域（图中Ⅰ区）称为第一变形区。
• （2）第二变形区 切屑沿前刀面排出时进一步受到
2）切削用量对切削力的影响。 b）切削速度Vc对切削力的影响;
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3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。
a） 前角go对切削力的影响;
前角go↑ 刀刃锋利↑ 变形抗力↓ 切削力↓
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3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。
a） 前角go对切削力的影响;
（2）积屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性； 2）切削速度；
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图2-9 切削速度对积屑瘤的影响12
2. 积屑瘤
（2）积屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性； 2）切削速度； 3）刀具前角；
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2. 积屑瘤
（2）积屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性； 2）切削速度； 3）刀具前角； 4）冷却润滑条件。
2） 工艺系统刚性较差时，应规定较小的磨钝 标准；
3） 粗车钢件，特别是粗车合金钢和高温合金 时，磨钝标准要比粗车铸铁时取得小些。
4） 加工同一种工件材料时，硬质合金刀具的 磨钝标准要比高速钢刀具取得小些。
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四、刀具磨损与刀具耐用度
4.刀具耐用度 (1) 定义
刃磨或换刃后的刀具，自开始切削直到磨 损量达到磨钝标准为止的切削时间，称为刀
Kv—切削条件与实验条件不同的修正系数。
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Leabharlann Baidu
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四、刀具磨损与刀具耐用度
F xF xs y in r
Fy (0.15~0.7)Fz
Fx (0.1~00.6F)z
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1.总切削力的分解和切削功率
（2）切削功率
Pz Fzvc
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单位：kw
Fz——切削力，单位：N； vc——切削速度，单位：m/min。
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1.总切削力的分解和切削功率
工件材料的导热性好，从切屑和工件传出的 切削热相应增多，切削区的平均温度降低。
例如，合金结构钢的强度普遍高于45钢，而导 2020/4热/29 系数又一般均低于45钢，所以切削合金结构钢43
3.影响切削温度的主要因素
(4)切削液
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4.切削温度的试验公式
切削温度的实验公式是由标准切削实验得来的 。
1.切削热的来源与传出
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图2-26 不同切削速度下的热量传出比例
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三、切削热和切削温度
2. 切削温度的分布
a） 法平面内的切削温度分布 b）刀具前面上的切削温度分布
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图2-27 切削温度的分布
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3.影响切削温度的主要因素
(1)切削用量
在切削用量中，切削速度对切削温度的 影响最大。
背向力 FyCFyaPXFyfyFyKFy 进给力 F xCFxaPXFxfyFxKFx
切削时消耗的功率
Pz
Fzvc
6 104
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2. 切削力的经验公式
[计算举例]：
用YT5硬质合金车刀外圆纵车σb = 630 MPa的热轧45
钢，车刀几何参数为go =10°、r = 75°、ls = –5°，切削 用量为ap = 2mm、f = 0.3mm/r、vc = 100 m / min。
试计算切削力Fz、Fy、Fx 及切削功率Pz 。
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2. 切削力的经验公式
[解]： F zCFzaPXFzfyFzKFz
查表 2.1 得：
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二、切削力
3. 影响切削力的因素 总切削力的来源有两个方面： 一是克服被加工材料对弹性变形和塑
性变形的抗力； 二是克服切屑对刀具前面的摩擦阻力
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二、切削力
由此可见，从减小切削力和节省动力消 耗的观点出发，在切除相同余量的条件
下，增大 f 比增大ap 更为有利。
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3. 影响切削力的因素
2）切削用量对切削力的影响。 b）切削速度Vc对切削力的影响;
切削塑性材料时
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3. 影响切削力的因素
图2-3 切屑类型
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2. 积屑瘤
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图2-4 积屑瘤与切削刃 的金相显微照片
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2. 积屑瘤
图2-5 积屑瘤高度及其实际工作前角
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2. 积屑瘤
（1）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）切削功率
Pz Fzvc
6104
单位：kw
PE
Pz
—2020—/4/29 机床传动效率，一般，取 = 0.75～0.8518。
二、切削力
2. 切削力的经验公式
切削力 F zCFzaPX FzfyFzK Fz
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2. 切削力的经验公式
切削力 F zCFzaPXFzfyFzKFz
具耐用度，符号用T，单位用min或s。
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四、刀具磨损与刀具耐用度
4.刀具耐用度 (2) 刀具耐用度与切削用量的关系
Tm
Cv
vc
axv p
f
yv
vc
Tm
Cv
f yv axv kv
p
式中， Cv--与耐用度实验条件有关的系数； m、xv 、yv—分别表示对T 、ap和f影响程度的指数；
前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维 化，基本上和前刀面平行。这一区域（图中Ⅱ区） 称为第二变形区。
• （3）第三变形区 已加工表面受到切削刃钝圆部分
和后刀面的挤压和摩擦，造成表层金属纤维化与加
工硬化。这一区（图中Ⅲ区）称为第三变形区。
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1. 切屑的形成
衡量切屑变形程度的方法 （1）相对滑移ε sB 'C C''B c ot an r()o
上述切削用量选择原则是从最低切削温度出 发考虑的，这也是制订零件加工工艺规程时 ，确定切削用量的原则。
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3.影响切削温度的主要因素
(2)刀具几何参数 1） 前角 2） 主偏角
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三、切削热和切削温度
3.影响切削温度的主要因素 (3)工件材料
工件材料的强度、硬度越高，总切削力越大 ，单位时间内产生的热量越多，切削温度也就越 高。
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二、切削力
1.总切削力的分解和切削功率 （1）总切削力的分解
1）切削力Fc (Fz) 2）背向力Fp (Fy) 3）进给力Ff (Fx)
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1.总切削力的分解和切削功率
（1）总切削力的分解
F F z2F x2y F z2F x2F y2
F y F xy cors
硬质合金钢刀具
~0.41
C x
y
z
140~170 0.08 ~1 0.2 ~0.3 0.35
320
0.05
0.15 0.26
切削用量对切削温度的影响程度以切削速度
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3.影响切削温度的主要因素
因此，若要切除给定的余量，又要求切削 温度较低，则在选择切削用量时，应优先考 虑采用大的背吃刀量，然后选择一个适当的 进给量，最后再选择合理的切削速度。
y y
2020/4/29 图2-2 切屑形成过程
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1. 切屑的形成
衡量切屑变形程度的方法 (2) 切屑厚度压缩比Λh
ΛhhchlDco ct orso sirno hDlch
2020/4/29 图2-2 切屑形成过程
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1. 切屑的形成
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碳素钢，合金钢，铜 铝合金； 黄铜，低速切削钢； 铝； 铸鉄，黄铜
c）刃倾角ls 对切削力的影响; ls↑ 背前角gp↑ 侧前角gf↓
Fp↓ Ff↑
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3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。
d）刀尖圆弧半径r 对切削力的影响;
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3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。 e）使用切削液 对切削力的影响;
随着切削速度的提高，材料切除率随之 成正比例的增加。但随着切削速度的提高，
切屑变形相应减小，所以，切削功和切削热
虽然有所增高，但不可能成正比例的增高， 因此，切削温度也不会成正比例的增高。
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QFzvc
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3.影响切削温度的主要因素
(1)切削用量
a v k C pXfy cz
高速钢刀具 ~0.45
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四、刀具磨损与刀具耐用度
2.刀具磨损的原因 (1) 擦伤磨损 (2) 粘结磨损 (3) 扩散磨损 (4) 氧化磨损
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图2-33 切削温度对磨损影响的示意图 ①擦伤磨损 ②粘结磨损 ③扩散磨损 ④氧化磨损
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四、刀具磨损与刀具耐用度
3.刀具磨损过程及磨钝标准 (1)刀具的磨损过程
和工件表面对刀具后面的摩擦阻力。
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3. 影响切削力的因素
1）工件材料的性能对切削力有显著的影响 。 工件材料的硬度或强度愈高，材料的 剪切屈服强度也愈高，发生剪切变形的 抗力也愈大，故切削力也愈大。
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3. 影响切削力的因素
2）切削用量对切削力的影响。
a）背吃刀量ap 和进给量f 对切削力的影响;
的允许极限值作为磨钝标准，定尺寸刀具 和自动化生产中的精加工刀具，常以径向
磨损量NB的允许值作为磨钝标准。
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四、刀具磨损与刀具耐用度
3.刀具磨损过程及磨钝标准 (2)刀具的磨钝标准
图2-31 车刀的径向磨损
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（2）刀具的磨钝标准
1） 精加工 VB＝0.1 mm ～ 0.3mm； 粗加工 VB＝ 0.6 mm ～ 0.8mm。
前角对切削力的影响 ap = 4 mm f = 0.25 mm / r
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3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。
b） 主偏角Kr 对切削力的影响;
FyFx ycors
FxFxysinr
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3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。
实验条件如下：
C620-1改装无级调速车床，工件与刀片材料切 削对为YT15 – 45钢，切削速度 vc = 60 m / min ～ 200 m / min，进给量f = 0.4 mm / r ～ 0.6 mm / r，背吃刀量asp = 0.5 mm ～ 3.0 mm。
v a 2
7 3f 0 .260 .070 .01
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三、切削热和切削温度
1.切削热的来源与传出
图2-25 切削热的来源与传导
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加工 方法 车削
铣削
钻、 镗削 磨削
切屑 工件 刀 具
50~8 10~4 <5 0% 0% %
70% <30% 5%
30% >50% 15 %
4% >80% 12 %36
三、切削热和切削温度
图2-31 硬质合金车刀的典型磨损曲线 2020/4/2Y9D05-30CrMnSiA；go4º，ao8º，r45º，ls-4º；vc=150m/min， 50
四、刀具磨损与刀具耐用度
3.刀具磨损过程及磨钝标准 (2)刀具的磨钝标准
刀具允许达到的最大的磨损量，称为“ 磨钝标准”。
对于一般刀具，常以后面磨损带高度VB
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。
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。 2020/4/29
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2. 积屑瘤
（2）积屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性；
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2. 积屑瘤
↑ 背吃刀量ap ↑
进给量f↑
AD ↑
变形抗力 摩擦力
切削力↑
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二、切削力
标准切削试验：刀具材料P10，工件材料45钢
σb = 650 Mpa，车刀几何参数为go =10°、 r = 45°、ls =0°。
Fz CFzaP1. 0 f0. 7KF 5z
即，ap增大一倍，Fz也增大一倍；而f 增大一倍， Fz只能增大68%～80％。