金属切削屑理
第二章第1节-金属切削过程及切屑类型分析
lfi
lfo
切屑与前刀面的摩擦
第一节 金属切削过程及切屑类型
积屑瘤
在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢
料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面呈三角
状的硬块,称为积屑瘤。
它的硬度很高，通常是
工件材料的2—3倍，在
切屑
处于比较稳定的状态时，
能够代替刀刃进行切削。
积屑瘤
刀具
积屑瘤
切屑的种类
名称
带状切屑
切屑类型及形成条件
挤裂切屑
单元切屑
崩碎切屑
简图
形态 变形
形成 条件
影响
带状，底面光滑 ，背面呈毛茸状
剪切滑移尚未达 到断裂程度
加工塑性材料， 切削速度较高， 进给量较小， 刀具前角较大
切削过程平稳， 表面粗糙度小， 妨碍切削工作， 应设法断屑
节状，底面光滑有裂 纹，背面呈锯齿状
变形程度表示方法
变形系数
切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本 不变。可用其表示切削层的变形程度。
◆ 厚度变形系数
h
hch hD
◆ 长度变形系数
L
LD Lch
Lch LD
切屑与切削层尺寸
第一节 金属切削过程及切屑类型
根据体积不变原理，则
h
lc lch
hch hDOMຫໍສະໝຸດ sin(90 OM sin
第二章 金属切削基本理论及应用
第一节 金属切削过程及切屑类型
金属切削过程是指在刀具和切削力的作用下形成切屑的过 程，在这一过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切 削的矛盾，产生许多物理现象，如切削力、切削热、积屑瘤、刀 具磨损和加工硬化等。
《金属切削原理与刀具》知识点总结
I 切削原理部分第1章刀具几何角度及切削要素1、切削加工必备三个条件：刀具与工件之间要有相对运动；刀具具有适当的几何参数，即切削角度；刀具材料具有一定的切削性能2、切削运动：刀具与工件间的相对运动，即表面成形运动。
分为主运动和进给运动。
1）主运动是刀具与工件之间最主要的相对运动，消耗功率最大，速度最高。
有且仅有一个。
运动形式：旋转运动（车削、镗削的主轴运动）直线运动（刨削、拉削的刀具运动）运动主体：工件（车削）；刀具（铣削）。
2）进给运动：使新切削层不断投入切削，使切削工作得以继续下去的运动。
进给运动的速度一般较低，功率也较少。
其数量可以是一个，也可以是多个。
可以是连续进行的，也可以是断续进行的。
可以是工件完成的，也可以是刀具完成的。
运动形式：连续运动：如车削；间歇运动：如刨削。
一个运动，如钻削；多个运动，如车削时的纵向与横向进给运动；没有进给运动，如拉削。
运动主体：工件，如铣削、磨削；刀具，如车削、钻削。
3、切削用量切削用量是指切削速度c v 、进给量f （或进给速度）和背吃刀量p a 。
三者又称为切削用量三要素。
1）切削速度c v （m／s 或m／min）：切削刃选定点相对于工件的主运动速度称为切削速度。
主运动为旋转运动时，切削速度由下式确定1000dn v c π=式中：d-工件或刀具的最大直（mm）n-工件或刀具的转速(r/s 或r/min)2）进给量f：工件或刀具转一周（或每往复一次），两者在进给运动方向上的相对位移量称为进给量，其单位是mm／r（或mm／双行程）。
3）背吃刀量p a （切削深度mm）2m w p d d a -=式中:w d -工件上待加工表面直径（mm）；m d -工件上已加工表面直径（mm）。
4、工件表面：切削过程中，工件上有三个不断变化的表面待加工表面：工件上即将被切除的表面。
过渡表面：正被切削的表面。
下一切削行程将被切除。
己加工表面：切削后形成的新表面。
5、刀具上承担切削工作的部分称为刀具的削部分，刀具切削部分由一尖二刃三面组成。
切削铁屑形成原理
切削铁屑形成原理引言：切削铁屑形成是在金属切削过程中常见的现象，它是由切削工具与工件之间的相互作用引起的。
本文将以切削铁屑形成原理为主题，详细解析切削铁屑的形成过程以及影响因素。
一、切削铁屑的形成过程切削铁屑的形成是由于切削工具对工件进行切削时，金属材料被剪断而产生的。
具体而言，切削铁屑的形成过程可以分为以下几个阶段：1. 切削工具进入切削区域：切削工具以一定的速度和角度进入工件的切削区域，与工件表面接触。
2. 剪切力作用：切削工具施加剪切力，使工件产生塑性变形。
在这个过程中，切削工具与工件之间的摩擦力也起到了重要的作用。
3. 剪切屑的形成：在剪切力的作用下，工件的金属材料开始发生剪切断裂。
这时，金属材料从工件中剥离出来，形成切削铁屑。
4. 切削铁屑的排出：切削铁屑随着切削过程的进行，被切削液或气流带走，排出切削区域。
二、切削铁屑形态的分类切削铁屑的形态可以根据其外观和结构进行分类，常见的切削铁屑形态有以下几种：1. 连续切屑：连续切屑是切削过程中产生的一种常见切削铁屑形态。
它的形状规整，呈螺旋状或螺旋状曲线。
连续切屑的形成主要与工件材料的塑性变形特性和切削工具的几何形状有关。
2. 断续切屑：断续切屑是切削过程中产生的另一种常见切削铁屑形态。
它的形状不规则，呈不连续的碎片状。
断续切屑的形成主要与工件材料的脆性和切削工具的切削速度有关。
3. 螺旋切屑：螺旋切屑是连续切屑中的一种特殊形态，其形状呈螺旋状。
螺旋切屑的形成主要与切削工具的几何形状和切削速度有关。
4. 螺旋碎屑：螺旋碎屑是断续切屑中的一种特殊形态，其形状呈碎片状且具有螺旋结构。
螺旋碎屑的形成主要与工件材料的脆性和切削工具的切削速度有关。
三、影响切削铁屑形成的因素切削铁屑的形成受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 切削速度：切削速度是切削铁屑形成的重要因素之一。
过高或过低的切削速度都会导致切削铁屑形态异常，影响切削质量。
2. 切削深度：切削深度对切削铁屑形态有直接影响。
第一章 金属切削过程中的基本规律讲解
②增大前角 积屑瘤具有30°左右的前角。
③增大切削厚度 切削厚度增大了ΔhD。
④增大已加工表面粗糙度
原因：积屑瘤不规则的形状和非周期性的生成与脱 落、可能引起的振动、积屑瘤碎片残留在已加工表面 上。
积屑瘤
（3）影响积屑瘤的主要因素
在滑动区内的摩擦为外摩擦，该处的剪应力τy 由τs 逐渐减小到零。
正应力σγ 在刀刃处最大，离切削刃越远，前刀面上 的正应力越小，并逐渐减小到零。
刀-屑接触面上的摩擦特性
刀-屑接触面上的摩擦特性
前刀面上的摩擦系数μ是变化的，其计算公式如下：
s av
式中 τs ——工件材料的剪切屈服强度，随温度升 高而略有下降
响比较明显，前角γ0 对切削力的影响最大。
切削热的产生和传出
（1）切削热的产生 切削加工中，切削变形与摩擦所消耗的能量几乎全 部转换为热能，因此三个变形区就是三个发热源。如 下图所示。
切削热的产生和传出
（2）切削热的传出 由切屑、刀具、工件、周围介质传导出去。
车削钢料时，切削热被切屑带走约50% ~ 86%，传入 刀具的约占10% ~ 40%，传入工件的约为3% ~ 9%，传入 周围介质的约占1%。
相对滑移ε
切削层中m´n´线滑移至m˝n˝ ，瞬时位移为∆y ， 滑移量为∆s 。
cos o
sin cos( o )
增大前角γo 和剪切角φ,则
相对滑移ε减小，即切削
变形减小。
变形系数ξ
将切削时形成的切屑与切削层尺寸比较，可知切 屑的长度缩短而厚度增加。 变形系数就是切屑厚度和 切削层厚度的比值，或者是切削层长度和切屑长度的 比值。
金属切削过程中的物理现象
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2)切削速度的影响
切削塑性材料，切削速度的影响分为两个阶段： 有积屑瘤和无积屑瘤两个阶段。
切削塑性材料时
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切削速度是通过影响切削变形程度来影 响切削力，切削变形大，则切削力大。
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切削铸铁等脆性材料时，被切材料 的塑性变形及它与前刀面的摩擦均比 较小。υc对切削力没有显著影响。
在材料的强度、硬度相近的情况下，材料的塑性越大。韧性越大，则切削力 越大。 ◆塑性大的材料在切削过程中将产生较大的塑性变形和加 工硬化，且切削与前 刀面的接触时间长，故切削力较大； ◆韧性大的材料，使之发生变形或破坏需消耗较多的能量，故切削力较大。
切削脆性材料时，一般皆为崩脆切削，从而切削与前刀面的摩擦都比较小， 故其切削力相对较小。
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3.总切削力的几何分力
F F F F F F
2
c
2
N
2 2 2
C
P
f
Fp=FNcosKr;
Ff =FNsinkr
一般情况下，Fc最大，Fp和Ff小一些
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主切削力Fc：切削合力F在主运动方向的分力，又称切向分力。它与切削速度 方向一致，在切削过程中做功最多，占总切削功率的90%以上。Fc是计算机 床动力、设备的强度及刚度的基本数据。
切削过程中消耗的功将绝大部分转化成 （约 99%）转换为热量，即切削热。
切削热 Q≈Fzvc
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切削热传出： (1)通过工件传出Qg，使工件温度升高 (2)通过切屑传出Qx，使切屑温度升高 (3)通过刀具传出Qd，使刀具温度升高 (4)通过周围介质传出Qj
Q=Qg+Qx+Qd+Qj 对车、铣、刨削加工，50～86％由切屑带走，10～40％传入刀具，3～9％传入 工件，1％传入空气 ; 钻削时，28％由切屑带走，15％左右传给工件，50％左右传给刀具，其余由周围 介质带走; 磨削时，大部分热量传给工件（84％）,传给砂轮12％，而极小比例的热量传给磨 屑，因此会使工件温升很高，甚至烧伤工具表面。
金属切削原理实验报告
时针两个方向各 100°的刻度。其上的工作台 5
可以绕小轴 7 转动，转动的角度，由固连于工作
台 5 上的工作台，指针 6 指示出来。工作台 5 上
的定位块 4 和导条 3 因定在一起，能在工作台 5
的滑槽内平行滑动。
立柱 20 固定安装在底盘 2 上，它是一根矩
形螺纹丝杠，旋转丝杆上的大螺帽 19，可以使
（2）实验仪器
1) 设备： CA6140 普通车床。 2) 刀具：YT15 硬质合金车刀。 3) 试件：45# 钢。
（3）实验原理
切削层变形就是指被切屑层在刀具的切削刃与前刀面的影响作用下，经受挤压而产生的 剪切滑移变形。
（4）实验方法步骤
1) 将车床的参数调至如下结果：:n=80rpm；ap=0.5~1mm； =30°；f=0.2mm/r 时，观察 切屑形状。
偏角 的数值。
2
图 1-4 用车刀量角台测量车刀刃倾角
图 1-5 用车刀量角台测量车刀副偏角
5) 前角 的测量
前角 的测量，必须在测量完主偏角 kr 的数值之后才能进行。
从图 1-2 所示的原始位置起，按逆时针方向转动工作台，使工作台指针指到底
盘上Ψ =90°—Kr 的刻度数值处(或者从图 1-3 所示测完主偏角 kr 的位置起，按逆时
针方向使工作台转动 90°)，这时，主刀刃在基面上的投影恰好垂直于大指针前面
a(相当于 P0)，然后让大指针底面 c 落在通过主刀刃上选定点的前刀面上(紧密贴
合)，如图 1-6 所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是正交平面前角
的数值。指针在 0°右边时为+ ，指针在 0°左边时为– 。
6) 后角 的测量
1
平行于工作台 5 的平面。测量车刀角度时，就是根据被测角度的需要，转动工作台 5， 同时调整放在工作台 5 上的车刀位置，再旋转大螺帽 19，使滑体 13 带动大指 针 9 上升或下降而处于适当的位置，然向用大指针 9 的前面 a (或侧面 b、或底面 c)，与构成被测角度的面或线紧密贴合，从大刻度盘 12 上读出大指针 9 指示的被 测角度数值。
金属切削原理及其应用领域深度剖析
金属切削原理及其应用领域深度剖析金属切削是指通过切削工具对金属材料进行加工和切割的一种制造工艺。
这种切削工艺广泛应用于诸如机械制造、金属加工、航空航天、汽车制造等多个领域。
本文将深入探讨金属切削的原理和其在各个应用领域的具体应用。
金属切削的原理主要基于材料塑性变形与材料去除两个基本过程。
当刀具施加在金属工件上时，会使其产生塑性变形。
随着刀具的移动，金属工件的组织结构被剪切、拉伸和压缩，从而使材料被去除，完成切削加工。
在这个过程中，刀具和工件之间的相互作用是至关重要的。
因此，刀具的选择、切削速度、进给速度和切削液等参数都对金属切削过程的效果有影响。
金属切削可以应用于各种材料的加工，包括普通碳钢、合金钢、不锈钢、铜、铝和钛合金等。
不同材料的硬度和强度会对切削过程产生不同的影响。
为了达到理想的切削效果，需要根据具体材料的特性选择合适的切削工具和参数。
例如，对于硬度较高的材料，可以选择刀具材料更坚硬的硬质合金刀具进行切削。
此外，切削液的使用也是金属切削过程中重要的因素之一，它可以冷却工件和刀具、润滑切削面，并防止切削过程中产生的金属屑积聚在切削区域。
金属切削技术广泛应用于机械制造领域。
在机械零部件的制造过程中，往往需要对金属材料进行切割、车削、铣削、钻孔等工艺。
通过金属切削技术，可以实现加工精度更高、表面质量更好的产品。
在汽车制造领域，金属切削工艺用于加工发动机零部件、底盘组件等。
航空航天领域对于金属材料的切削加工要求更高，因为航空航天行业需要使用轻质高强度的金属材料制造飞机和发动机等关键部件。
随着科技的发展，金属切削技术不断创新和改进，涌现出许多新的应用。
例如，微切削技术是利用先进的加工设备和工艺对微尺度金属零件进行加工的一种技术。
微切削技术的应用领域广泛，包括微机械、微电子、生物医药等。
另外，快速切削技术是一种高效快速的切削加工技术，可以大幅提高生产效率。
这种技术主要应用于批量加工，如汽车制造、机械制造等领域。
8、金属切削加工基本理论
合成方法，也是利用高温高压加催化剂的方法将六方 氮化硼转变成立方氮化硼。 • 立方氮化硼是六方氮化硼的同素异形体，硬度达 8000~9000HV，是人类已知的硬度仅次于金刚石的材
料，其热稳定性和化学惰性大大优于金刚石，可耐１
３００～１５００°Ｃ的高温，在1200~1300°也不易 与铁系材料发生化学反应，其导热率也大大高于高速
• 2、常用刀具材料
刀具材料类型： 工具钢（高速钢） 硬质合金 陶瓷 超硬材料 最常用
工具钢耐热性差，但抗弯强度高，价格便宜，焊接与 刃磨性能好，故广泛用于中、低切削的成形刀具，不 宜高速切削。
• 3)高速钢 • 高速钢是加入了钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V) 等合金元素的高合金工具钢。它们都是强烈的 碳化物形成元素，在熔炼与热处理过程中与碳 形成了高硬度的碳化物，从而提高了钢的耐磨 性。 • 高速钢的强度（抗弯强度为硬质合金的2~3倍 ，为陶瓷的5~6倍）、硬度（62~70HRC）、耐 热性（600~700°C）、韧性、耐磨性和工艺性 均较好，刃磨锋利，故又称“锋钢”，适合于 大部分常用材料的切削加工。
6）超硬刀具材料
• 超硬刀具材料有金刚石和立方氮化硼。金刚石可分天然和人造两 种，其代号分别用JT和JR表示，都是碳的同素异形体。
• 天然金刚石大多属于单晶金刚石，单晶天然金刚石具 有各向异性（即不同晶面上强度、硬度和耐磨性差异很 大，可在100~500倍范围内变化，故制造时应考虑刃磨 方向），选择正确的刃磨方向，可使刀的刃口圆角半 径磨到最小，刀具极为锋利，可用于有色金属及非金 属的超精密加工。 • 天然金刚石价格十分昂贵，使用较少。
第8章 金属切削加工概论
【主要内容】 1．切削加工的基本慨念 (1)切削运动 (2)工件上的加工表面 (3)切削用量及切削层参数 2．切削刀具 (1)刀具材料 (2)刀具的几何形状及角度 (3)刀具的耐用度 3．切削过程中的物理现象 (1)切屑 (2)积屑瘤 (3)切削力 (4)切削热
螺旋丝锥排屑原理
螺旋丝锥排屑原理螺旋丝锥是一种常用的切削工具，它能够将金属材料切削成螺旋形的切屑。
螺旋丝锥排屑的原理是通过螺旋形的刀片将金属材料逐渐削下，形成连续的螺旋状切屑。
螺旋丝锥的结构由刀柄和刀片组成。
刀柄是丝锥的主体部分，通常由金属材料制成，具有一定的刚性和牢固度。
刀片则是切削的关键部分，通常由高速钢或硬质合金制成，具有良好的切削性能和耐磨性。
螺旋丝锥排屑的原理是利用刀片上的螺旋槽将金属材料切削下来。
当螺旋丝锥旋转时，刀片上的螺旋槽与金属材料接触，将其逐渐削下。
由于刀片上的螺旋槽是连续的，因此切削下来的金属材料会形成连续的螺旋状切屑。
螺旋丝锥排屑的原理是基于金属材料的塑性变形和切削力的作用。
当刀片接触金属材料时，由于切削力的作用，金属材料会发生塑性变形，并被切削下来。
刀片上的螺旋槽能够引导切削力的传递，使金属材料在切削过程中保持稳定的切削状态。
螺旋丝锥排屑的原理使得切削过程更加高效和稳定。
螺旋丝锥的切削力分布均匀，不易产生振动和冲击，能够保持切削过程的平稳性。
同时，螺旋丝锥的切削过程中，切削力的方向也发生了变化，有利于金属材料的塑性变形和切削屑的形成。
螺旋丝锥排屑的原理适用于多种金属材料的切削加工。
无论是软质金属还是硬质金属，螺旋丝锥都能够进行有效的切削。
由于切削过程稳定且切削力均匀，螺旋丝锥的切削效率较高，能够满足不同金属材料的加工需求。
螺旋丝锥排屑的原理还可以应用于螺纹加工。
螺旋丝锥通过切削金属材料，可以形成螺纹的切削槽。
随着螺旋丝锥的旋转，切削槽会逐渐延伸，形成完整的螺纹结构。
螺纹加工是一种常见的机械加工方式，广泛应用于各种螺纹连接的装配和制造过程中。
螺旋丝锥排屑的原理是通过螺旋形的刀片将金属材料切削下来。
螺旋丝锥的切削过程稳定，切削力均匀，适用于不同金属材料的切削加工和螺纹加工。
螺旋丝锥的应用使得金属加工更加高效和精确，提高了工作效率和产品质量。
切削过程
图1-35 卷屑槽的卷屑机理
15
图1-36
卷屑槽的截面结构
16
图1-37 卷屑槽方向
图1-38 刃倾角对排屑方向的影响
17
图1-39
C形屑折断形式
18
图1-40 精车时的长螺卷屑
19
图1-41 发条状切屑碰到工件切削表面上折断
20
图1-42 C形切屑撞在工件上折断
21
图1-43 切屑碰在后刀面上折断
①脆性刀具材料破损 刀具破损前，刀具切削部分无明显的塑性变形，称为脆性破 损。硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具材料的硬度 高、脆性大常发生脆性破损，一般表现分为以下几种形式： 崩刃、 碎裂、 剥落、热裂。
②塑性刀具材料破损 由于高温高压的作用，刀具会因切削部分发生塑性流动而迅 速失效，称为塑性破损。形式：卷刃（塑性变形使刀具几何 角度）变化）、烧刃（刀具材料金相组织变化）。
22
1.2.3 切削力
（1）切削力的来源
图1-44 切削力的来源
23
（2）切削合力和分力
切削力分解为三个互相垂直的分力： 切削力Fcc——切削合力在主运动方向上的分力， 或称切向分力。 背向力Fp—— 切削合力在垂直于工作平面上的分力， 或称径向力。 进给力Ff—— 切削合力在进给方向上的分力， 或称轴向力。
6
（4）剪切滑移变形的度量 一般采用剪切角φ 、变形系数∧h和剪应变ε 三个参 数来衡量。
图1-22 金属切削层滑移过程示意图
7
变形系数定义为切屑厚度hch与切削层厚度hD之比， 或用切削层长度lc与切屑长度lch之比。
图1-23 变形系数Λ h的计算参数
8
剪应变也称相对滑移，ε =NP/MK 。
金属切削原理与刀具
第四章 切削条件的合理选择
第一节 工件材料的切削加工性 第二节 切削液 第三节 刀具几何参数的合理选择 第四节 切削用量的合理选择
第一节 工件材料的切削加工性
“指对某种材料进行加工的难易程度”
相对加工性：Kr
Kr
V60 (V60 ) j
改善材料切削加工性的主要途径
1、热处理，改变材料的组织和机械性能 2、合理选用刀具材料 3、调整材料的化学成分
f
0.14
a0.04 p
三、影响切削温度的因素
3. 刀具几何参数对切削温度的影响 控制切削温度的措施
γO ↗
1、正确使用切削液
θ ℃↙
2、合κ理选r 择↗切削用量
在满足工艺要求的前提下，取小的
θ ℃↗
vc较大的
ap、f
3、γ改O↗r善ε刀↗具几θ何℃条↙件：
θ ℃↙
第四节 刀具磨损
一、刀具的磨损形式：
二、刀具磨损的原因
4. 氧化磨损： 刀具上的表面膜被切屑或工件表面划擦掉后，在高温 下（700~800℃）与空气中的氧作用产生松脆氧化物， 造成刀具磨损。
综上所述：
三、刀具磨损过程与磨损标准
11、、刀具磨损过程
2、刀具磨损标准（磨损限度）
“指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的 最大磨损尺寸”。以VB表示
2、产生条件： ①中等速度切削塑性材料。
②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。
2、特点： ①硬度是工件材料的2~3.5倍，
可以代替刀具切削。
②周而复始的生长、脱落。
3. 对切削过程的影响：
4、精加工控制积屑瘤的措施
①
积屑瘤代替刀刃进行切削，保护 了刀刃，增大了前角。
金属切削过程的基本理论和规律
• 金属切削过程中的变形一、切屑的形成过程1．变形区的划分切削层金属形成切屑的过程就是在刀具的作用下发生变形的过程。
图2-10是在直角自由切削工件条件下观察绘制得到的金属切削滑移线和流线示意图。
流线表明被切削金属中的某一点在切削过程中流动的轨迹。
切削过程中，切削层金属的变形大致可划分为三个区域：（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。
在第一变形区内，变形的主要特征就是沿滑移线的剪切变形，以与随之产生的加工硬化。
OA称作始滑移线，OM称作终滑移线。
当金属沿滑移线发生剪切变形时，晶粒会伸长。
晶粒伸长的方向与滑移方向（即剪切面方向）是不重合的，它们成一夹角ψ。
在一般切削速度X围内，第一变形区的宽度仅为0．02－0．2mm，所以可以用一剪切面来表示（图2－12）。
剪切面与切削速度方向的夹角称作剪切角，以φ表示。
2．切屑的受力分析在直角自由切削的情况下，作用在切屑上的力有：前刀面上的法向力Fn和摩擦力Ff；剪切面上的正压力Fns和剪切力Fs；这两对力的合力互相平衡，如图2－14所示。
如用测力仪直接测得作用在刀具上的切削分力F c和F p，在忽略被切材料对刀具后刀面作用力的条件下，即可求得前刀面对切屑作用的摩擦角β，进而可近似求得前刀面与切屑间的摩擦系数μ。
二、切削变形程度切削变形程度有三种不同的表示方法，分述如下。
1．变形系数在切削过程中，刀具切下的切屑厚度h ch通常都大于工件切削层厚度h D，而切屑长度l ch却小于切削层长度l c。
切屑厚度h ch与切削层厚度h D之比称为厚度变形系数；而切削层长度与切屑长度之比称为长度变形系数。
金属切削原理与刀具
金属切削原理与刀具
金属切削原理与刀具：
一、金属切削原理
1. 切削力学：切削力定义为金属切削过程中由刀具与工件之间产生的
相互作用力，根据其本质不同可分为动切削力、静切削力和剪切力。
2. 切削热：金属切削过程发生了热量交换，热量大部分是从刀具释放
到工件上，少量热量是从环境里侧移到刀具或者从工件侧移到刀具，
这个过程称为切削热。
3. 切削噪声：切削时由工件与刀具磨擦、刀具与被切物断裂等发出的
噪声，又称切削噪声，是金属切削的重要的污染源之一。
二、金属切削刀具
1. 铣刀：铣刀是一种坚硬的刀具，用于进行几何体表面的金属切削。
它由刀片、刀头、刀杆组成，可根据刀的形状及功能分类为直角铣刀、圆角铣刀、角铣刀、平铣刀等。
2. 内丝锥：内丝锥是用来进行内孔加工的刀具，其分类主要有逆槽内
丝锥和普通内丝锥两种。
它们的工作原理是通过在回转时刮刀后，将
产生的碎屑转到内部进行切削，从而实现内丝的加工。
3. 铰刀：铰刀是一种特殊的铣刀，用于执行开铰、圆弧削、下铰和虚
边倒铰等加工。
它包括刀体和刀杆两个部分，刀体由刀片和刀杆组成，刀杆可以向任意一个方向旋转以达到改变切削角度的目的。
4. 牙铰刀：牙铰刀是切削螺纹的特殊刀具，其外形比普通铰刀大，假牙形状有利于防止刀具与螺纹滑动，即牙铰刀具有牙齿状的刀具，利用微调牙齿的方法调节刀具的切削角度，从而形成不同形状的螺纹。
金属切削过程
3.7切屑的类型与控制
（按切屑的形成机理 ）
挤裂切屑 单元切屑 崩碎切屑
带状切屑
简图
节状切屑
形态 变形 形成条 件
带状，底面光滑 ，背面呈毛茸状 剪切滑移尚未达 到断裂程度 切削塑性材料， 速度高，切削厚 度小 前角大 切削过程平稳， 表面粗糙度小， 妨碍切削工作， 应设法断屑
节状，底面光滑有裂 粒状 纹，背面呈锯齿状 局部剪切应力达到断 剪切应力完全达 到断裂强度 裂强度 加工塑性材料， 工件材料硬度较 切削速度较低， 高，韧性较低， 进给量较大， 切削速度较低 刀具前角较小 切削过程欠平稳， 表面粗糙度欠佳
调整切削速度
（↓Vc，↑Vc）
高速 （Vc>80-100）
中速 (Vc=5-50)
↓摩擦
（γo↑， ↓前刀面Ra值， 加切削液）
*** Vc=20-30 M/min 为积屑瘤高发区
加工硬化现象
演示
五. 切削热及切削温度
(Cutting Heat and Cutting Temperature) 1.切削热 （Cutting Heat）
产生 传散
切屑、刀具、工件、空气 % 50-80 20-40 3-9 1% 对切削加工的影响 刀具：体积小,゜c↑，HRC↓ 工件：薄、小工件变形，烧坏
2．切削温度
(Cutting Temperature) 高低 热的产生 散热条件 影响因素 工材： 强、硬度、导热性 切削用量 Vc>f>ap 刀具角度 γo 、κr 切削液
切屑颜色与切削区域温度
六、刀具的磨损与耐用度
(TOOL Wear and Degree of Durableness)
1．磨损
金属切削原理及刀具
切
削 运
（1）切削速度
动 与
大多数切削加工的主运动采用回转运动。回转体(刀具或
切 削
工件)上外圆或内孔某一点的切削速度计算公式如下：
用
量
vcdnm/s或 m/min
1000
式中 d——工件或刀具上某一点的回转直径(mm)； n——工件或刀具的转速（r/s或r/min）。
在生产中，磨削速度单位用米/秒( m/s)，其它加工的切削
法剖面是通过切削刃选定点，垂直于切削刃的平面。
Pr-Ps-Pn组成法剖面参考系。
右图表示由Po-Pr-Ps 组成的一个正交的主剖
面参考系，这是目前生
产中最常用的刀具标注
角度参考系。图中同时
刀 具
也表示了一个由Pn-Pr-
标 注
Ps 组成的法剖面参考系。
角 度
在实际使用时一般是分
的 参
别使用某一个参考系。
三
要
素 （2）进给速度、进给量和每齿进给量
进给速度是单位时间的进给量,单位是mm/s(mm/min)。
进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的相
对位移 (对于车削、钻削、铰削),单位是mm/r。
对于刨削、插削等主运动为往复直线运动的加工，虽然
可以不规定进给速度，却需要规定间歇进给的进给量，其单
称为标注角度。
刀 具
刀具标注角度的参
标 注
考系的形成如右图动
角 度
画所示，由基面、切
的 参
削平面、主剖面等平
考 系
面构成了主剖面参考
系。
(1)基面Pr 通过切削刃选定点，垂直于假定主运动方向的平面。
通常，基面应平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量的
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金属切削原理定义金属切削的过程是工件和刀具相互作用的过程。
刀具要从工件上切去一部分金属，并在保证高生产率和低成本的前提下，使工件得到符合技朮要求的形状、尺寸精度、和表面质量﹔为了实现这一切削过程必须具备以下三个条件：（1）工件与刀具要有相对运动即切削运动﹔（2）刀具材料必须具备一定的切削性能﹔（3）刀具必须具备适当的几何参数。
即切削角度等。
第一章 第一节 切削运动与切削用量 一、切削运动外圆切削和平面刨削是金属切削加工中常见的加工方法。
现以它们为例来分析工件与刀具的切削运动。
图1-1表示外圆切削时的情况，工件旋转，车刀连续纵向进给，于是形成工件的外圆柱表面。
图1-2表示的是在牛头刨床上刨平面的情况，刀具作直线往复运动，工件作间歇的直线进给运动。
圖1-1外圓車削的切削運動与加工表面圖1-2平面刨削的切削運動与加工表面在其它各种切削加工方法中,刀具或工件同样必须完成一定的切削运动.通常切削运动按其所起的作用可分为以下两种:1.主运动 使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本的运动.称为主运动.这个运动的速度最高,消耗的功率最大.2.进给运动 使主运动能够继续切除工件上多余的金属,以便形成工件表面所需的运动,称为进给运动. 二.切削用量所谓切削用量是切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。
它们分别定义如下：1. 切削速度v 它是切削加工时，刀刃上选定点相对于工件的主运动的速度。
刀刃上各点的切削速度可能是不同的。
当主运动为旋转运动时，刀具或工件最大直径处的切削速度由下式确定：m i n )//(1000m s m dnV 或π=式中 d —完成主运动的刀具或工件的最大直径（mm ） n —主运动的转速（r/s 或r/min ）2.进给量f 它是工件或刀具的主运动每转或每一行程时，工件或刀具在进给运动方向上的相对位移量。
例如外圆车削时的进给量f 是工件每转一转时车刀相对于工件在进给运动方向上的位移量，其单位为mm/r;又如在牛头刨床上刨削时的进给量f 是刨刀每往复一次，工件在进给方向上相对刨刀的位移量，其单位为mm/双行程。
在切削加工中，也有用进给速度 V f 来表示进给运动的。
所谓进给速度 V f 是刀刃上选定点相对于工件的进给运动的速度，其单位是为mm/s 。
若进给运动为直线运动，则进给速度在刀刃上各点是相同的。
3.背吃刀量a p 对外圆车削（图1-1）和平面刨削（图1-2）而言，背吃刀量a p 等于工件已加工表面与待加工表面的垂直距离﹔其中外圆车削的背吃刀量mm d d a mw p 2-=式中 d w —工件待加工表面的直径（mm ）﹔d m —工件已加工表面的直径(mm)。
第四章 切削力一、切削力的来源金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形成为切屑所需的力，称为切屑力。
切削力的来源于三个方面（图4-1）： 1. 克服被加工材料对弹性变形的抗力﹔ 2. 克服被加工材料对塑性变形的抗力﹔3. 克服切屑对刀具前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面和已加工表面之间的摩力。
它们分别用F f 和F fa 表示。
二.切削功率车,镗,铣,磨等工序的切削功率)(60000kw vF p z m =式中F z —主切削力(N);即铣削力,高速钢铣刀铣削力可查表2.2-5,硬质合金刀铣削力可查表2.2-6 v —切削速度(m/min)a p —铣削深度(mm),指平行于铣刀轴线测量的被切削层尺寸,对于圆柱铣刀是指被加工表面的宽度;a t —每齿进给量(mm/z)a e —铣削宽度(mm),指垂直于铣刀轴线测量的被切削层尺寸对于圆柱铣刀指被切层深度; d 0—铣刀直径(mm)Z —铣刀齿数K FZ —铣削力修正系数, K FZ= K mFZ K rFZ K KFZ σb —工件材料抗拉强度(GPa).表2.2 -5 高速钢铣刀铣削力表2.2 -6 硬质合金铣刀铣削力三.主传动电机功率的近似计算.0P Pp m E +=η()∑+=n cd n d kP m i a 5.31060 式中 P m —切削功率（kw ）P 0—空载功率(kw):是指消耗在空转时的功率损失,其主要影响因素为:各传动件的摩擦,搅油,空气阻力,以及因加工,装配误差而增加的摩擦等.d m —主轴前后轴颈的平均直径(mm)n — 主轴转速(r/min)指切削功率P m 条件下的主轴转速,如果要求计算主传动的最大空载功率时,则n 为主轴最高转速n maxd a —主传动中除主轴外的所有传动轴的轴颈平均直径(mm).Σni —主轴转速为n 时,主传动中除主轴外的所有传动轴的转速之和(r/min) c —系数,对滚动或滑动两支承主轴,c=8.5,对滚动三支承主轴,c=10;k —润滑油粘度影响的修正系数,采用30号机油时,k=1.0,采用20号机油时,k=0.9,采用10号机油时,k=0.75四,进给传动电机功率的确定η60000ff f v F p =f p —进给传动电机的功率(kw) f F —进给牵引力(N) f v —进给速度(m/min)η—进给传动链的总机械效率,一般取η=0.15~0.20第八章 切削液切削液对减少刀具磨损,改善加工表面质量,提高生产效率都有非常重要的作用.第一節 切削液的分类切削加工中最常用的切削液,有非水溶性和水溶性两大类:1.非水溶性切屑液 主要是切削油,其中有各种矿物油(如机械油,轻柴油,煤油等),动植物油(豆油,猪油等)和加入油性,极压添加剂配制的混合油.它主要起润滑作用.2.水溶性切削液 主要是水溶液和乳化液.水溶液的主要成分为水并加入防锈剂.也可以加入一定量的表面活性剂和油性添加剂,而使其有一定的润滑性能. 乳化液是由矿物油,乳化剂及其它添加剂配制的乳化油和95%~98%的水稀释而成的乳白色的切削液.这一类切削液有良好的冷却性能,清洗作用也很好.离子型切削液是水溶性切削液中的一种新型切削液,其母液是由阴离子型,非离子型表面活性剂和无机盐配制而成.它在水溶液中能离能成各种强度的离子.切削时,由于强烈摩擦所产生的静电荷,可由这些离子反应迅速消除,降低切削温度,提高刀具耐用度. 第二节 切削液的作用机理切屑液应起的作用为: 1. 润滑作用: 2. 冷却作用.同时还必须有良好的清洗碎屑的作用,以及防锈作用—保护机床,刀具,工件不受周围介质的腐蚀.此外,还要求无毒,无气味,不影响人身健康,化学稳定性好等.第四节 切削液的选用切削液的效果,除了取决于切削液本身的各种性能外,还取决于工件材料,加工方法和刀具材料等因素,应综合考虑,合理选择和正确使用. 1.粗加工粗加工时,切削用量较大,产生大量的切削热,容易导致高速刀具迅速磨损.这时主要求降低切削温度,应选用冷却性能为主的切削液,如离子型切削液或3%~5%乳化液.硬质合金刀具耐热性好一般不用冷却液.如果要用,必须连续地,充分地浇注切不可断断以免冷热不均,产生很大的热应力而导致裂纹,损坏刀具.在较低速切削时,刀具以机械磨损为主,宜选用润滑性能为主的切削油;在较高速切削时,刀具主要是热磨损,要求冷却液有较好的冷却性能.宜选用离子型切削液和乳化液.2.精加工精加工时, 切削液的主要作用是减少工件表面粗糙度和提高加工精度.对一般钢件加工时,切削液应具有良好的渗透性和润滑性和一定的冷却性.在较低速度(6.0~30m/min)为减少刀具与工件的磨擦和粘接,抑制积屑瘤,以减少加工粗糙度,宜选用极压切屑油或10%~12%的乳化液或离子型切削液.精加铜及合金,铝及合金或铸铁时,主要是要求达到较少的表面粗糙度,可选用离子型切削液或10%~12%的乳化液.此时,采用煤油作为切削液,是对能源的极大浪费.应尽量避免.还应注意硫会腐蚀铜,所以切铜时不宜用含硫的切削液.3.难加工材料的切削 材料中含有铬、镍、钼、锰、钛、钒、铝、铌、钨等元素时，往往难于切削加工。
这类材料加工均处于高温高压边界润滑摩擦状态。
因此宜选用极压切削油或极压乳化液。
但必须注意，如果选用的的切削液与金属形成的化合物的强度超过金属本身的强度，它将带来相反的效果。
例如铝的强度低，就不宜用硫化切削油。
4.磨削加工 磨削的特点是温度高，会产生大量的细屑和砂末等，影响加工质量。
因而磨削液应用较好的冷却性和清洗性，并应有一定的润滑性和防锈性。
一般磨削加工常用乳化液。
但选用离子型切削液效果更好，而且价格也较便宜。
磨削难加工材料时，宜选用润滑性能较好的极压乳化液或极压切削油。
第九章 第三节 已加工表面粗糙度 影响表面粗糙度的因素。
要减少表面粗造度，必须减少残留面积，消除积屑瘤和辚刺，减少工件材料的塑性变形及切削过程中的振动，具体可从以下几方面着手： 1.刀具方面由式（9-1）及（9-2）可知，为了减少残留面积，刀具应采用较大的刀尖圆弧半径εr 、较少副偏角r k ';尤其是使用r k '=0的修光刃，对减少表面粗糙度甚为有效﹔2.工件方面工件材料性质中，对表面粗糙度影响较大的是材料的塑性和金相组织。
材料的塑性越大就越容易生成积屑瘤和鏻刺，故表面粗糙度越大。
因此为减少表面粗糙度在切削低碳钢和低合金时，常将工件预先进进调质处理，以提高其硬度，降低塑性。
切削铸铁时，切屑是磞碎的，同时石墨易从铸铁表面脱落形成凹痕，所以在相同的切削条件下，灰铸铁的已加工表面粗糙度要比结构钢的要大些﹔减少铸铁中石墨粿粒的尺寸，则可使表面粗糙度减少些。
3. 切削条件方面切削塑性材料时，在低、中切削速度的情况下，易产生积屑瘤及鏻刺，从而表面粗糙度较大，提高切削速度可以使屑瘤和鏻刺减少甚至消失。
并可减少塑性材料的变形，因而可减少表面粗度。
图9-14表示切削速度对表面粗糙度的影响，当切削速度超过积屑瘤的消失的监界值时（图9-14中V>100m/min 时），表面粗糙度急剧的减少并稳定在一定值上，基本上不再变化﹔ 但由于材料隆起等原因，这时理论粗造度仍比实际粗造度要大。
切削脆性材料时，由于不产生积屑瘤，故切削速度对表面粗糙度基本上没有明显的影响。
减少进给量，不仅可以减少残留面积，而且可以积屑瘤和鏻刺的高度，故可以减少加工表面粗糙度。
采用高效切削液，可以减少工件材料的变形和摩擦，而且是抑制积屑瘤和鏻刺的产生，是减少表面粗糙度的有效措施﹔但随着切削速度的提高，其效果将随之减少。