第二章 金属切削过程及其物理现象PPT课件
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第二章 金属切削过程物理现象
本章主要内容： 刀具的结构、材料 切削过程的基本现象 切削用量的选择
第一节 切削变形与切屑的形成
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。
切削类型
切削条件
特
征
a)带状切屑 b)挤裂切屑 c)单元切屑 d)崩碎切屑
切削厚度较小,切削速 度较高,刀具前角较大
切削速度较低,切削厚 度较大,刀具前角较小
相比b)进一步减小刀具 前角，减低切削速度
加工硬脆材料时切削厚 度较大时产生
内表面光滑,外表面毛茸 内表面有裂纹,外表面呈锯齿形 整个单元被切离 形状是不规则的,表面是凸凹不平的
四、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。
四、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;
↑ 背吃刀量ap ↑
进给量f↑
AD ↑
变形抗力 摩擦力
• “可接受”的切屑标准：不妨碍正常的加 工；不影响操作者的安全；易于清理、存 放和搬运。
• 切削控制的措施：在前刀面上磨制出断屑 槽或使用压块式断屑器。
第一节 切削变形与切屑的形成
断屑槽的基本形式：
L：切屑在前刀面上的接触长度 R：卷屑槽半径
第一节 切削变形与切屑的形成
3.积屑瘤现象 ➢ 在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，
第一节 切削变形与切屑的形成
➢通过分析积屑瘤产生原因可以得出防止积屑瘤 的主要方法：
1)降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易 发 生；
2)采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的 相应温度；
3)采用润滑性能好的切削液，减小摩擦； 4)增大刀具前角，以减小切屑于前刀面接触区的
压力； 5)适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。
二、切削的经验公式
2. 切削力的经验公式
切削力 F zCFzaPX FzfyFzK Fz
二、切削的经验公式
切削力 背向力 进给力
F zCFzaPXFzfyFzKFz
FyCFyaPXFyfyFyKFy
FxCFxaPXFxfyFxKFx
三、切削功率的计算
（2）切削功率
Pe Fcvc
1000
单位：kw
沿滑移线的剪切变形以及随之产生的加工硬化。 (2)第二变形区II：切屑与前刀面磨擦的区域，
切屑底层靠近前刀面处纤维化，流动速度减缓， 切屑弯曲，切削与刀具接触温度升高。 (3)第三变形区III：工件已加工表面与后刀面接 触的区域，存在纤维化与 加工硬化，变形较密集。
第一节 切削变形与切屑的形成
2.切屑的类型及切屑控制(图a∽c为切削塑性材料，图d为切削脆性材料)
切削力↑
四、影响切削力的因素
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％。
四、影响切削力的因素
第一节 切削变形与切屑的形成
➢积屑瘤产生原因分析： 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。
• 随着刀具的连续移动，原来处于始滑移面 上的金属不断向刀具靠拢，应力和变形也 逐渐加大。在终滑移面OE上，应力和变形 达到最大值。
• 越过OE面，切削层金属将脱离工件基体， 沿着前刀面流出而形成切屑。
第一节 切削变形与切屑的形成
➢ 三个变形区： (1)第一变形区I：从OA线到OE线内的区域，伴随
第一节 切削变形与切屑的形成
一.切削过程及切屑种类
1.切屑形成过程：对塑性金属进行切削时， 切屑的形成过程就是切削层金属的变形过 程。 •当工件受到刀具的挤压以后，切削层金属 在始滑移面OA以左发生弹性变形。在OA面 上，应力达到材 料的屈服强度，则 发生塑性变形，产 生滑移现象。
第一节 切削变形与切屑的形成
加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在前刀 面处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。它的 硬度很高，通常是工件材料的2—3倍，在处于 比较稳定的状态时，能够代替 刀刃进行切削。这块冷焊在前 刀面上的金属称为积屑瘤或刀 瘤。（积屑瘤的形成过程： ）
第一节 切削变形与切屑的形成
➢切屑瘤对切削过程的影响： 1)实际前角增大 2)增大切削厚度，可能引起振动 3)是加工表面粗糙度增大 4)对刀具寿命有影响
Fc——切削力，单位：N； vc——切削速度，单位：m/s。
三、切削功率的计算
（2）切削功率
Pc Fcvc
1000
单位：kw
PE
Pe
——机床传动效率，一般，取 = 0.75～0.85。
四、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和 工件表面对刀具后面的摩擦阻力。
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
第二节 ຫໍສະໝຸດ Baidu削力和切削功率
一、切削力的来源与分解 （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)
一、切削力的来源与分解
（1）总切削力的分解
F F z2F x2y F z2F x2F y2
F y F xy cors
F xF xs y in r
Fy (0.15~0.7)Fz Fx (0.1~00.6F)z
第一节 切削变形与切屑的形成
➢切屑控制： • “不可接受”的切屑：切削条件恶劣导致。
影响主要有拉伤工件的已加工表面；划伤 机床；造成刀具的早期破损；影响操作者 的安全。
• 切屑控制：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，使形成 “可接受”的良好屑形。
第一节 切削变形与切屑的形成
本章主要内容： 刀具的结构、材料 切削过程的基本现象 切削用量的选择
第一节 切削变形与切屑的形成
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。
切削类型
切削条件
特
征
a)带状切屑 b)挤裂切屑 c)单元切屑 d)崩碎切屑
切削厚度较小,切削速 度较高,刀具前角较大
切削速度较低,切削厚 度较大,刀具前角较小
相比b)进一步减小刀具 前角，减低切削速度
加工硬脆材料时切削厚 度较大时产生
内表面光滑,外表面毛茸 内表面有裂纹,外表面呈锯齿形 整个单元被切离 形状是不规则的,表面是凸凹不平的
四、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。
四、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;
↑ 背吃刀量ap ↑
进给量f↑
AD ↑
变形抗力 摩擦力
• “可接受”的切屑标准：不妨碍正常的加 工；不影响操作者的安全；易于清理、存 放和搬运。
• 切削控制的措施：在前刀面上磨制出断屑 槽或使用压块式断屑器。
第一节 切削变形与切屑的形成
断屑槽的基本形式：
L：切屑在前刀面上的接触长度 R：卷屑槽半径
第一节 切削变形与切屑的形成
3.积屑瘤现象 ➢ 在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，
第一节 切削变形与切屑的形成
➢通过分析积屑瘤产生原因可以得出防止积屑瘤 的主要方法：
1)降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易 发 生；
2)采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的 相应温度；
3)采用润滑性能好的切削液，减小摩擦； 4)增大刀具前角，以减小切屑于前刀面接触区的
压力； 5)适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。
二、切削的经验公式
2. 切削力的经验公式
切削力 F zCFzaPX FzfyFzK Fz
二、切削的经验公式
切削力 背向力 进给力
F zCFzaPXFzfyFzKFz
FyCFyaPXFyfyFyKFy
FxCFxaPXFxfyFxKFx
三、切削功率的计算
（2）切削功率
Pe Fcvc
1000
单位：kw
沿滑移线的剪切变形以及随之产生的加工硬化。 (2)第二变形区II：切屑与前刀面磨擦的区域，
切屑底层靠近前刀面处纤维化，流动速度减缓， 切屑弯曲，切削与刀具接触温度升高。 (3)第三变形区III：工件已加工表面与后刀面接 触的区域，存在纤维化与 加工硬化，变形较密集。
第一节 切削变形与切屑的形成
2.切屑的类型及切屑控制(图a∽c为切削塑性材料，图d为切削脆性材料)
切削力↑
四、影响切削力的因素
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％。
四、影响切削力的因素
第一节 切削变形与切屑的形成
➢积屑瘤产生原因分析： 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。
• 随着刀具的连续移动，原来处于始滑移面 上的金属不断向刀具靠拢，应力和变形也 逐渐加大。在终滑移面OE上，应力和变形 达到最大值。
• 越过OE面，切削层金属将脱离工件基体， 沿着前刀面流出而形成切屑。
第一节 切削变形与切屑的形成
➢ 三个变形区： (1)第一变形区I：从OA线到OE线内的区域，伴随
第一节 切削变形与切屑的形成
一.切削过程及切屑种类
1.切屑形成过程：对塑性金属进行切削时， 切屑的形成过程就是切削层金属的变形过 程。 •当工件受到刀具的挤压以后，切削层金属 在始滑移面OA以左发生弹性变形。在OA面 上，应力达到材 料的屈服强度，则 发生塑性变形，产 生滑移现象。
第一节 切削变形与切屑的形成
加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在前刀 面处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。它的 硬度很高，通常是工件材料的2—3倍，在处于 比较稳定的状态时，能够代替 刀刃进行切削。这块冷焊在前 刀面上的金属称为积屑瘤或刀 瘤。（积屑瘤的形成过程： ）
第一节 切削变形与切屑的形成
➢切屑瘤对切削过程的影响： 1)实际前角增大 2)增大切削厚度，可能引起振动 3)是加工表面粗糙度增大 4)对刀具寿命有影响
Fc——切削力，单位：N； vc——切削速度，单位：m/s。
三、切削功率的计算
（2）切削功率
Pc Fcvc
1000
单位：kw
PE
Pe
——机床传动效率，一般，取 = 0.75～0.85。
四、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和 工件表面对刀具后面的摩擦阻力。
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
第二节 ຫໍສະໝຸດ Baidu削力和切削功率
一、切削力的来源与分解 （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)
一、切削力的来源与分解
（1）总切削力的分解
F F z2F x2y F z2F x2F y2
F y F xy cors
F xF xs y in r
Fy (0.15~0.7)Fz Fx (0.1~00.6F)z
第一节 切削变形与切屑的形成
➢切屑控制： • “不可接受”的切屑：切削条件恶劣导致。
影响主要有拉伤工件的已加工表面；划伤 机床；造成刀具的早期破损；影响操作者 的安全。
• 切屑控制：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，使形成 “可接受”的良好屑形。
第一节 切削变形与切屑的形成