影响切削力和切削温度的因素
第二章第三节_切削力与切削温度
1000
Fz C f f
y FZ
a2 yFz tg 2 0.84 b2
f 1处Fz 177，得： C f 177
a2
b2
Fz 177 f
1
lg Fz yFz lg f lg C f
θ
2
0.84
2、 切削力经验公式
Fz 60 a p (f=0.3mm) 0.84 (ap=1mm) Fz 177 f
4 243.2
1000
Fz Ca p a p z
a1 xFz tg1 1 b1
a1
xF
a p 1处Fz 60，得： Ca p 60
b1
lg Fz xFz lg a p lg Ca p
θ
1
Fz 60 a p
2) 固定吃刀深度 ap=1mm ，仅改变进给量 f 进行实验， 求进给量f对切削力的影响。 假设主切削力Fz与进给量f的关系
αo
γ o
二 切削热与切削温度
Cutting Heat and Cutting Temperature
切削热和由它产生的切削温度会使整个工 艺系统的温度升高，一方面会引起工艺系统的 变形，另一方面会加速刀具的磨损，从而影响 工件的加工精度、表面质量及刀具的耐用度。
1、 切削热的产生和传导
切削热的产生
（2）进给量f 随着进给量的增大，金属切除量
增多，切削热增加，使切削温度上升。但单位切 削力和单位切削功率随f的增大而减小，切除单位 体积金属产生的热量也减小；另外，f增大使切屑 变厚，切屑的热容量增大，由切屑带走的热量增 加，故切削区的温度上升得不显著。
（3）背吃刀量ap 背吃刀量ap对切削温度的影响
影响刀具切削力的因素
影响刀具切削力的因素刀具切削力是指在加工过程中，刀具对工件的切削力大小。
刀具切削力的大小直接关系到刀具的负荷大小和切削过程的稳定性，因此，了解并控制刀具切削力是刀具设计和使用的重要环节。
刀具切削力受到以下几个因素的影响：1.材料性质：被加工材料的硬度、韧性等物理性质对切削力产生明显影响。
硬材料会增加切削力的大小，提高刀具磨损和破损的风险。
材料的韧性越高，切削力则越大。
2.切削速度：切削速度是指单位时间内刀具在工件上切削的长度。
切削速度越高，切削力一般会增加。
高速切削时，切削力容易引起振动和刀具的自激振动，对刀具稳定性造成不利影响。
3.刀具形状：刀具形状对切削力起到重要的影响。
常见的切削工具有刀片、铣刀等，不同的切削工具形状决定了其接触面积和切削力的大小。
切削刃角和刃尖圆角也会影响切削力，刀具刃角越大、刀尖越圆，切削力越小。
4.切削深度：切削深度是指切削刀具每次进给的厚度。
切削深度越大，切削力越大。
切削深度增大时，会导致刀具负荷增大，切削稳定性下降。
5.切削液：切削液的作用主要有降低切削温度、润滑减摩和冷却刀具等。
适当的切削液可以减小切削力。
6.切削机床刚度：切削机床的刚度对切削力有重要影响。
切削机床刚度越大，切削力越小。
7.切削方式：切削方式包括自由切削和弹性切削。
自由切削时，切屑容易堆积，导致切削力增大，而弹性切削时，切削力相对较小。
以上是影响刀具切削力的主要因素，这些因素相互作用，并且因切削条件的不同而产生不同影响。
了解这些因素对切削力的影响，对刀具的设计和使用以及工件的切削加工都有重要指导作用。
因此，在实际的切削加工过程中需要根据不同材料和机床的特性，合理调整切削参数和刀具结构，以减小切削力，提高切削工作效率。
同时，结合切削液的使用和刀具冷却等辅助措施，可以进一步改善切削过程中刀具的寿命和加工质量。
切削热及影响切削温度的主要因素.
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4．切削液方面
切削过程浇注切削液，由于其具有润滑作用，能够减小切屑、工件
与刀具的摩擦，产生的热量少；同时切削液还有冷却作用，能够带走大 量的切削热，所以切削温度低。
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切削热的利用与限制
切削热给金属切削加工带来许多不利影响，采取措施减少和限制切 削热的产生是必要的和重要的。 切削热有时也可以加以利用，如在加工淬火钢时，可采用负前角并
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2）主偏角
在背吃刀量相同时：
减小主偏角 切屑厚度减小 切削变形减小
刀刃参加切削的长度增加
产生的热量减少 切削温度降低
刀尖角增大
刀具的散热条件变好
主偏角增大，切削温度升高。
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（2）刀具磨损 刀具磨损对切削温度也有着明显的影响。 刀具磨损后 刀刃变钝 切割作用减小
在一定的切削速度下进行切削，既加强了刀刃的强度，同时产生的大量
切削热能使切削层软化，降低硬度，从而易于切削。
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2．切削热的传散 不使用切削液车削、钻削时切削热的传散比例
Q屑
车 削 钻 削 50%~86% 28%
Q刀
40%~10% 14.5%
Q工
9%~3% 52.5%
Q介
1% 5%
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温度分布及生产中对切削温度的判断方法
1．切削区域温度的分布 切削温度一般是指切屑、工件和刀具接触表面上的平均温度， 即切削区域的平均温度。
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第三章切削力与切削温度
3.1.4 影响切削力因素
•刀具几何角度影响
•◆ 前角γ0 增大，切削力减小。 •◆主偏角κr 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和走 刀抗力影响显著（ κr ↑—— Fy↓，Fx↑）
•切削力F •切 削 力 / N
•γ0 - Fz
•γ0 – Fy •γ0 – Fx
•前角γ0
•图3-17 前角对γ0切削力的影响
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第三章切削力与切削温度
3.1.1 切削力及切削分力
•切削力分解(假设总切削力在主剖面P0内)
•F
z
•κr
•F
x
•F •Fxy
y
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•v •Fxy
•f •F
r
•吃刀抗力 •F
y •Fxy
•F •走刀抗力
x
•Fz•主切削力
•F •总切削力
r
•图3-1 切削力的分解
第三章切削力与切削温度
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第三章切削力与切削温度
•3.2.3 影响切削温度的主要因 素
•刀 具 几 何 参 数 的 影 响
➢ 前角o↑→切削温度↓
➢ 主偏角r↑→切削温度↑
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第三章切削力与切削温度
•3.2.3 影响切削温度的主要因 素
•其它因素的影响
• 1. 刀具磨损的影响 • 刀具后面磨损量增大，切削温度升高 •
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•220
•0180
•κr - Fz
•表3-6
•0140
•0100
•κr – Fx
0
•60
•κr – Fy
0 •20
0
•30 •45 •60 •75 •90
影响切削力和切削温度的因素
切削速度在5～17m/min区域内增加时，积屑瘤高度逐渐增加，切削力减小；
切削速度继续在17～27m/min范围内增加，积屑瘤逐渐消失，切削力增加；
在切削速度大于27m/min时，积屑瘤消失，由于切削温度上升，摩擦系数减小，切削力下降。一般切削速度超过90m/min时，切削力无明显变化。
在切削脆性金属工件材料时，因塑性变形很小，刀屑界面上的摩擦也很小，所以切削速度υc对切削力Fc无明显的影响。
导热系数
导热系数越低，温度越高
切削用量
背吃刀量和进给量
进给量f增大时，切削力有所增加；（程度小）
背吃刀量ap增大时，切削刃上的切削负荷也随之增大，即切削变形抗力和刀具前面上的摩擦力均成正比的增加。（程度大）
从切削力和切削功率角度考虑，加大进给量比加大背吃刀量有利。
切削温度与切削用量的关系式为：
三个影响指数zθ＞yθ＞xθ，说明切削速度对切削温度的影响最大，背吃刀量对切削温度的影响最小。
刀具磨损后，切削温度升高。
切削液
参数大大提高了正前角刀具的刃口强度，但同时也增加了负倒棱前角(负前角)参加切削的比例，负前角的绝对值↑→切削变形程度↑→切削力↑；
基本无影响
主偏角
Fp=FDcosKr Ff=FDSinKr Kr↑→Fp↓, Ff↑（课本P47图1-52）
主偏角κr↑→切削刃工作接触长度↓，切削宽度bD↓，散热条件变差，故切削温度↑
影响切削力和切削温度的因素
影响因素
被影响的因素
力
温度
工件材料
强度、硬度
材料的强度、硬度越高，则屈服强度越高，切削力越大。
材料的强度、硬度越高，温度越高。
塑性、韧性
在强度、硬度相近的情况下，材料的塑性、韧性越大，则刀具前面上的平均摩擦系数越大，切削力也就越大。脆性材料，切削时一般形成崩碎切屑，切屑与前面的接触长度短，摩擦小，故切削力较小。
切削力对切削温度的影响
切削力对切削温度的影响切削力是切削加工过程中的一项重要参数，它直接影响到切削温度的变化。
切削温度是指切削加工中产生的热量在刀具和工件之间的传递和分布情况，是判断切削加工质量和工具寿命的重要指标之一。
切削力的大小与切削温度之间存在着密切的关系，接下来将详细探讨切削力对切削温度的影响。
切削力的大小直接影响着切削温度的变化趋势。
在切削过程中，切削力会引起刀具与工件之间的摩擦，从而产生摩擦热。
当切削力较小时，摩擦热的产生相对较少，切削温度也相对较低。
但是当切削力增大时，摩擦热的产生也相应增多，切削温度也会随之升高。
因此，可以说切削力的大小直接决定了切削温度的高低。
切削力的方向和大小也影响着切削温度的分布情况。
在切削加工中，切削力的方向和大小会直接影响切削区域的温度分布。
正常切削时，切削力的方向与切削速度和刀具磨损方向一致，此时切削温度分布较为均匀。
但是当切削力的方向与切削速度和刀具磨损方向相反时，会导致切削区域的温度不均匀，出现高温区和低温区的现象。
这是因为切削力的反向作用会影响到切削界面的摩擦热传递，从而使切削温度分布发生变化。
切削力的大小还会对刀具的寿命和切削加工质量产生影响。
切削温度的升高会加剧切削界面的磨损和刀具的热膨胀，从而缩短刀具的使用寿命。
当切削力较大时，摩擦热的产生也相应增多，切削温度会显著升高，从而加剧刀具的磨损和热膨胀，导致刀具寿命缩短。
同时，切削温度的升高也会对切削加工质量产生不利影响，如切削面的烧伤、变色等现象会增加。
切削力的大小与切削温度的关系还与切削材料和切削条件等因素有关。
不同材料的切削特性不同，切削力与切削温度的关系也会有所差异。
一般来说，切削硬度较高的材料，其切削力较大，切削温度也相应较高。
另外，切削条件的不同也会对切削力和切削温度产生影响。
例如，切削速度的增加会使切削力和切削温度均增大；而切削深度的增加会使切削力增大，切削温度也相应增高。
切削力对切削温度具有重要影响。
切削力及其影响因素
yF f nF f
f
Ff p
c
Ff
（2）切削层单位面积切削力经验公式
切削层单位面积切削力p是指切除单位切削 层面积所产生的主切削力，其计算公式为：
p Fc Fc Fc AD ap f hDbD
由上式可得，主切削力Fc的计算公式：
Fc pap f phDbD
上页式中，p是指f＝0.3mm/r时的单位切削力， 硬质合金外圆车刀车削常用金属的单位切削力如 下表所示。
2．切削用量
（1）背吃刀量ap和进给量f
背吃刀量ap和进给量f通过对切削宽度bD和切 削厚度hD的影响而影响切削力Fr，如下图所示。
如上页左图所示，背吃刀量ap增大，切削宽 度bD增大，切削面积AD和切屑与前刀面的接触面 积按比例增大。由于进给量f不变，所以单位切削
力p不变。因此，当背吃刀量ap增大一倍时，主切 削力Fc成比例增大，背向力Fp和进给力Ff也近似 成比例增大。
机械制造技术
切削力及其影响因素
一、切削力
切削力是指金属切削时，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。
1．切削力的来源
切削力的来源主要有以下两方面： ① 克服被加工材料对弹性变形和塑性变形的抗 力。 ② 克服刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力所 需的力。 这些力的合力形成了作用在刀具上的切削力Fr。
Pc Fcvc 10 3
三、影响切削力的因素
1．工件材料
工件材料的硬度、强度越高，剪切屈服强度越 大，切削力Fr越大。
硬度、强度相近的材料，塑性或韧性越好，切 屑越不易折断，切屑与前刀面的摩擦越加，切削力 Fr越大。
切削铸铁等脆性材料时，由于塑性变形小，崩 碎切屑与前刀面摩擦小，切削力Fr较小。
机械制造技术基础第二章课后答案
机械制造技术基础第二章课后答案#1.金属切削过程的实质是什么答：金属切削过程就是刀具从工件上切除多余的金属，使工件得到符合技术要求的几何精度和表面质量的过程。
2.切削运动可分哪两类，各有什么特点答：切削运动可分为主运动和进给运动。
主运动在切削过程中速度最高，消耗的功率最大，并且在切削过程中切削运动只有一个。
进给运动的速度较低、消耗的功率较小，进给运动可以有一个或多个。
3.切削用量的主要参数有哪些答.：切削用量的参数有切削速度、进给量和背吃刀量。
4.试述车刀前角、后角、主偏角、负偏角和刃倾角的作用，并指出如何使用答：前角对切削的难易程度有很大的影响，前角大小的选择与工件材料、刀具材料、加工要求有关。
后角的作用是为了减小后刀面与工件之间的摩擦和减少后刀面的磨损。
主偏角的大小影响切削条件、刀具寿命和切削分力的大小。
！5.车外圆时，车刀装得过高或过低、偏左或偏右，刀具角度会发生哪些变化什么情况下可以利用这些变化答：当刀尖高于工作中心时，刀具工作前角将增大，工作后角将减小。
如果刀尖低于工作中心，则刀具工作前角减小，后角增大。
若刀杆右偏，则车刀的工作主偏角将增大，负偏角将减小。
若刀杆左偏，则车刀的工作主偏角将减小，负偏角将增大。
6.试标出图刀具的五个基本角度及主切削刃和副切削刃。
7.列举外圆车刀在不同参考系中的主要标准角度及其定义。
答：1）前角：在正交平面内测量的前刀面与基面之间的夹角；后角：在正交平面内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角；主偏角：在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角；副偏角：在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角；刃倾角：在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角；副后角：在副切削刃上选定点的副正交平面内，副后刀面与副切削平面之间的夹角。
8.偏角的大小对刀具耐用度和三个切削分力有何影响当车削细长轴时，主偏角应选得较大还是较小为什么答：当切削面积不变时，主偏角增大，切削厚度也随之增大，切屑变厚，因而主切削力随着主偏角的增大而减小，但当主偏角增大到60~70之间时，主切削力又逐渐增大主偏角；背向力随着主偏角的增大而减小，进给力随着主偏角的增大而增大。
hw-8参考答案
制造工程基础作业8: 切削力，切削温度，切削过程优化 作业题：1. 影响切屑形态的因素主要有哪些？参考答案：切屑形态主要影响因素有：工件材料的塑性；切削速度；刀具前角；切削层厚度。
2. 试比较切削用量三要素对切削力、切削温度和刀具使用寿命的影响规律。
已知刀具寿命的广义泰勒公式 75.025.25p c Ta f v C T =，求当V c 、f 、ap 分别增加1倍时，刀具使用寿命有何变化规律？计算结果说明什么问题？参考答案：切削用量三要素对切削力、切削温度和刀具使用寿命影响程度由大到小排列如下：切削力：ap 、f 、Vc切削温度： Vc 、 f 、 ap刀具使用寿命： Vc 、 f 、 apV c 增加1倍，则刀具使用寿命降低为原来的%1.3215=⎪⎭⎫ ⎝⎛ f 增加1倍，则刀具使用寿命降低为原来的%0.212125.2=⎪⎭⎫ ⎝⎛ap 增加1倍，则刀具使用寿命降低为原来的%5.592175.0=⎪⎭⎫ ⎝⎛计算结果表明，切削速度对刀具使用寿命影响最大，切深影响最小。
在刀具使用寿命确定的情况下，为了提高金属切除率，应首先选择尽可能大的ap ，然后选择尽可能大的f 。
3. 外圆车削，工件直径φ100mm ，工件材料为正火45号中碳钢，刀具材料为硬质合金机夹刀片（牌号为YT15），刀具几何角度为o 18γ=︒，o 6α=︒，r 60κ=︒，r 15κ'=︒，s 5λ=-︒，刀具负倒棱参数为︒-==10,6.011o r mm b γ，刀尖圆弧半径为mm r 5.0=ε，刀具后刀面磨损值为VB ＝0.4mm ，机床型号CA6140车床，主电机功率为7.5kW ，切削用量为min /150,/6.0,5m v r mm f mm a p ===，求切削时的三个分力f p c F F F ,,，切削功率m P 及进给功率f P 。
机床能否正常工作及对策。
参考答案：切削用量为min /150,/6.0,5m v r mm f mm a p ===由表2-2查到：单位主切削力p=2000N/mm2; 1=Fc x ；84.0=Fc y由表2-3查到：进给量对主切削力修正系数9.0=fFc K由表2-4查到：进给量对主切削力修正系数96.0=vFc K由表2-7查到：主偏角对主切削力修正系数1=rFc K κ由表2-8查到主偏角对应的Fp/Fc 、Ff/Fc 值。
刀具简答题
第一章、第二章简答题1、刀具在什么条件下工作？答：刀具工作时，要承受很大的压力，同时，由于切削是产生的金属塑性变形以及在刀具、切屑工件相互接触表面间产生的强烈摩擦，使刀具切削刃上产生很高的温度和受到很大的应力。
另外，在加工脆性材料，断续切削，粗加工过程中，刀具切削部分要承受一定的冲击力的作用。
2、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼各有何性能特点，适用于何处？答：高速钢的特点：耐热温度低，切削速度低；强度高，工艺性最好。
主要低速加工铸铁，结构钢硬质合金的主要特点：（1）随碳化物含量的提高，其熔点、硬度、耐磨性提高；（2）化学稳定性好，热稳定性好（3）切削速度高（4）抗弯强度低，冲击韧性低主要应用：加工铸铁，结构钢，不锈钢，耐热合金，钛合金等陶瓷刀具的主要特点：（1）硬度高，耐磨性好，切削速度高（2）热化学稳定性好，耐热温度高（3）抗弯强度低，冲击韧性差（4）导热性能差主要应用：氧化铝基陶瓷刀具主要用于高速精车、半精车铸铁及调质结构钢；氮化硅基陶瓷刀具加工铸铁，镍基合金。
金刚石主要特点：（1）具有极高的硬度和耐磨性（2）切削刃可以刃磨得非常锋利（3）导热性能非常好（4）热稳定性能较低（5）高温下和黑色金属(铁碳合金)在加工中会发生化学磨损应用：主要用于磨料，用作刀具时，多用于在高速下对有色金属及非金属进行精细车削，镗孔3、常用高速钢有哪些牌号？其化学成分和性能特点如何？目前通过那些途径提高高速钢的切削性能？答：W18Cr4V（W18），化学成分中含钨量18%主要特点：（1）综合性能较好（2）淬火过热倾向小，热处理易控制，刃磨性能好（3）含碳量高，塑性变形抗力大（4）碳化物分布不均，剩余碳化物颗粒大（30μm（5）抗弯强度、韧性较低，钨钼钢W6Mo5Cr4V2（M2）特点：优点：（1）碳化物细小均匀，机械性能好，可做大尺寸刀具；（2）热塑性好；（3）刃磨性好。
（4）热稳定性稍低于W18，V>40m/min时，性能稍差；（5）热处理时脱碳倾向大，易氧化，淬火温度范围较窄。
CNC机床加工中的切削力与切削温度控制
CNC机床加工中的切削力与切削温度控制CNC机床（Computer Numerical Control，计算机数控）是一种高精度、高效率的加工方式，广泛应用于各种工业领域。
在CNC机床加工过程中，切削力和切削温度是两个关键的控制参数，对加工质量和工具寿命具有重要影响。
本文将就CNC机床加工中的切削力与切削温度控制进行论述。
一、切削力控制在CNC机床加工中，切削力是指切削工具在与工件接触时所受到的力量。
切削力的大小直接影响到切削过程的稳定性和工件的形状精度。
因此，合理控制切削力是保证加工质量的关键之一。
1. 切削力的产生与影响因素切削力的产生主要与切削过程中的切削速度、进给速度、切削深度和切削刃数等因素有关。
其中，切削速度是指刀具与工件之间的相对运动速度；进给速度是指切削工具在单位时间内对工件的移动距离；切削深度是指切削刃与工件接触的长度；切削刃数是指切削工具上的刀刃数量。
此外，切削力还受到切削材料的性质、切削工具的刃口几何形状以及切削液的使用与否等因素的影响。
不同切削材料的硬度、韧性和塑性等性质都会对切削力产生不同程度的影响。
2. 切削力的控制方法为了控制切削力，提高加工效率和保证加工质量，可以采取以下几种方法：（1）合理选择切削参数：通过调整切削速度、进给速度、切削深度和切削刃数等参数，使切削力处于合理的范围内。
（2）优化刀具结构：改变切削工具的刃口几何形状、涂层材料以及刀具材料的选择，可以有效降低切削力的大小。
（3）采用切削液冷却：切削液的使用可以有效降低切削温度，减小切削力的大小。
二、切削温度控制切削温度是指切削过程中切削工具和工件之间产生的摩擦热所引起的温度升高。
切削温度的变化对工具的寿命和切削质量影响显著，因此合理控制切削温度对CNC机床加工至关重要。
1. 切削温度的产生与影响因素切削温度主要由切削过程中的摩擦因素和材料变形产生的塑性变热因素共同作用而产生。
切削速度、切削深度和切削液的使用都会对切削温度产生一定的影响。
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
刀具几何形态对切削力和切削温度的影响分析
刀具几何形态对切削力和切削温度的影响分析刀具的几何形态对切削过程中的切削力和切削温度具有重要影响。
切削力和切削温度是衡量切削过程稳定性和刀具寿命的重要指标。
因此，了解刀具几何形态对这些指标的影响是制定优化切削工艺的关键。
一、刀具几何形态对切削力的影响切削力是刀具在切削过程中受到的力的大小和方向。
刀具几何形态直接影响着切削力的大小和分布。
以下几个关键几何参数对切削力影响较大：1. 切削刃角：切削刃角是刀具刃尖与工件表面之间的夹角。
较小的切削刃角可以降低切削力，因为刃尖顶部的切削角度较小。
但过小的切削刃角可能导致切削刃易损坏。
因此，选择合适的切削刃角是实现切削力优化的关键。
2. 切削刃长短比：切削刃长短比是刀具刃长与刃宽之间的比值。
切削刃长短比较大的刀具会产生较大的切削力。
这是因为切削刃长短比较大时，切削面积增大，切削力也随之增大。
因此，在实际应用中，需要根据切削材料和切削深度选择合适的切削刃长短比，以降低切削力。
3. 切削刃尖半径：切削刃尖半径是刀具刃尖的圆弧半径。
较小的切削刃尖半径能够减小切削力，这是因为刃尖的尖锐度可以降低切削面积。
然而，过小的切削刃尖半径会导致刀具容易磨损，因此需要在减小切削力与刀具寿命之间做出权衡。
二、刀具几何形态对切削温度的影响切削温度是刀具与切削区之间的热交换产生的温度。
切削温度对刀具的寿命和加工质量具有重要影响。
以下几个关键几何参数对切削温度影响较大：1. 切削刃宽度：切削刃宽度是刀具切削刃的宽度。
较小的切削刃宽度能降低切削温度。
这是因为刃宽较小时，切削面积减少，使得切削加工时产生的热量分布更加集中，从而降低了切削温度。
2. 刀具径向后角：刀具径向后角是刀具切削刃后角度与刃面法线的夹角。
较大的径向后角能增加切削刃的刃尖尖锐度，减小切削温度。
因为较大的径向后角可以加强切削刃的切削能力，切削时的外力更容易沿着切削刃尖部分集中，减少了切削面相对较大的面积，从而降低切削温度。
切削力和切削温度
• 1、总切削力的概念： • 切削过程中，为了克服工件被切削层材
料对切削的抵抗，刀具必须对工件施加力 的作用。 • 一个切削部分总切削力：刀具的一个切削 部分在切削工件时所产生的全部切削力。 • 总切削力：所有参与切削的各切削部分所 产生的总切削力的合力。
• 2、总切削力的分解：
• ⑴ 切削力Fc:总切削力 F在主运动方向上的正 投影。
• ⑶ 刀具角度：1）前角增大，总切削抗力减小。2） 后角增大，总切削抗力减小。3）主偏角对切削抗 力Fc′影响较小，但对背向抗力Fp′和进给抗力Ff′ 的比例影响明显。
• ⑷ 切削液的选用：合理选用切削液，可以减小工 件材料的变形抗力和摩擦阻力，使总切削抗力减 小。
二、切削温度
• 1、切削热与切削温度
• 进给抗力Ff′
• 分别与切削力Fc、背向力 Fp、进给力Ff大小相等、 方向相反。
• 4、影响切总削抗力的因素
• ⑴ 工件材料：工件材料的强度、硬度越高，韧性 和塑性越好，越难切削，总切削抗力越大。
• ⑵ 切削用量：背吃刀量ap和进给量f增大时，切 削横截面积也增大，切屑粗壮，切下金属增多， 总切削抗力增大。
• 切削热：切削过程中，由于被切削材料
•Байду номын сангаас
层的变形、分离及刀具和被切
•
削材料间的摩擦而产生的热量。
• 切削温度：切削过程中，切削区域的温
•
度。
• 切削热的传导：由切屑带走70%-80%热量
•
传入刀具15%-20%热量
•
传入工件5%-10%热量
• 2、减少切削热和降低切削温度的工艺措施：
• ⑴ 合理选择刀具材料和刀具几何角度。 • ⑵ 合理选择切削用量。 • ⑶ 适当选择和使用切削液。
金属切削原理与刀具 课题14 影响切削温度的因素
图3-31 后刀面磨损值与切削温度的关系
影响切削温度的因素
5.切削液的影响
切削液对切削温度的影响， 与切削液的导热性能、比热、 流量、浇注方式以及本身的 温度有很大关系。
1-无冷却 ;
2-10%乳化液 ; 3-1%硼酸钠及 0.3%磷酸钠的水 溶液。
金属切削原理 与刀具
影响切削温度 的因素
教学目标
切削液
影响切削温度的因素
刀具模具 刀具几何参数
切削用量
工件材料
重点： 切削用量，刀具几何参数的影响 难点： 刀具几何参数的影响
影响切削温度的因素
切削温度与变形功、摩擦功和热传导有关。也就是说，切削 温度的高低是由产生的热和传走的热两方面综合影响的结果。 做功越多、生热越多、散热越少时，切削温度越高。
1= -10 ， s=0 ，b =0.1mm，r =0.2mm 切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/r
工件材料机械性能(强度、硬度等)↑→切削温度↑400源自工件材料导热性↑ →切削温度↓
10
30
50
70
90 110 130 加工脆性材料切削温度低
vc（m/min）
影响切削温度的因素
2.切削用量的影响
经验公式
C vcZ
f
a y x p
由切削热经验公式和表3-4可以看到，zθ> y θ > xθ ，由 此得出对切削温度影响大小的顺序为vc > f > ap ，这与它 们对切削力的影响程度相反。
影响切削温度的因素
2.切削用量的影响
θ(c)
1000 900 800 700 600
2.4 切削力、切削热和切削温度
（五）切削液的影响
浇切削液对↓切削温度↓刀具磨损↑加工质量有明显效果。
热导率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越显著
2.4 切削力
切削力的来源：
被切削材料的弹性、塑性变 形抗力 刀具与切屑、工件表 面之间的摩擦力
一、切削力的分解
将切削合力F分解为三个互相垂直的分力Fc 、Ff 、Fp Fc — 主切削力，与切削速度方向一致
Ff — 进给力，与进给方向平行，车外圆时称为轴向力
Fp— 背向力(切深抗力)，与进给方向垂直，又称径向力
F
F c2 F f 2 F p2
二、切削力与切削功率的计算
（一）用指数经验公式计算切削力
式中KFc、 KFf、 KFp
为切削条件修正系数，
xFc、 yFc、 zFc等为指 数，均可在切削用量 手册中查到。
（二）用单位切削力计算切削力
单位切削力 p=Fc/A= Fc/(ap f) = Fc/(h*b) ∴ 可查手册
三、影响切削力的因素
（一）工件材料的影响（系数CF 或单位切削力p体现）
工件材料的强度、硬度、塑性和韧性越大，切削力越大。
（二）切削用量的影响
ap↑→A 成正比↑， p不变， ap的 指数约等于1，因而
切削力成正比增加
f↑→A 成正比↑，但 p 略减小， f 的 指数小于1，因而 切削力增加但与f 不成正比 速度v 对F 的影响分为有积屑瘤和无积屑瘤两种情况 在无积屑瘤阶段， v ↑→变形程度↓→切削力减小
切铸铁bγ 1/ lf ≥3时，
切削力趋于稳定，接 近于负前角的状态。
5.刀尖圆弧半径rε的影响
rε 增大相当于κ r减小的影响
（1）rε 对Fc影响很小 rε 增大而减小
认识切削热与切削温度
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三、影响切削温度的因素
机械制造基础
2．切削用量
切削用量中，切削速度 vc 对切削温度影响最大，进给量 f 次之，背吃刀量 ap 影响最小。
切削速度 vc 增大，切削变形和摩擦产生的热量急剧增多，尽管切屑带走的热量相应增多，但散热 条件并没有改善，因此切削温度显著升高。
进给量 f 增大，产生的热量增加，但同时切削厚度变大，切屑带走的热量增加，而散热条件并未 改善，因此最终切削温度有所升高。
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三、影响切削温度的因素
背吃刀量 ap 增大，产生的热量按比例增加，但同时刀具 的传热面积也按比例增加，显著改善散热条件，因此最终切削 温度仅略有升高。
为了控制切削温度，在需要增大切削用量时，应首先考虑 增大背吃刀量 ap ，其次是进给量 f ，最后是切削速度 vc 。
机械制造基础
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三、影响切削温度的因素
机械制造基础
切削热与切削温度是切削过程中的重要物理 现象之一。切削热与切削温度能改变刀具前刀面 的摩擦系数，从而影响刀具的磨损；同时还会引 起工件变形，影响工件的加工精度和表面质量。 因此，研究切削热与切削温度的产生及变化规律 具有很重要的意义。
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机械制造基础
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一、切削热
机械制造基础
切削热是指切削过程中切削区的变形和摩擦消耗能量所产生的热。切削热主要是由工件材料弹塑性
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三、影响切削温度的因素
机械制造基础
影响切削温度的因素主要有工件材料、切削用量、刀具几何参数、刀具磨损和切削
液等。
1．工件材料
工件材料的强度、硬度、热导率等对切削温度影响较大。工件材料的强度和硬度越高，需要的切削力就 越大，产生的热量就越多，因而切削温度就越高；工件材料的塑性大，切削力也大，切削温度也高。材料的 热导率越大，通过切屑和工件传出的热量就越多，切削温度下降就越快。
机械加工中的切削力与温度分析研究
机械加工中的切削力与温度分析研究引言机械加工是制造业中一项重要的工艺，它通过切削、磨削、钻削等方式将材料加工成所需形状，达到工件的加工要求。
而在机械加工过程中，切削力和温度是两个关键参数，它们直接影响着加工质量和工具寿命。
因此，对于切削力与温度的研究非常重要。
一、切削力分析切削力是指在机械加工过程中切削刀具对工件的切削作用所产生的力。
切削力的大小和方向直接决定了切削过程中切削刀具应力的大小和方向，进而影响到工件的精度、表面质量和切削刀具的磨损情况。
在机械加工中，切削力受到多个因素的影响，如切削材料的物理性质、切削刃数、切削速度、进给量等。
研究表明，切削材料的硬度和韧性对切削力有着显著影响。
硬材料往往需要更大的切削力才能达到所需加工效果，而韧性材料则对切削力要求较低。
此外，切削速度和进给量也是影响切削力的重要因素。
一般来说，较高的切削速度和进给量会导致更大的切削力，但过高的切削速度和进给量也会引起加工表面质量的下降。
二、切削温度分析切削温度是指切削过程中切削区域的温度。
切削温度的高低直接影响着材料的切削性能、冷变形能力和表面质量。
过高的切削温度会导致加工表面产生高温软化区，热变形和刀具快速磨损等问题，从而影响加工质量。
切削温度的大小和分布受到多种因素的影响，如切削速度、进给量、切削深度、冷却液的应用等。
切削速度的增加会使切削温度升高，而进给量的增加则会使切削温度降低。
此外，切削深度也会对切削温度产生较大的影响。
较大的切削深度会导致切削温度升高，而过大的切削深度则容易产生刀具振动和破裂。
冷却液是控制切削温度的常用方法之一。
适当的冷却液喷射可以有效地降低切削区的温度，减少切削过程中的热损失，提高切削润滑效果。
冷却液的选择和使用对切削温度的控制尤为关键。
三、切削力与温度的关系切削力和切削温度之间存在着密切的关系。
研究发现，切削力的增加会导致切削温度的升高。
这是由于切削力产生的摩擦热会被传递到切削区域，从而引起切削区域的温度升高。
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