第二章金属切削基本理论欢迎您来到河南理工大学
机械制造技术吉卫喜编金属切削基本理论2
《机械制造技术吉卫喜编金属切削基本理论2》xx年xx月xx日•金属切削基本理论•切削刀具与材料•金属切削过程的质量控制目录•金属切削机床与工具系统•机械制造技术的新发展01金属切削基本理论切削运动与切削用量切削用量描述切削运动速度、进给量和切削深度的工艺参数。
切削运动金属切削过程中，刀具与工件之间的相对运动，包括主运动和进给运动。
切削速度刀具切削刃上选定点相对于工件在主运动方向上的瞬时速度。
切削深度垂直于刀具进给方向度量的工件上已加工与未加工的截面之差。
进给量刀具在进给方向上相对于工件的位移量。
切削抗力刀具对工件的挤压、摩擦和剪切等作用力。
切削阻力工件对刀具切削过程中的阻力。
单位切削力单位时间内作用在工件上的平均切削力。
切削力切削过程中刀具克服工件阻力而产生的力。
切削功率切削过程中刀具所消耗的功率。
切削过程中因克服阻力而产生的热量。
切削热单位质量的材料温度升高1℃所需要的热量。
比热容切削区域的平均温度。
切削温度单位时间内单位面积上通过的热量。
热传导系数材料在单位时间内扩大热影响区的本领。
热扩散率020103040502切削刀具与材料切削刀具的种类与用途主要用于车削加工，包括外圆车刀、内圆车刀、端面车刀等，是应用最广泛的刀具之一。
车刀铣刀钻头齿轮刀具用于铣削加工，包括平面铣刀、圆柱形铣刀、圆锥形铣刀等，常用于加工平面、沟槽等。
用于钻孔和扩孔加工，包括直柄钻头、锥柄钻头等，常用于加工孔系和螺纹。
用于加工齿轮，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀等，是机械制造中重要的刀具之一。
刀具材料及选用具有较高的强度和韧性，适用于加工中等硬度的材料。
高速钢具有较高的硬度、耐磨性和耐热性，适用于加工高硬度的材料。
硬质合金具有极高的硬度，适用于加工高硬度、高耐磨性的材料。
金刚石如陶瓷、立方氮化硼等新型材料，具有更高的硬度和耐磨性，适用于加工难加工的材料。
其他材料刀具在切削过程中，由于工件材料的硬度、温度、切削用量等因素的影响，会使刀具磨损，影响加工质量和效率。
金属切削的基础知识概述
金属切削的基础知识概述简介金属切削是一种通过削剪和切割金属材料的方法，是制造业中常见的一项工艺。
基于材料的性质和切削工具的性能，金属切削可以实现高精度和高效率的加工。
本文将介绍金属切削的基本原理、切削工具、切削过程中的参数和常见的切削方式。
基本原理金属切削的基本原理是通过切削工具对金属材料进行削剪，从而使金属材料形成所需的形状和尺寸。
切削工具通常是由刀具和刀具架组成。
刀具用于切削金属材料，而刀具架则用于固定刀具并提供切削力。
切削过程中，刀具和工件之间形成了切削区域。
刀具通过在切削区域施加切削力，将金属材料削去。
这种削去的过程称为切削，并产生了削屑。
削屑是通过切削工具对金属材料进行切割而产生的废料。
切削工具金属切削中常用的切削工具有刀具、铣刀和钻头等。
下面简单介绍几种常见的切削工具：1. 刀具刀具是用于切削金属材料的基本工具。
刀具通常包括刀片和刀柄两部分。
刀片是用来切削金属材料的零件，而刀柄则用于固定刀片和提供切削力。
常见的刀具类型包括车刀、铣刀、刨刀和麻花钻等。
不同的刀具适用于不同的切削任务和金属材料。
2. 铣刀铣刀是一种旋转切削工具，用于将金属材料进行铣削。
铣刀通常由刀柄和多个刀片组成。
刀柄用于固定刀片，而刀片通过旋转进行切削。
铣刀常用于对金属材料进行复杂的零件加工，如开槽、螺纹加工和表面光洁度要求较高的加工。
3. 钻头钻头是一种专门用于钻孔的切削工具。
钻头通常由刀片和刀杆组成。
刀片被用于切削金属材料，并通过刀杆进行固定。
钻头适用于对金属材料进行孔加工，如钻孔和锪孔等。
切削过程中的参数切削过程中有几个重要的参数需要考虑，包括切削速度、进给速度和切削深度。
1. 切削速度切削速度是指切削工具在单位时间内切削的线速度。
切削速度的选择与金属材料的性质和切削工具的性能有关。
切削速度过高容易引起切削工具的损坏，而切削速度过低则会降低加工效率。
因此，在切削过程中需要选择适当的切削速度，以确保切削质量和切削效率。
第二章-金属切削过程及其控制
2.3 金属切削用的刀具
－磨料与磨具
系列
氧化物系
碳化物系
磨料名 称
棕刚玉
代号
A
白刚玉
WA
黑碳化硅 C
绿碳化硅 GC
高硬磨料系 人造金刚石 D
立方氮化硼 CBN
显微硬度 特性
刀具与工件之间的相对运动，即表面成形运动，分为 主运动和进给运动。
主运动： 使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动。
主运动速度最高，消耗功率最大，且只有一个 。 进给运动：
不断把被切削层材料投入到切削过程中，以便形成全 部已加工表面的运动。
2.2 金属切削加工的基本概念
加工表面：
2.2 金属切削加工的基本概念
J
强度最高，型面保持性好，磨耗少， 自锐性差
适用于金刚石砂轮
2.3 金属切削用的刀具
－磨料与磨具
硬度 磨粒在磨削力作用下，从砂轮表面上脱落的难易程度。
软中硬
大级名称 超软
软
中软
中
中硬
硬
超硬
小级名称 超软
123 1 2 1 2 123 1 2
超硬
代号 D E F G H J K L M N P Q R S T
副切削刃
前刀面
刀体
刀头 副后刀面
刀尖
主切削刃 主后刀面
2.3 金属切削用的刀具
－确定刀具角度的参考平面
正交平面参考系： 基面 切削平面 正交平面
基面
切削平面 正交平面
2.3 金属切削用的刀具
－刀具标注角度
金属切削的基本原理
金属切削的基本原理金属切削的基本原理1. 引言金属切削作为一种重要的制造工艺，在现代工业中得到广泛应用。
了解金属切削的基本原理对于提高生产效率和产品质量至关重要。
本文将深入探讨金属切削的原理和相关概念。
2. 金属切削的定义和概述金属切削是指通过工具在金属材料上切削形成所需形状的制造过程。
这种切削通过将刀具与金属工件相对移动来去除材料，从而实现目标形状。
金属切削常用于车削、铣削、钻削等加工过程中。
3. 切削过程的基本元素金属切削包括以下基本元素：3.1 切削工具切削过程中使用的工具通常由坚固的材料制成，如高速钢、硬质合金等。
切削工具的类型和几何形状根据切削操作的需求而变化，比如刀片、铣刀、钻头等。
3.2 金属工件金属工件是经过切削加工的目标。
它可以是圆柱形、平面形或复杂形状的。
不同材料的切削特性也会影响切削过程的选择和参数设定。
3.3 切削速度切削速度是指工具切削过程中与工件接触部分的相对速度。
合适的切削速度可以提高加工效率和工件表面质量，但过高的切削速度可能导致工具磨损和加工表面粗糙度增加。
3.4 进给速度进给速度是指工具与工件相对运动的速度。
适当的进给速度可以控制切削过程中材料的去除率，同时避免过度磨损和切削力过大。
3.5 切削深度切削深度是指工具进入工件的深度，即每次切削过程中所移除的金属厚度。
切削深度的选择应根据工件的要求、切削力和工具稳定性等因素考虑。
4. 金属切削的力学原理金属切削的力学原理主要涉及三个力：切削力、切向力和主动力。
4.1 切削力切削力是指在金属切削过程中作用在切削工具上的力。
它由切削材料的去除、摩擦和变形引起。
切削力的大小和方向取决于切削工艺参数、切削材料和刀具等。
4.2 切向力切向力是指垂直于切削方向的力。
它使工件保持在切削位置，并防止工件偏离切削方向。
切向力的大小和方向直接影响切削的稳定性和表面质量。
4.3 主动力主动力是指在金属切削过程中将工具向工件施加的力。
它与切削深度和切削速度等直接相关。
《金属切削原理》课件
金属切削在机械制造中的应用
加工精度：金属切削可以精确地加工出各种形状和尺寸的零件 加工效率：金属切削可以提高生产效率，缩短生产周期 加工范围：金属切削可以加工各种金属材料，包括钢、铝、铜等 加工质量：金属切削可以保证加工质量，提高产品的可靠性和耐用性
金属切削在航空航天领域的应用
飞机制造：金属 切削用于制造飞 机机身、机翼、 发动机等部件
新材料硬度 高，耐磨性 好，对刀具 寿命和加工 效率产生影 响
新材料热导 率低，切削 过程中热量 难以散发， 对刀具和工 件产生影响
新材料化学 活性强，易 与刀具材料 发生化学反 应，影响刀 具寿命和加 工质量
新材料加工 难度大，对 刀具材料和 加工工艺提 出更高要求
新材料加工 过程中产生 的废料处理 问题，对环 保和资源利 用提出挑战
切削热的ห้องสมุดไป่ตู้生与散失
切削热的产生：刀具与工件之间的摩擦和剪切作用 切削热的散失：通过刀具、工件和切屑的传导、对流和辐射等方式 切削热的影响：影响刀具寿命、工件加工精度和表面质量 切削热的控制：通过优化刀具材料、切削参数和冷却方式等手段
切削表面的形成与变化
切削过程：刀具与工件之间的相对运动 切削力：刀具与工件之间的相互作用力 切削温度：刀具与工件之间的摩擦热 切削表面：刀具与工件之间的接触面
火箭制造：金属 切削用于制造火 箭发动机、燃料 箱、控制系统等 部件
卫星制造：金属 切削用于制造卫 星外壳、太阳能 电池板、天线等 部件
空间站制造：金 属切削用于制造 空间站外壳、太 阳能电池板、生 命支持系统等部 件
金属切削在汽车工业领域的应用
汽车零部件制造：金属切削用于生产汽车发动机、变速箱、底盘等零部件 汽车车身制造：金属切削用于生产汽车车身、车门、车窗等车身部件 汽车模具制造：金属切削用于生产汽车模具，如冲压模具、注塑模具等 汽车维修与保养：金属切削用于汽车维修与保养，如更换损坏的零部件、修复车身损伤等
机械制造技术课件第二章金属切削基本原理
机械制造技术课件第二章金属切削基本原理一、教学内容本节课我们将学习《机械制造技术》教材第二章的内容——金属切削基本原理。
具体包括：金属切削的基本概念、切削运动与切削要素、刀具材料及刀具角度、切削力与切削温度、切削液的作用及选用。
二、教学目标1. 理解并掌握金属切削的基本概念、切削运动及切削要素；2. 掌握刀具材料、刀具角度对切削过程的影响；3. 了解切削力、切削温度的产生及变化规律，掌握切削液的选用原则。
三、教学难点与重点教学难点：切削力与切削温度的计算及影响因素、刀具角度的选取。
教学重点：金属切削基本概念、切削运动与切削要素、刀具材料及刀具角度、切削液的选用。
四、教具与学具准备1. 教具：金属切削演示模型、刀具实物、切削液样品；2. 学具：教材、笔记本、计算器。
五、教学过程1. 实践情景引入：展示金属切削加工的实际场景，引导学生思考切削加工中的基本问题；2. 理论讲解：a. 金属切削的基本概念；b. 切削运动与切削要素；c. 刀具材料及刀具角度；d. 切削力与切削温度；e. 切削液的作用及选用；3. 例题讲解：通过具体例题，讲解切削力与切削温度的计算方法，以及刀具角度的选取原则；4. 随堂练习：布置相关练习题，巩固所学知识；六、板书设计1. 金属切削基本概念；2. 切削运动与切削要素；3. 刀具材料及刀具角度；4. 切削力与切削温度；5. 切削液的选用。
七、作业设计1. 作业题目：a. 解释金属切削的基本概念；b. 列出切削运动及切削要素；c. 分析刀具材料、刀具角度对切削过程的影响；d. 计算给定条件下的切削力与切削温度；e. 论述切削液的选用原则。
2. 答案：a. 略；b. 略；c. 略；d. 略；e. 略。
八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本节课学生对金属切削基本原理的理解程度，以及切削力与切削温度的计算掌握情况；2. 拓展延伸：引导学生了解金属切削技术的发展趋势，如高速切削、绿色切削等。
金属切削基本原理机械制造技术基础
lfi
lfo
切屑与前刀面的摩擦
2.1.1 切屑的形成与切削变形
8.积屑瘤
成因 一定温度、压力作用下，切屑底层与前刀面发生粘接粘 接金属严重塑性变形，产生加工硬化积屑瘤高度Hb.
积屑瘤影响
增大前角， 保护刀刃 影响加工精度 和表面粗糙度
9.3 残余应力的控制 ◆ 控制切削过程：尽可能减小残余应力 ◆ 时效处理：最大限度减小残余应力 ◆ 残余压应力的利用：采用滚压、喷丸等方法
2.1.1 切屑的形成与切削变形
10. 加工硬化概念
已加工表面表层金属硬度高于里层金属硬度的现象
10.1 加工硬化产生原因
加工表面严重变形层内金属晶格 拉长、挤紧、扭曲、碎裂，使表 层组织硬化
主要原因。
➢ 第Ⅲ变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变 形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要 原因。
2.1.1 切屑的形成与切削变形
6.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。可用其表示切削层变的变形程度。
6.1厚度变形系数（长度变形系数）
h
hch hD
2.1.1 切屑的形成与切削变形
3.挤压与切削
切屑的形成与分离过程，是切削层受 到刀具前刀面的挤压而产生以滑移为主 的塑性变形过程。
➢ 正挤压：金属材料受挤压时，最大剪应 力方向与作用力方向约成45°
45° M A F
B
O
a）正挤压
45° M A F
BO
➢ 偏挤压：金属材料一部分受挤压时， OB线以下金属由于母体阻碍，不能沿AB 线滑移，而只能沿OM线滑移
第02讲金属切削基本概念PPT课件
圆母线：由机床的回转运动形成 直线导线：由刀具的直线移动形成
复杂成形运动：车螺纹
螺旋导线：通过机床主轴等速旋转运动和刀架等速直线移动 复合而成
母线：
形成表面的母线和导线统称为发生线
发生线的形成方法及其所需要的运动
发生线由刀具和工件的相对运 动得到，其形成方法可归纳为 四种：(见教材p24)
金属切削是制造高精度、高表面质量工件的最经济的方法。
第一章 金属切削基本原理
➢ 金属切削原理
金属切削基本概念 金属切削基本规律 金属切削基本规律的应用
金属切削的三个条件
➢ 实现金属切削过程，须满足三个条件： 工件与刀具之间要有相对运动－切削运动 刀具必须有适当的几何形状－刀具几何形状与角度 刀具材料必须具有一定的切削性能－刀具材料
•Process/programming strategies
•Corner solutions •90° corner
•Corner solutions •Corner <60°
•Closed pockets/angles
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Semi-rough milling strategies Corner removal
符合预定要求的形状、尺寸精度和表面质量。
各种方法适应范围： ②加工方法通常只用于制造毛坯，或 精度和表面质量要求不高的零件。 ③只能在某些零件的制 造上部分代替切削加工。精度要求较高、表面质量限定较 严的零件几乎都要经过切削加工，与此同时，由于刀具材 料的改进，高速机床的开发、机床控制的改善，切削技术 又取得了长足进步，所以金属切削在金属加工方法中仍然 占主导地位。
正切削与斜切削 正切削：主切削刃垂直 于主运动方向 斜切削：主切削刃不垂 直于主运动方向
机械制造技术 吉卫喜 编 第二章 金属切削基本理论1PPT课件
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3）影响积屑瘤的因素
• 积屑瘤的产生及其成长 与工件材料的性质、切 削区的温度分布和压力 分布有关。塑性材料的 加工硬化倾向越强，越 易产生积屑瘤；在背吃 刀量和进给量保持一定 时，积屑瘤高度Hb与切 削速度有密切关系，因 为切削过程中产生的热 是随切削速度的提高而 增加的。
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积屑瘤 如图所示，某堆积在前刀面上近切削刃处的积屑瘤，经
变形区（Ⅱ）。
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（3）第三变形区
在已加工表面上与 刀具后面挤压、摩擦形成 的变形区域称为第三变形 区（Ⅲ）。
由于刀具刃口不可能 绝对锋利, 钝圆半径的存在 使切削层参数中公称切削 厚度不可能完全切除，会 有很小一部分被挤压到已 加工表面，与刀具后刀面 发生摩擦，并进一步产生 弹、塑性变形，从而影响 已加工表面质量。
测定它的硬度为金属母体的2～3倍，积屑瘤高出前刀面 0.369mm、凸出后刀面 0.057mm、宽1.138mm，在切削 时形成了实际前角32°27′(有 的可达40°)。积屑瘤替代切削 刃参加切削情况。
16
（2） 前刀面上的摩擦
滑动区：切屑即将脱离 前刀面时在lfo长度内的接 触区。在该区内切屑与前 刀面间只是凸出的金属点 接触，滑动区的摩擦称为
外摩擦。
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（2） 前刀面上的摩擦
➢在粘结区，切屑的底层与前面呈现冷焊状态，切屑与前面
机械制造技术PPT课件第二章 金属切削基本原理
机械制造技术基础
◆切削功率
—切削过程中所消耗的功率
切削功率
Pc
Fcvc 60
103
机床电机所需功率
PE
Pc
传动效率 0.75 ~ 0.85
—校验和选取机床电机的依据
机械制造技术基础
2.2.4 影响切削力的因素 ①工件材料 —强度、硬度、塑性大→切削力大
机械制造技术基础
2.3.2 切削温度 —切屑与前刀面接触区域的平均温度
C
ax p
f
v k y z c
最典型值：
x 0.1 y 0.2 z 0.4
机械制造技术基础
工件材料：低碳易切钢；
刀具：o=30，o=7；
二维切削中 的温度分布
切削用量：ap=0.6mm， vc =0.38m/s；
机械制造技术基础
2.3.1 切削热的来源与传导
◆来源： —弹性、塑性变形功，摩擦功
Q＝Fc vC
◆传导： →切屑、刀具、工件、介质
车：50～86％→切屑，10～40％→车刀 3～9％→工件，1％ →空气
钻：28％→切屑，14．5％→刀具 52．5％→工件，5％→介质
磨：4％→磨屑，12％→砂轮，84％→工件
◆工件材料 ◆刀具前角
—前角大，刃锋利，挤压小，剪切角大→切屑变形小
机械制造技术基础
2.1.3 影响切削变形的因素
◆工件材料 ◆刀具前角 ◆切削用量
①切削速度 —影响积屑瘤和切削温度
呈波形变化
②进给量 —进给量越大→切屑变形小
机械制造技术基础
2.2
切削力
金属切削基本理论PPT课件
(3)为减小热处理的影响,热处理工序应安排在粗、精加 工阶段之间,并适当增加精加工工序的加工余量,以保证热处 理引起的变形在精加工中得以纠正。
金属切削基本理论
一. 课题分析
套类零件是车削加工中最常见的零件, 也是各类机 械上常见的零件, 在机器上占有较大比例, 通常起支撑、 导向、连接及轴向定位等作用, 如导向套、固定套、轴 承套等。套类零件一般由外圆、内孔、端面、台阶和沟 槽等组成, 这些表面不仅有形状精度、尺寸精度和表面 粗糙度的要求, 而且位置精度要求较高, 有的零件壁较 薄,加工中容易变形。而套类零件的加工主要靠车削加工, 如何保证加工精度, 是车削套类零件首要解决的问题。
零件隔离衬套内孔直径达60mm左右,壁厚仅有 3mm,为典型的薄壁套筒,且孔内有一直通键槽,圆周上 还有两个油孔,故零件刚性很差,因此,加工中零件的变 形是主要工艺问题。为防止和减小变形,工艺上应采 取以下措施:
1)毛坯选择模锻件,选用合适的无缝钢管以减小 锻造时的内应力,锻造后进行正火处理以消除锻造应 力。模锻件尺寸精确,可减小加工余量,从而减小切削 引起的变形。
工序名称 热处理
磨 磨 钳 钳 检验
Байду номын сангаас
15
表面处理
16
检验
17
磨
18
磨
19
车
20
车
21
检验
22 表面处理
工序内容 低温回火 磨外圆至66.4000024 mm 磨内孔至5984050015 mm 研磨内孔至5985000063 mm 去全部毛刺，锐边磨圆R0.2～0.4mm 按以上加工尺寸检查 内孔镀铜，镀后尺寸保证598000063 mm 镀铜表面应无划伤、拉沟、锈蚀 磨外圆至66000013 mm，并靠磨端面至 尺寸 磨另一端面，保证总长54±0.1mm 车两端孔口，倒角，外棱倒圆 抛光外圆至尺寸φ66000024 mm 按零件图样尺寸要求检查
第二章金属切削基本理论-精品文档
2）塑性破损
切削时，刀具由于高温高 压的作用，使刀具前、后 刀面的材料发生塑性变形， 刀具丧失切削能力，这种 破损称为塑性破损。
防止刀具破损的措施
针对被加工工件材料和零件的特点，合理选择刀具材料的种
类和牌号；
合理选择刀具几何参数； 保证刀具焊接和刃磨质量，避免因焊接、刃磨不善而带来的
各种缺陷。尽量使用机夹可转位不重磨刀具；
（4）氧化磨损
（5）相变磨损
用硬质合金刀具切削钢料 时，切削温度高达700oC 以上，在这种条件下，因 高温的影响，空气中的氧 与刀具中的元素发生氧化 作用，形成Co3O4，CoO， WO3等，在刀具表面形成 一层硬度、强度较低的氧 化层薄膜，这层薄膜较疏 松脆弱，很易被工件或切 屑带走引起刀具的磨损 当切削温度达到或超 过刀具材料的相变温度时， 刀具材料中的金相组织将 发生变化，硬度显著下降， 引起的刀具磨损称为相变 磨损。
图2-20 切削热的产生与传导
Байду номын сангаас
二、切削温度对切削加工过程的影响
1.对刀具材料的影响
高速钢刀具材料的耐 热性为600℃左右，超过 该温度刀具失效。硬质 合金刀具材料耐热性好， 在高温800～1000℃时， 强度反而更高，韧性更 好。因此适当提高切削 温度，可防止硬质合金 刀具崩刃，延长刀具寿 命。
2.对工件尺寸精度的影响
车削工件外圆时，工件受热膨 胀，切削后冷却至室温，尺寸变 小，特别是在精加工和超精密加 工时，切削温度的变化对工件尺 寸精度的影响特别大，因此控制 好切削温度，是保证加工精度的 有效措施。
三、影响切削温度的因素
1.工件材料
2.切削用量
材料的强度、硬度越高，则 切削抗力越大，消耗的功越多， 产生的热就越多； 导热系数越小，传散的热 越少，切削区的切削温度就越 高。
金属切削基本理论
在金属切削过程中，始终存在着刀具切 削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，从而产 生一系列物理现象，如切削变形、切削力、 切削热与切削温度以及有关刀具的磨损与刀 具寿命、卷屑与断屑等。 研究、掌握并能灵活应用金属切削基本理 论, 对有效控制切削过程、保证加工精度和表 面质量，提高切削效率、降低生产成本，合理 改进、设计刀具几何参数，减轻工人的劳动强 度等有重要的指导意义。
γ0
当γ0 = 0～30°，Λh ≥1.5时， Λh与ε相近 ε主要反映第Ⅰ变形区 的变形， Λh 还包含了第 Ⅱ变形区的影响。
M
φ
O
相对滑移系数
7、影响切削变形的主因素
工件材料
材料强度越高→塑性越小→变形系数越小→切削变形越小
切削用量
◆切削速度通过积屑瘤的生长消失而影响切削变形的大小； ◆进给量增加，切削层厚度增加，切削变形减小；
崩碎切屑：在切削铸铁和黄铜等脆性材料时，
切削层金属发生弹性变形以后，一般不经 过 塑性变形就突然崩落，形成不规则的碎块状屑 片，即为崩碎切屑。 当刀具前角小、进给量大时易产生这种切屑， 产生崩碎切屑时，切削热和切削力都集中在主 切削刃和刀尖附近，刀具易崩刃、刀尖易磨损， 并容易产生振动，影响表面质量。
切屑类型
名称 带状切屑 挤裂切屑 单元切屑 崩碎切屑
简图
形态 变形
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
粒状
不规则块状颗粒
4．切削力经验公式
xFc yFc Fc CF a p f K Fc c xF p yFp K Fp Fp CFp a p f xF f yF f F f CF f a p f K Ff
hy2 金属切削加工的基础知识
2.1 概述
2.2 刀具几何角度与材料
2.3 金属切削过程 2.4 切削力、切削热和切削温度 2.5 刀具磨损和刀具使用寿命 2.6 材料的切削加工性 2.7 切削条件的合理选择 2.8 磨削与砂轮
2.1 概述
(2.1 summary )
2.1.1 切削运动与切削加工表面
2.1.2 切削用量 2.1.3 切削层参数
各类高速钢刀具
(2) 硬质合金
成分：WC+Co 用高硬度、难熔的金属碳化物（主要是WC、TiC等，又称高温碳化物)和 多用于加工短切屑的金属或非金属，如： 成分：WC+TiC+Co 金属粘接剂在高温条件下烧结而成的粉末冶金制品。 铸铁、青铜等。 成分：WC+TiC+TaC(NbC)+Co 多用于加工长切屑的黑色金属，如：钢 基本性能： 常用牌号： 既可用于加工短切屑的铸铁，也可用于 材等。 硬度：74~82HRC YG3(K01)、YG6(K20)、YG8(K40)等 加工长切屑的钢材。 常用牌号： 耐热性：800~1000 ℃ 精加工 粗加工 常用牌号： YT5(P30)、YT15(P20)、YT30(P10)等 切削速度：V=100~ 300 m/min YW1(M10)、YW2(M20)、YW3(M30)等 工艺性差，不适用于制造整体结构的复杂刀具。 粗加工 精加工 精加工 粗加工 典型牌号：
（2）自由切削与非自由切削 只有直线形主切削刃参加切削工作，而副切削 刃不参加切削工作，称为自由切削。曲线主切削刃 或主、副切削刃都参加切削者，称为非自由切削。 这是根据切削变形是二维问题或三维问题进行 区分的。为了简化研究工作，通常采用自由切削变 形区来观察和研究。
2.2.2 刀具材料
2.2.2 Cutting Tool Materials
机械制造技术课件第二章金属切削基本原理
机械制造技术课件第二章金属切削基本原理一、教学内容二、教学目标1. 理解金属切削的基本概念，掌握金属切削过程的基本原理。
2. 了解金属切削刀具的材料、结构及其对切削加工的影响。
3. 掌握切削力、切削热及切削温度的计算方法，分析其对加工质量的影响。
三、教学难点与重点教学难点：金属切削过程中的物理现象及其对加工质量的影响。
教学重点：金属切削基本概念、刀具结构及其对切削加工的影响、切削力的计算。
四、教具与学具准备1. 教具：金属切削刀具实物、切削加工视频、PPT课件。
2. 学具：笔记本、教材、计算器。
五、教学过程1. 导入：通过展示金属切削加工视频，让学生了解金属切削的实际应用，激发学习兴趣。
时间：5分钟2. 知识讲解：（1）讲解金属切削的基本概念，如切削、切削速度、进给量等。
（2）介绍金属切削刀具的材料、结构及其对切削加工的影响。
（3）分析金属切削过程中的物理现象，如切削力、切削热等。
（4）讲解切削力、切削热及切削温度的计算方法。
时间：30分钟3. 例题讲解：选择一道具有代表性的例题，详细讲解切削力的计算过程。
时间：15分钟4. 随堂练习：出一道与例题相似的练习题，让学生独立完成，巩固所学知识。
时间：10分钟5. 课堂小结：时间：5分钟六、板书设计1. 金属切削基本概念2. 金属切削刀具的材料及结构3. 金属切削过程中的物理现象4. 切削力、切削热及切削温度的计算5. 课堂练习题及答案七、作业设计1. 作业题目：（1）简述金属切削的基本概念。
（2）列举金属切削刀具的常见材料，并说明其特点。
2. 答案：（1）金属切削是指利用切削工具将工件上的材料去除，使其达到一定尺寸和表面质量的过程。
（3）切削力的计算公式：F = ap f cos(λ) K其中，ap为切削深度，f为进给量，λ为刀具前角，K为工件材料系数。
带入数据计算得：F ≈ 300N八、课后反思及拓展延伸1. 课后反思：本节课通过实践情景引入、例题讲解、随堂练习等方式，使学生掌握了金属切削基本原理。
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1022100 6 104
1.7
(kw)
二、影响切削力的因素
1. 工件材料 2. 切削用量
✓影响较大的因素主要是工件材料 的强度、硬度和塑性。 ✓材料的强度、硬度越高，则屈服 强度越高，切削力越大。 ✓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。
刀具几何角度影响（P29）
◆ 前角γ0 增大，切削变形减小 ◆ 刀尖圆弧变径
第二节 金属切削过程的主切物理及规律
一、 切削力
切削过程中，刀具 施加于工件使工件材料 产生变形，并使多余材 料变为切屑所需的力， 称为切削力。
1. 切削力的来源
切削力来自于金属切削过程中 克服被加工材料的弹、塑性变形抗 力和刀具与工件及刀具与切屑之间 摩擦阻力。
进给量f和背吃刀量ap
进给量f和背吃刀量ap增加，使切 削力Fc增加。
切削速度υc
➢切削速度在5～20m/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20～35m/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35m/min时，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。
裂强度
到断裂强度
加工塑性材料， 切削速度较低， 进给量较大， 刀具前角较小
工件材料硬度较 高，韧性较低， 切削速度较低
不规则块状颗粒
未经塑性变形即 被挤裂
加工硬脆材料， 刀具前角较小
切削过程欠平稳， 表面粗糙度欠佳
切削力波动较大， 切削力波动大，有 切削过程不平稳， 冲击，表面粗糙度 表面粗糙度不佳 恶劣，易崩刀
给功率不可缺少的参数
切削力分解
Fc
κr
F Ff
Fp Ff ·p
v Ff ·p
f
Ff ·p 吃刀抗力 Fp
Ff 进给抗力
切削力的分解
Fc 主切削力 F 切削合力
3．切削功率
➢计算切削功率Pc是用于核算加工成本和计算能量消
耗，并在设计机床时根据它来选择机床主电动机功率。
➢主运动消耗的切削功率 Pc＝Fcυc/60×10-3 （kW） ➢机床电机功率 PE= Pc／ηm（ηm＝0.75～0. 85）。
➢ 当γ0 = 0～30°，Λh ≥1.5时， Λh与ε相近
➢ ε主要反映第Ⅰ变形区 的变形，Λh还包含了第 Ⅱ变形区的影响。
γ0
M
φ
O
相对滑移系数
7、影响切削变形的主因素
工件材料
材料强度越高→塑性越小→变形系数越小→切削变形越小
切削用量
◆切削速度通过积屑瘤的生长消失而影响切削变形的大小； ◆进给量增加，切削层厚度增加，切削变形减小；
第一节 金属切削过程
1、切削变形
➢ 切屑的形成与切离过程，是切削 层受到刀具前刀面的压：金属材料受挤压时，最大 剪应力方向与作用力方向约成45°
➢ 偏挤压：金属材料一部分受挤压时 ，OB线以下金属由于母体阻碍，不 能沿AB线滑移，而只能沿OM线滑移
➢ 切削：与偏挤压情况类似。弹性变 形→剪切应力增大，达到屈服点→产 生塑性变形，沿OM线滑移→剪切应 力与滑移量继续增大，达到断裂强度 →切屑与母体脱离。
小加工硬化倾向。
5、已加工表面的变形
变形原因
切削刃存在刃口圆弧，导致挤压和摩 擦，产生第Ⅲ变形区。
变形情况
hD ΔhD Δh
A点以上部分沿前刀面 流出，形成切屑；A点 以下部分受挤压和摩擦 留在加工表面上，并有 弹性恢复。
应力分布
A点前方正应力最大，剪应力为 0。
τ
AC E F
τ σn
已加工表面变形
崩碎切屑
➢带状切屑
外形特征：它的内表面是光滑的，外表面是毛茸茸的。 形成条件：用大前角的刀具、较高的切削速度和较小的进给量 切削塑性材料 优 点：切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙 度较小。 缺 点：切屑连续不断，不太安全或可能擦伤已加工表面， 因此要采取断屑措施。
➢挤裂(节状)切屑 外形特征：刀屑接触面有裂纹，外表面是锯齿形。 形成条件：采用较低的切削速度和较大的进给量，刀具前角较 小，粗加工中等硬度的钢材料 特点：切削力波动较大，工件表面较粗糙
切屑类型
名称
带状切屑
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
粒状
局部剪切应力达到断 剪切应力完全达
45° M A F
B
O
a）正挤压
45° M A F
BO
b）偏挤压
M O
F
c）切削
金属挤压与切削比较
M A
终滑移线
切屑
Φ剪切角
始滑移线：τ=τs
刀具 O
三个变形区分析
➢ 第Ⅰ变形区：即剪切变形区 ，金属剪切滑移，成为切屑。 金属切削过程的塑性变形主要 集中于此区域。
Ⅱ Ⅰ
Ⅲ
➢ 第Ⅱ变形区：靠近前刀面处
k Fc k mFc k krFc k Fc k sFf 0.98 0.921.0 1.0 0.90
kFc kmFc kkrFc k Fc ksFc 0.98 0.92 1.0 1.0 0.90
Fc 1135.7k Fc 1135.7 0.90 1022 (N)
v Pc
Fc c 6 104
校核机床主轴、设计机床部件 及计算刀具强度等必不可少的 参数。
易使工件变形，甚至 可能产生振动，影响
进给力Fx (Ff)
工件的加工精度。是
总切削力在进给方向的分力
进行加工精度分析、
，进给力也作功，但只占总
计算工艺系统刚度以
功的1%～5%。是设计、校核
及分析工艺系统振动
机床进给机构，计算机床进
时，所必须的参数。
切屑形态的转换：
切塑性材料
↓γ0 ↓v ↑ac
带状切屑
↑γ0↑v↓ac 切削平稳，力波动小
加工面光洁，断屑难
↓γ0 ↓v ↑ac
挤裂切屑
单元切屑
↑γ0↑v↓ac
滑移量较大，局部 切削不平稳，力波动大
剪应力达断裂强度 加工表面粗糙，较 少见
切屑形态转换的影响因素： 刀具前角 切削速度
切削层公称厚度 材料塑性
通常将合力F分
2.切削力的分解
切削力Fz(Fc)
解为相互垂直的三个
分力：切削力 Fc 、 进给力 Ff 、背向力 Fp 。
总切削力在主运动方向的分力，
大小约占总切削力的80%～
背向力 Fy（Fp）
90% 。Fc消耗的功率最多，约 占总功率的90%左右，是计算
机床切削功率、选配机床电机、
总切削力在垂直于工 作平面方向的分力， Fp不消耗功率。但容
增大表面粗糙度和导致刀具磨损。
在精加工时应尽可能避免积屑瘤的产生。
4）抑制或消除积屑瘤的措施
➢ 采用低速或高速切削，由于切削速度是通过切削温度
影响积屑瘤的，以切削45钢为例，在低速vc＜3m/min 和较高速度vc≥60m/min范围内，摩擦系数都较小，故
不易形成积屑瘤；
➢ 采用高润滑性的切削液，使摩擦和粘结减少； ➢ 适当减少进给量、增大刀具前角、减小切削变形； ➢ 适当的热处理来提高工件材料的硬度、降低塑性、减
4、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
1）什么是积屑瘤
在一定速度范围下，切削塑性金属材料形成带状切屑时, 常在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘结一些工件材料, 形成 一块硬度很高的楔块，称之为积屑瘤，或称刀瘤。
2）积屑瘤的形成原因
当切屑沿刀具的前刀面流出时，在一定的温度与压力作 用下，与前刀面接触的切屑底层受到很大的摩擦阻力，致使 这一层金属的流出速度减慢，形成一层很薄的“滞流层”。 当前刀面对滞流层的摩擦阻力超过切屑材料的内部结合力时， 就会有一部分金属粘结或冷焊在切削刃附近，形成积屑瘤。
kFc kmFc kkrFc k Fc ksFc
当 b = 630MPa时
k mFc
( σb )nFc 650
( 630)0.75 650
0.98
按kr =75°查表3-4，得 kkrFc 0.92 按o =10°查表3-4，得 k Fc 1.0
按s =-5°查表3-4，得 ksFc 1.0
2）. 变形系数ξ
➢切屑厚度hch与切削层的厚度hD之比称为厚度变 ➢形系数，用ξh 表示，ξh = ach/ac ；
而切削层长度lc与切屑长度lch之比称为长度变
➢形系数，用ξl表示，ξl=lc/lch 。 变形系数越大,切屑越厚越短,切削变形越大。
3、切屑的类型
带状切屑
挤裂切屑
节状切屑
切屑形态照片
➢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。
➢在实际生产中，如果刀具材料和机床性能许可，采用高
速切削，既能提高生产效率，又能减小切削力。
4．切削力经验公式
Fc
CFc
a xFc p
f
yFc
KFc
Fp
CFp
a xFp p
f
yFp
KFp
Ff
CFf
a xFf p
f yFf
KFf
式中 CFc , CFp , CFf —— 与工件、刀具材料有关系数； xFc , xFp , xFf —— 切削深度ap 对切削力影响指数； yFc , yFp , yFf —— 进给量 f 对切削力影响指数； KFc , KFp , KFf —— 考虑切削速度、刀具几何参数、