金属切削原理与刀具教案

2.进给运动刀具与工件之间产生的附加相对运动，以保持切削连续地进行。

图1-1中Vf 是车外圆时纵向进给运动速度，它是连续的。

而横向进给运动则是间断的。

3.切削层切削时刀具切过工件的一个单程所切除的工件材料层。

图1-1中工件旋转一周，刀具从位置Ⅰ移到Ⅱ，切下的Ⅰ与Ⅱ之间工件材料层。

□ABCE 称为切削层公称横截面积。

二、切削用量 金属切削加工时，工件是机械加工过程中被加工对象的总称，任何一个工件都经过由毛坯加工到成品的过程，在这个过程中，切削运动可分为主运动和进给运动两种。

图4-3切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）合称切削用量，又称为切削用量三要素。

车削外圆时的切削用量如图4-3所示。

（1）切削速度υ 刀具切削刃上选定点相对于工件主运动的速度，单位为s m /。

由于切削刃上各点的切削速度可能是不同的，计算时常用最大切削速度代表刀具的切削速度。

外圆车刀车削外圆时的切削速度计算式为：1000nd w πυ=式中w d ——工件待加工表面的直径，（mm ）；n ——工件的转速，（s r /）。

课程金属切削原理与刀具刀具的组成及其主要角度审批签字授课时数 2 授课方法理论教具多媒体授课时间授课班级15SK2教学目的1. 学习刀具几何角度的概念2. 刀具的图示方法3.培养严谨的学习态度教学重点与难点1.重点: 三面两刃一尖2.难点: 角度复习提问切削用量与加工效果之间的关系教学内容、方法和过程安全要求:1.点名考勤，稳定学生情绪，准备上课。

2.课堂教学中，严禁嬉笑打闹睡觉玩手机，认真听讲，不违反课堂纪律，分组讨论听从安排，有事及时向老师报告，并配合老师妥善处置。

一、导入新课切削刀具的组成切削刀具的种类很多，结构也多种多样。

外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，其切削部分（又称刀头）由前面、主后面、副后面、主切削刃、副切削刃和刀尖所组成（图4-4）。

图4-4车刀的组成其定义分别为：（1）前刀面（前面）刀具上与切屑接触并相互作用的表面（2）主后刀面（主后面）刀具上与工件过渡表面相对并相互作用的表面。

（3）副后刀面（副后面）刀具上与工件已加工表面相对并相互作用的表面。

（6）刀尖主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。

它可以是小的直线段EBCD 。

()()()D EBCD ABCD =-A ABE A A 称残留面积，它直接影响已加工表面粗糙度。

三、课堂小结点出重点，分析难点四、作业布置、复习本次课的内容、习题册变形区二、第一变形区（剪切滑移）从OA 线开始金属发生剪切变形，到OM 线金属晶粒的剪切滑移基本结束，AOM 区域称为第一变形区（或剪切区），是切屑变形的基本区，其变形主要特点就是晶粒沿滑移线的剪切变形并随之产生加工硬化。

1、第一变形区内金属的剪切变形过程如图,当被切削层金属中某点P ，向切削刃逼近到达1点时，其切应力达到材料的屈服强度时点1在向前移动的同时，也沿OA 滑移其合成运动将点1流动到2点。

滑移量为2-2′。

随着滑移的产生，切应力将逐渐增大直到4位置，此时其流动方向与前刀面平行，不再沿OM 线滑移。

所以OM 为终滑移线，OA 为始滑移线。

图中的OA 、OM 虚线实际上是等切应力曲线。

第一变形区（剪切滑移） 第二变形区（纤维化）第一变形区（纤维化与加工硬化）在OA 到OM 之间整个变形区内，其变形主要特点就是沿滑移线的剪切变形以及随之产生的加工硬化。

从晶体结构看，就是沿晶格中晶面的滑移。

切削过程中的晶粒滑移见如下图设金属晶粒是圆形，当受到剪切应力后晶格中晶面发生滑移，晶粒呈椭圆形，直径AB 变为椭圆长轴A ′B ′，最后A 〞B 〞成为晶粒纤维化方向。

一般第一变形区的宽度仅为0.02～0.2mm 。

且切削速度愈高，宽度愈小。

因此可将变形区视为一个剪切平面，并把此面称为剪切面。

剪切面和切削速度方向间的夹角叫作剪切角，用φ表示。

2、变形特征1、切削层金属沿滑移面的剪切变形，其变形会深入到切削层以下；2、切削层金属经剪切滑移变成切屑后可产生加工硬化，即切屑的硬度大于工件材料基本的硬度；3、切削层金属经剪切滑移后晶格扭曲，晶粒拉长，即金属组织纤维化；4、切屑厚度ch a 变厚，ch a 大于切削层厚度c a ，剪切变形越大，切屑厚度cha由上式可知，相对滑移大小与剪切角ϕ和前角o γ有关，ϕ和o γ越大，相对滑移越小，切削变形越小。

三、第二变形区（纤维化）第二变形区的变形是指切屑在沿前刀面流动时受前刀面的挤压、摩擦而产生的进一步变形。

这一变形主要集中在和前刀面摩擦的切屑层底面一薄层金属内。

1、变形特征a 、切屑底层靠近前面处流速减慢，甚至滞留在前面上，形成滞留层；b 、切屑底层流经前面时产生的摩擦热使切屑与前面的接触处温度进一步升高达到几百度甚至上千度；c 、切屑底层因摩擦变形而纤维化，底层长度增加，切屑发生向上弯曲，与前面的接触面积减小。

四、第三变形区（纤维化与加工硬化）由于切削刀具的刃口存在圆弧，在切削过程中，除产生第一、二变形区的变形外，切削层金属中有为△ ac 的一层未被切除，而被刀刃圆弧挤压在工件以加工表面上。

这层金属在刀具刃口的作用下产生弹性和塑性变形。

已加工表面在形成过程中，由于刃口和后刀面的挤压和摩擦作用，表层金属组织晶粒被拉长、沿着表层平行的方向纤维化，形成硬化层。

在硬化层的表面，由于塑性变形严重，会产生残余应力。

此切削过程为第三变形区的变形。

此变形直接影响一加工表面的物理力学性质。

o γβπϕ+-=4工件表面晶粒的变形情况如图所示五、影响切削变形的因素 1、工件材料a 、工件材料强度硬度愈高，切屑变形愈小这是因为工件材料强度、硬度愈高，正压力n F 和平均正应力favσ就愈大，因而摩擦系数μ减小，根据及两式可知，μ减小时（βμtan =),剪切角ϕ将增大，于是变形系数ξ将减小。

b 、工件材料的塑性也是影响切屑变形的主要因素。

如碳钢的塑性越大，抗拉强度和屈服强度越低，在较小的应力条件下就开始产生塑性变形。

在相同的切削条件下，工件材料的塑性越大，切削变形就越大。

例如，1Cr18Ni9Ti 和45钢的强度近似，但前者延伸率大得多，切削时切削变形大，易粘刀且不易断屑。

2、切削速度()ϕγϕξsin cos o -=行，这层累积物将连续不断地沿前刀面流出，从而形成了被切除的切屑。

简言之，工件上切削层金属,在刀具前刀面的推挤作用下发生了塑性变形，最后沿某一面剪切滑移形成了切屑。

2. 切屑的种类切屑类型带状切屑节状（挤裂）切屑粒状（单元）切屑崩碎切屑为切削塑性材料的切屑为切削脆性材料的切屑a、带状切屑它的内表面光滑，外表面毛茸。

加工塑性金属材料，当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，一般常得到这类切屑。

它的切削过程平衡，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。

一般加工塑性金属如低碳钢、铜、铝材料时形成此类切屑，必要时需采取断屑措施。

b、节状（挤裂）切屑这类切屑与带状切屑不同之处在外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。

这是由于剪切面上的局部切应力达到材料强度极限的结果。

这种切屑大多在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。

c、粒状（单元）切屑切削塑性材料时，若整个剪切面上的切应力超过了材料断裂强度，所产生的裂纹贯穿切削断面时，挤裂成粒状切屑。

以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到其中，带状切屑的切削过程最平稳，单元切屑的切削力波动最大。

在生产中最常见的是带状切屑，有时得到挤裂切屑，单元切屑则很少见。

假如改变挤裂切屑的条件，如进一步减小刀具前角，减低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到单元切屑。

反之，则可以得到带状切屑。

这说明切屑的形态是可以随切削条件而转化的。

d、崩碎切屑属于脆性材料的切屑。

这种切屑的形状是不规则的，加工表面是凸凹不平的。

从切削过程来看，切屑在破裂前变形很小，和塑性材料的切屑形成机理也不同。

它的脆断主要是由于材料所受应力超过了它的抗拉极限。

加工脆硬材料，如高硅铸铁、白口铁等，特别是当切削厚度较大时常得到这种切屑。

由于它的切削过程很不平稳，容易破坏刀具，也有损于机床，已加工表面又粗糙，因此在生产中应力求避免。

其方法是减小切削厚度，使切屑成针状或片状；同时适当提高切削速度，以增加工件材料的塑性。

带状、粒状、节状、崩碎切屑是四种典型的切屑，但加工现场获得的切屑，其形状是多种多样的。

在现代切削加工中，切削速度与金属切除率达到了很高的水平，切削条件很恶劣，常常产生大量“不可接受”的切屑。

因此是在切削加工中应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。

即所谓的切屑控制（又称切屑处理，工厂中一般简称为“断屑”）。

（四）课堂小结点出重点，分析难点（五）布置作业1、复习本次课的内容2、习题册教学反思本节知识的讲解直接以实习为基础，首先通过同学们分组讨论实习过程中所见到切屑形态，并对此进颜色和形态上的分类。

找出其中的规律，然后引入本节知识内容，并加以总结。

以及正压力有关，与接触面积无关），而是与材料的剪切屈服强度以及粘结面积大小有关。

b 、滑动区:切屑即将脱离前刀面的长度0f l 内，切屑与刀面之间的摩擦为外摩擦2、积屑瘤a 、 在某一切削速度范围内，加工钢料、有色金属等塑性材料时，在切削刃附近的前面上会出现一块高硬度的金属，它包围着切削刃，且覆盖着部分前面，这块硬度很高的金属称作积屑瘤。

积屑瘤的化学成分与工件材料相同，它的硬度是工件材料的2~3.5倍，与刀具前面粘结牢固，能负担实际切削工作，但不稳定，时生时灭，时大时小。

b 、积屑瘤的形成 切削加工时，切屑与前刀面发生强烈摩擦而形成新鲜表面接触。

当接触面具有适当的温度和较高的压力时就会产生粘结（冷焊）。

于是，切屑底层金属与前刀面冷焊而滞留在前刀面上。

连续流动的切屑从粘在刀面的底层上流过时，在温度、压力适当的情况下，也会被阻滞在底层上。

使粘结层逐层在前一层上积聚，最后长成积屑瘤。

所以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。

3、积屑瘤的作用a 、积屑瘤能起到增大实际前角，保护刀刃刃口的作用，减小了刀具磨损；同时，当积屑瘤长到最大值时，实际前角增加，从而减小了切/m s）可从下式求向切屑、刀具、工件和周围介质（空气或切削液）中传散。

当刀具磨损达到一定程度时，切削力明显增大，切削温度升高，加工表面质量明显恶化，此时，必须对刀具进行修磨或更换新刀。

因此，研究刀具磨损的特征和规律，是直接关系到切削生产率，质量和成本的重要问题之一。