影响刀具切削力的因素

影响切屑变形的主要因素
1. 工件材料的力学性能 2.切削用量
（1）切削速度
材料强度越高，塑性越 小，则变形系数越小，切削 变形减小（下面图）。
切削速度是通过积屑瘤的生长消失过程影响切削变形大小的。 在积屑瘤增长的速度范围内 , 因积屑瘤导致实际工作前角增加、
剪切角φ 增大、变形系数减小。 在积屑瘤消失的速度范围内，实际工作前角不断减小、变形系 数ξ 不断上升至最大值，此时积屑瘤完全消失。 （图） 在无积屑瘤的切削速度范围，切削速度愈高，变形系数愈小。 切削铸铁等脆性金属时, 一般不产生积屑瘤。随着切削速度增 大，变形系数逐渐地减小。
b. 切削速度 加工塑性材料时,如下图所示 加工脆性材料时,因塑性变形小,摩擦小,所以影响小.
（三）刀具几何参数对切削力的影响（具体分析见后面的 各页PPT）
1、 前角： γο↑ → Fz↓
2、负倒棱： (负倒棱/进给量) bγ/f ↑ → F↑ 3、主偏角 ： κγ↑→Fy/Fz↓,Fx/Fz↑ 4 、刃倾角 ：λs变化→合力F的方向,λs↓→Fy↑,Fx↓,Fz基本不变
• 1）主偏角kr对切削力Fc的影响较小，影响程度 不超过10%。主偏角kr在60°～75°之间时，切 削力Fc最小。因为还要考虑刀尖圆弧的影响 • 2）主偏角kr对背向力Fp和进给力Ff的影响较大。
• 式中：FD--切削合力F在基面内的分力。 • 可见Fp随kr的增大而减小，Ff则随kr的增大而 增大。
高的强度和硬度,所以切削这种类型的材料时,切削温度比切削其他材料要高得多。
(4)脆性金属的抗拉强度和延伸率都较小,切削过程中切削区的塑性变形很小,切屑 呈崩碎状或脆性带状,与前刀面的摩擦也较小,所以产生的切削热较少,切削温度一
般比切削钢料时低,同切削45钢相比较,切削灰铸铁HT20-40时的切削温度大约低
κr↑→°C↑
主偏角Κr减小时，使切削宽度aw增大， 切削厚度ac减小，故切削温度下降。 要分析切削温度与切削厚度的关系公式 见课本87面，公式（5-20）
3）负倒棱对切削温度的影响
负倒棱bγ1在(0-2)f范围内变化，刀尖圆弧半径re在0-1.5mm范围
内变化，基本上不影响切削温度。 产热增加：因为负倒棱宽度及刀尖圆弧半径的增大，会使塑性变 形区的塑性变形增大， 散热增加：但另一方面这两者都能使刀具的散热条件有所改善， 传出的热量也有所增加，两者趋于平衡，所以对切削温度影响很 小。
3）刀尖圆弧半径对切削力的影响
• 刀尖圆弧半径re增大，使切削刃曲线部 分的长度和切削宽度增大，但切削厚度减 薄，各点的kr减小。所以re增大相当于kr减 小时对切削力的影响。
（4）刃倾角对切削力影响
• 1）刃倾角λs在很大范围（-40°～+40°） 内变化时对切削力Fc没有什么影响。 • 2）刃倾角λs对Fp和Ff影响较大，随着λs 的增大，Fp减小，而Ff增大。
• 其主要原因在于，αp增大一倍时，切削厚度hD 不变，而切削宽度bD 则增大一倍，切削刃上的切削负荷也随之增大一倍，即变形力和摩擦成 倍增加，最终导致了切削力以成倍增加；f增大一倍时，切削宽度bD不 变，只是切削厚度hD增大一倍，平均变形减小，故切削力增加不到一倍。
a.切削深度和进给量
ap的指数xFc≈1，而
4、工件材料对切削温度的影响
(1)工件材料的硬度和强度越高,切削时所消耗的功就越多产生的切削热也多。 (2)合金结构钢的强度普遍高于45钢,而导热系数有一般均低于45钢.所以切削合金
结构时的切削温度一般均高于切削45钢时的切削温度。
(3)不锈钢1cr18Ni9Ti和高温合金GH131不但导热系数低,而且在高温下仍能保持较
图
工件材料强度对变形系数的影响
图
切削速度对变形系数的影响
（2）进给量
当进给量f增大时，切削层厚度hD增 大，切屑的平均变形减小，变形系 数ξ减小(图)。
3.刀具几何参数
（1）前角γ0 前角增大，剪切角φ 增大，而 剪切角越大，则变形系数ξ 减 小。 变形系数与前角之间的关系如 图所示。
(2)刀尖圆弧半径rε 刀尖圆弧半径越大，变形系 数ξ越大，切削变形越大。 （图）

四.切削温度对工件、刀具和切削过程的影响 1.切削温度对工件材料强度和切削力的影响： 不大。
原因:
1)高速切削，变形速度很高，材料强度增加，同 时，切削温度增加，将使材料强度降低，两者综 合，影响不大；
2)切削温度是在切削变形过程中产生的，因此对 剪切面上的应力应变状态来不及产生很大的影响， 只对切屑底层的剪切强度产生影响。
（5）负倒棱对切削力的影响
• 在前刀面上磨出的负倒棱br的宽度与进 给量f之比增大，切削力随之增大。 • 但当切削钢 ， 或切削灰铸铁 时， 切削力趋于稳定，接近于负前角刀具的切 削状态。
(四)刀具材料的影响
• 主要是刀具材料与工件材料的摩擦系数的 影响 • 通常按CBN，陶瓷，涂层硬质合金，高速钢 的顺序切削力依次增大。 • 硬质合金中，按Co增加和TiC减小，摩擦增 加
5、刀尖圆弧半径 ： rε 对 Fy,Fx 影响较大,对Fz影响较小.
（1）前角对切削力的影响 所有刀具角度中，影响最大
• 1）加工塑性材料时，前角γ0增大，变形 系数减小，因此切削力降低； • 2）加工脆性材料（加铸铁、青铜）时， 由于切屑变形很小，所以前角对切削力的 影响不显著。
（2）主偏角对切削力的影响
学成分）
d) 同一种材料热处理状态不同,切削力也不相同。
e) 有色金属的强度低,虽塑性较大,但加工硬化倾向小,所以切
削力较小。
f) 铸铁等脆性材料,塑性小,加工硬化小,形成的是崩碎切屑,
接触小,摩擦力小,所以切削力较小。
• (二)切削用量的影响（重点） • 进给量、背吃刀量增大，二者都会使切削力增大，而实际上 背吃刀量对切削力的影响要比进给量大。
4.利用切削温度自动控制进给量。
各种刀具材料切削不同的工件材料都有一个
最佳切削温度范围。因此，可利用切削温度
来控制机床的转速或进给量，保持切削温度
在最佳范围内，以提高生产率及工件表面质
量。
1）切削速度
切削速度对切削温度有显著的影响,V↑→°C↑
2）进给量
进给量对切削温度有影响,f↑→°C↑
3）切削深度 切削深度对切削温度影响很小.
因此为了有效地控制切削温度以提高度更为有利。
2、刀具几何参数对切削温度的影响 1）前角对切削温度的影响 初期：γο↑→°C↓锋利 后期：γο↑→°C↑散热 2）主偏角对切削温度的影响
(五)切削液的影响
• 切削液具有润滑作用，使得切削力降低。
水容液(冷却为主)影响很小,切削油(润滑为主) 影响较大.
(六)刀具后刀面磨损的影响
• 刀具后刀面磨损带宽愈大，切削力愈大。
• VB对背向力Fp影响最显著。 • 前刀面磨损 • 前后刀面同时磨损
二切削温度
【概念】 指前刀面与切屑接触区内的平均温度。 它由切削热的产生和传出的平衡条件所决定，产生的热 越多，传出的热越慢，切削温度越高，反之，切削温度 越低。 【结论】 凡是增大切削力和切削功率的因素都会使切削温度上升； 有利于切削热传出的因素都会使切削温度降低。
2.对刀具材料的影响：提高切削温度，可提高硬质
合金韧性，不易崩刃，降低磨损；各类刀具材料
在切削各种工件材料时，都有一个最佳切削温度
范围。 3.对工件尺寸精度的影响：主要是工件受热膨胀所 致。

刀杆受热膨胀，切削时实际切削深度增加使直径
减小。

工件受热变长，但因夹固在机床上不能自由伸长
而发生弯曲，车削后工件中部直径变化。


3.在剪切区域中，垂直剪切面方向上的温度梯度很大。
4.在切屑靠近前刀面的一层(简称底层)上温度梯度很 大，离前刀面0.1-0.2mm，温度就可能下降一半。 5.后刀面的接触长度较小，因此温度的升降是在极短 时间内完成的。因此产生热冲击。


6.工件材料塑性越大，则前刀面上的接触长度愈大， 切削温度的分布也就较均匀些；反之，工件材料的脆性愈 大，则最高温度所在的点离刀刃愈近。 7.工件材料的导热系数愈低，则刀具的前、后刀面的 温度愈高。比如切削钛合金。
20%-30%。
5.刀具磨损的影响

刀具磨损越大，切削温度越高 切削速度越大，磨损加剧，温度越大
6.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 很大的关系。从导热性能来看，油类切削液不 如乳化液，乳化液不如水基切削液。

1.剪切面上各点温度几乎相同。 2.前刀面和后刀面上的最高温度都不在刀刃上，而是在离 刀刃有一定距离的地方。原因是摩擦热传递
图
切削厚度与变形系数的关系
图
前角对变形系数的影响
图 刀尖圆弧半径对变形系数的影响
第四节 影响切削力的因素（重点）
• • • • • • 1 2 3 4 5 6 工件材料的影响 切削用量的影响 刀具几何参数的影响 刀具材料的影响 切削液的影响 刀具后刀面磨损的影响
(一)工件材料对切削力的影响 a) 被加工工件材料的强度、硬度越高，则τs越大，虽然变形系 数ξ 有所减小，但总起来切削力还是增大的。 b) 如材料的强度、硬度相同，则塑性（延伸率δ ）、韧性 （冲击值α k）越大，切削力越大。 （加工硬化） c) 在同样热处理状态下,切削合金钢的切削力比碳素钢大。（化
f 的指数yFc=0.75～0.9。 即当ap加大一倍时，Fc约 增大一倍； 而 f 加大一倍时，Fc
只增大68～86%。
• 切削速度对切削力的影响：切削塑性金属时， 在vc<50m/min时，由于积屑瘤的产生与消失， 使刀具前角增大或减小，引起变形系数的变 化，导致了切削力的变化；当vc>50m/min， 切削温度升高，使平均摩擦系数下降，切削 力也随之下降。