第四讲 金属切削过程的基本规律(简)
金属切削过程的基本规律
金属切削过程的基本规律金属切削过程中的变形一、切屑的形成过程1．变形区的划分切削层金属形成切屑的过程就是在刀具的作用下发生变形的过程。
图2-10是在直角自由切削工件条件下观察绘制得到的金属切削滑移线和流线示意图。
流线表明被切削金属中的某一点在切削过程中流动的轨迹。
切削过程中，切削层金属的变形大致可划分为三个区域：（1）第一变形区从OA线开始发生塑性变形，到OM线金属晶粒的剪切滑移基本完成。
OA线和OM线之间的区域（图中Ⅰ区）称为第一变形区。
（2）第二变形区切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维化，基本上和前刀面平行。
这一区域（图中Ⅱ区）称为第二变形区。
（3）第三变形区已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，造成表层金属纤维化与加工硬化。
这一区（图中Ⅲ区）称为第三变形区。
在第一变形区内，变形的主要特征就是沿滑移线的剪切变形，以及随之产生的加工硬化。
OA称作始滑移线，OM称作终滑移线。
当金属沿滑移线发生剪切变形时，晶粒会伸长。
晶粒伸长的方向与滑移方向（即剪切面方向）是不重合的，它们成一夹角ψ。
在一般切削速度范围内，第一变形区的宽度仅为0．02－0．2mm，所以可以用一剪切面来表示（图2－12）。
剪切面与切削速度方向的夹角称作剪切角，以υ表示。
2．切屑的受力分析在直角自由切削的情况下，作用在切屑上的力有：前刀面上的法向力Fn 和摩擦力Ff；剪切面上的正压力Fns和剪切力Fs；这两对力的合力互相平衡，如图2－14所示。
如用测力仪直接测得作用在刀具上的切削分力F c和F p，在忽略被切材料对刀具后刀面作用力的条件下，即可求得前刀面对切屑作用的摩擦角β，进而可近似求得前刀面与切屑间的摩擦系数μ。
二、切削变形程度切削变形程度有三种不同的表示方法，分述如下。
1．变形系数在切削过程中，刀具切下的切屑厚度h ch通常都大于工件切削层厚度h D，而切屑长度l ch却小于切削层长度l c。
金属切削过程中的基本规律
1．刀一屑产生的外摩擦 图3-3峰点型接触 峰点型接触 2．刀一屑产生的内摩擦 ． 紧密型接触 内摩擦 内摩擦
经研究,在切削 的过程中, 经研究 在切削塑性金属的过程中 刀一屑间只
有在很低的切削速度时才存在峰点型接触；产生的 有在很低的切削速度时才存在峰点型接触； 摩擦为外摩擦。而在一般切削速度或切削速度较高 摩擦为外摩擦。而在一般切削速度或切削速度较高
第三章 金属切削过程中的基本规律
§3-1 §3-2 §3-3 §3-4 金属的切削过程 切削力 切削热与切削温度 刀具磨损与刀具寿命
§3-1 金属的切削过程
金属切削过程是刀具从工件表面上切除金属余量， 金属切削过程是刀具从工件表面上切除金属余量， 获得符合要求的已加工表面的过程。 获得符合要求的已加工表面的过程。在这个过程中将 产生许多物理现象， 切削力、切削热、刀具磨损等 产生许多物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损等， 这些均以切削过程中金属的弹、塑性变形为基础。 这些均以切削过程中金属的弹、塑性变形为基础。而 生产实践中出现的积屑瘤 鳞刺、振动等问题 积屑瘤、 等问题， 生产实践中出现的积屑瘤、鳞刺、振动等问题，又都 同切削过程中的变形规律有关。因此， 同切削过程中的变形规律有关。因此，研究和掌握切 削过程中的基本规律，将有利于金属切削技术的发展， 削过程中的基本规律，将有利于金属切削技术的发展， 对合理选择切削用量，提高生产效率， 对合理选择切削用量，提高生产效率，工件的加工质 量和降低生产成本都有重要的意义。 量和降低生产成本都有重要的意义。
金属切削过程的基本规律
o
昆明理工大学机电工程学院 孔令波
2.1.2 切削层金属的变形
假定金属晶粒为圆形，受剪应力后晶格中晶面滑移 ，粒变椭圆形，AB变为长轴AB；随剪应力增大， 晶格纤维化，AB成为纤维化方向 。但纤维化方向
2.1 金 属 切 削 过 程 中 的 变 形
改变切削条件，如大前角，大刃倾角，小切削厚
度，高切削速度，可得到针状切屑或松散的带状 切屑。此时切削过程平稳，已加工表面粗糙度较 小。
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2.1.2 切削层金属的变形
变形区的划分 （以直角自由切削方式切削塑性材料为例） 根据实 验，切 削层金 属在刀 具作用 下变成 切屑大 体可划 分三个 变形区
2.1 金 属 切 削 过 程 中 的 变 形
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2.1.2 切削层金属的变形
变形系数（克赛） 由实验和生产可知，切屑厚度 ach 大于切削层 厚度ac（hD），切屑长度 lch 小于切削层长度 lc （lD）。 变形系数l切削层长度与切屑长度之比
2.1 金 属 切 削 过 程 中 的 变 形
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2.1.1 切屑的种类及变化
崩碎切屑 切削脆性金属材料如灰铸铁时得到的。 产生原因：材料受到拉应力已超过其抗拉强度。 切削力波动甚大，有冲击负荷，已加工表面凹凸 不平。
2.1 金 属 切 削 过 程 中 的 变 形
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2.1.3 刀-屑接触区的变形与摩擦
剪切角与前刀面上摩擦角的关系 前刀面上：法向力Fn和摩擦力Ff； 剪切面上：正压力Fns剪切力Fs 两对力平衡。
金属切削过程的基本规律PPT教案
三、切削力的测量原理
测定切削力大都采用应变片测力仪。 基本原理是在弹性变形元件上贴应变片组成电桥，测量拉压 应力应变。常用八角环式测力仪。
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四、切削力的计算
由实验获得经验公式：
F C a f K ( N) c注①意计：算公Fc式由实xp验F测c 得，式y中Fc的各项应Fc按照实验时的 F C a f K ( N) 单位计算。即：x FapP：mmy，Ffp：mm/r
掌握切削力的变化规律，计算切削力的数值，不仅是设 计机床、刀具、夹具的重要依据，而且对分析、解决切削加 工生产中的实际问题有重要的指导意义。
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第二节 切削力与切削功 率
一、切削力的来源：
1. 工件、切屑的变形抗 力
2. 刀 具 与 切 屑 、 工 件 与刀具之间的摩擦 阻力
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二、切削变形区
4.剪切面： 在一般切削速度下，OA(始滑面 )与OM(终滑面)非常接近(0.02～ 0.2mm)，所以通常用一个平面 OO’来表示这个变形区，该平面 称为剪切面。
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二、切削变形区
5.剪切角： 剪切面与切削速度方向间的夹角 叫做剪切角，用Φ表示。 剪切角的大小反映了剪切变形的 程度，剪切角小则变形大。
负倒棱的影响： br/f
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五、单位切削力
“单位面积上的主切削力”：
KC
Fc AD
Fc f ap
估算切削力：
(N / mm2 )
Fc KC AD KC ap f
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切削力公式比较
对碳钢45材料：
经验公式： Fc 1640 a1p f 0.84 KFc
4.金属切削的基本规律
第四章金属切削的基本规律一．切屑的形成1.切削层变形的实质切削层变形是指切削层在刀具的作用挤压作用下，经过剧烈的变形后形成切屑而脱离工件的过程。
它包括切削层沿滑移面的滑移变形和切屑在前刀面上排出时的滑移变形这两个阶段。
图4-1 塑性金属切削层在刀具作用力F的挤压下，沿着滑移面0M方向（与待加工表面近似成450角度）滑移后形成切屑的。
在形成切屑的过程中，存在着金属的弹性变形和塑性变形。
为了进一步分析变形的特殊规律，通常把切削刃作用部位的金属层划分为三个变形区，见图4-2。
图4-1 切屑过程中的剪切线图4-2 三个变形区第一变形区从OA线开始发生塑性变形，到OM线金属晶粒的剪切滑移基本完成。
从OA线到OM线区域（图中Ⅰ区）称为第一变形区。
第二变形区切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维化，基本上和前刀面平行。
这一区域（图中Ⅱ区）称为第二变形区。
第三变形区已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，造成表层金属纤维化与加工硬化。
这一区域（图中Ⅲ区）称为第三变形区。
这三个变形区各具特点，又存在着相互联系、相互影响。
同时，这三个变形区都在切削刃作用下，是应力比较集中，变化比较复杂的区域。
2.切屑的形成过程在图4-3a中，切削层在作用力F的作用下，使切削刃处的金属首先产生弹性变形，接着产生塑性变形。
塑性变形的表现是使切削层里的金属沿倾斜的剪切面滑移，这一剪切面不是一个平面，而是由许多曲面构成的剪切区。
图中0AB是始滑移面。
由于切屑形成时的速度很快，时间短，0AB与0CD面相距很近，一般约为0.02～0.2mm，所以也可以用一个剪切面（OBC）来表示。
切屑的形成过程（图4-3），可以粗略地看作金属切削层逐步移至剪切面OBC,即面片地产生滑移。
这个过程连续地进行，切削层便连续地通过前刀面转变面切屑。
由此可见，第一变形区就是形成切屑的变形区。
图4-3 切削形成过程3.切屑的类型切削金属时，由于工件材料不同，切削条件不同，切削过程中变形的程度也就不同，所形成的切屑形态多种多样。
金属切削过程的基本规律
2、剪切角Φ ：剪切面与切削速度方向之间的夹角。
45(o) （3-3）
整理ppt
3. 相对滑移ε：滑移距离Δs与单元厚度Δy之比。 ε=Δs/ Δy =NP/MK =(NK+KP)/MK =ctg Φ+ tan(Φ -γ0）
整理ppt
五、前面上摩擦特点
滞流层：接近前刀面的切屑 底层晶粒拉长，形成与前刀 面平行的纤维层，流速很慢， 变形程度非常剧烈。
变形特征：
挤压、摩擦与回弹 金属进入第一变形区 时，晶粒因压缩而变长， 因剪切滑移而倾斜。
金属层接近刀刃时，晶粒更为伸长，成为包围在刀刃周围的 纤维层，最后在O点断裂。 整理ppt
已加工表面的金属纤维被拉伸的又细又长，纤维方向平行于
已加工表面，金属晶粒被破坏，发生了剧烈的塑性变形，产生
加工硬化，表面残余应力，称之为加工变质层。
经过严重塑性变形而使表 面层硬度增高的现象称为 加工硬化亦称冷硬。
硬化程度的指标: •加工硬化程度N •硬化层深度△hD
NH1H10% 0 H
H1是已加工表面显微硬度， H是金属材料基体显微硬度
整理ppt
减轻硬化程度的措施： 1)磨出锋利的切削刃 2)增大前角或后角 3)减小背吃刀量ap 4)合理选用切削液
整理ppt
八、影响切削变形的主要因素
1．加工材料
强度 、硬度
刀-屑面间正压力 、平均正
应则力由σ：avtanF Fn f1 1A Aff11af va f v
(3-4)
45(o)（3-3）
h
cos(o) s in
（3-2）
整理ppt
2．前角γo
前角γo增大，楔角βo减小，切削刃钝圆弧半 径rn减小，切屑流出阻力小，使摩擦系数μ减 小，剪切角φ增大，故切削变形减小。
机制技术(3-1)金属切削过程的基本规律
②、节状切屑：内表面有时有裂纹、外表面呈锯齿形。
节状切屑
金属切削过程的基本规律
㈠、金属切削过程 1、切屑的形成
切屑的类型为：
③、粒状切屑：切屑呈梯形。 产生条件：剪切面上剪切 应力超过了材料的破裂强度。
粒状切屑
金属切削过程的基本规律
㈠、金属切削过程 1、切屑的形成
刀具
金属切削过程的基本规律
㈠、金属切削过程
1、切屑的形成
将刀具推挤切削层金属使其转变为切屑的切 削区域大致分为三个变形区。 第一变形区： ①、沿滑移线剪切变形 ②、随变形产生加工硬化
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
金属切削过程的基本规律
㈠、金属切削过程 1、切屑的形成
将刀具推挤切削层金属使其转变为切屑的切 削区域大致分为三个变形区。
=(FC2+FP2+Ff2)1/2
FP=(0.15～0.7)FC
Ff=(0.10～0.6)FC
金属切削过程的基本规律
㈡、切削力 1、总切削力的分解和切削功率
F
Fc FD Ff
⑵、切削功率
切削功率为：
PC=FCVC/60000
机床主电动机功率为：
PE≥PC/η
式中
C
Fc —— 主切削力（N）； v —— 主运动速度（m/min）。
金属切削过程的基本规律
㈠、金属切削过程 影响积屑瘤的主要因素 ②、切削速度
切削速度对积屑瘤的影响
金属切削过程的基本规律
㈠、金属切削过程 影响积屑瘤的主要因素 ②、切削速度 加工钢时，在Vc≈5～50m/min时，易产生积屑瘤
Vc较低时：切削温度不高，不易产生积屑瘤
项目二金属切削过程的基本规律课件(共83张PPT)
任务1 切削变形
活动一 切削变形的 原理
活动二 影响切削变 形的主要因素
对于上述的金属切削变形过程的三个区域的分 析，我们还可以通过如图2-2所示的简图来进行分析， 此图更为简洁明了的说明了三个区域之间的关系。 在切削过程中除了这三个变形区外，由于切削刀具 刃口不锋利，其钝圆弧半径过大，还会产生刃前变 形区，这样就加剧了刃口前金属层内塑性变形的程 度。
活动二 影响切削变 形的主要因素
任务1 切削变形
活动一 切削变形的 原理
活动二 影响切削变 形的主要因素
二、刀具前角γo 刀具前角对切削变形的影响为：通过上一学习
项目可知，随着刀具前角γo的增大，刀具楔角bo减 小，切削刃钝圆弧半径也随之减小，切屑流出的阻 力变小，使摩擦系数减小，相应的剪切角增大，变 形系数减小，因此，切削变形减小。反之，如果前 角γo减小，甚至变为负前角时，则刀具对切削层的 挤压力增大，剪切角减小，变形剧烈。
一个复杂的变化的过程，所以变形量的计算非常复 杂。本书仅简单介绍变形程度的度量要素，对其表 示方法及其计算过程不作详细说明。为学习切削变 形的规律，通常用相对滑移量、切屑厚度压缩比 （又称变形系数）和剪切角的大小来度量切削变形 的程度。
任务1 切削变形
活动一 切削变形的 原理
活动二 影响切削变 形的主要因素
相对滑移量是指切削层在剪切面上的相对滑移 量；切屑厚度压缩比则表示切屑外形尺寸在切削过 程中的相对变化量；剪切角表示从切屑根部金相组 织中测定的晶格滑移方向与切削速度方向之间的夹 角。这三项度量要素都可以用来定量研究切削变形 过程
任务1 切削变形
活动一 切削变形的 原理
活动二 影响切削变 形的主要
活动二 影响切削变 形的主要因素
金属切削的基本规律
金属切削的基本规律金属切削理论是在生产实践与切削实验中，总结出的关于金属切削过程中基本物理现象变化规律的理论。
这些基本物理现象包括：切削变形、切削力、切削温度和刀具磨损等。
学习并掌握这些规律，以提高切削加工的生产率、加工质量和降低生产成本。
一、切削变形金属切削过程，从实质讲，就是产生切屑和形成已加工表面的过程。
产生切屑和形成已加王表面是金属切削时密切相关的两个方面。
切削变形就是从这两个方面讨论切削过程。
因而学习切削变形是学习其它物理现象的基础。
一、切削方式切削时，当工件材料一定，所产生切屑的形态和形成已加工表面的特性，在很大程度上决定于切削方式。
切削方式是由刀具切削刃和工件间的运动所决定，可分为：直角切削、斜角切削和普通切削三种方式。
二、切削变形概述(一)切屑的基本形态：金属切削时，由于工件材料、刀具几何形状和切削用量不同，会出现各种不同形态的切屑。
但从变形观点出发，可归纳为四种基本形态(如图3—2)。
1.带状切屑切屑呈连续状、与前刀面接触的底层光滑、背面呈毛葺状。
2.挤裂状切屑切屑背面呈锯齿形、内表面有时有裂纹。
3.单元状切屑切削塑性很大的材料，如铅、退火铝、纯铜时，切屑容易在前刀面上形成粘结不易流出，产生很大变形，使材料达到断裂极限，形成很大的变形单元，而成为此类切屑。
4.崩碎状切屑切削脆性材料，如铸铁、黄铜等时，形成片状或粒状切屑。
切削时，在产生带状切屑的过程中，切削力变化较小，切削过程稳定，已加工表面质量好。
但切屑成为很长的带状，影响机床正常工作和工人安全，因而要采取断屑措施;在产生挤裂状和单元状切屑的过程中，切削力有较大的波动，尤其是单元状切屑，在其形成过程中可能产生振动影响加工质量;在切削铸铁时，由于所形成的崩碎状切屑是经石墨边界处崩裂的，因而已加工表面的粗糙度值变大。
(二)积屑瘤在某一定切削速度范围内，切削钢、4～6黄铜、铝合金等材料时，切削刃附近的前刀面上会出现一块堆积物，代替切削刃工作，把这个堆积物称为积屑瘤。
金属切削过程的基本规律及应用PPT课件
金属切削过程
金属切削过程:
是指通过切削运动，使刀具从工件上切下多余的金 属层，形成切屑和已加工表面的过程。
在这一过程中产生了一系列的现象，如切削变形、 切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等。
本节主要研究诸现象的成因、作用和变化规律。掌 握这些规律，对于合理使用与设计刀具、夹具和机床， 保证切削加工质量，减少能量消耗，提高生产率和促
切削变形
取金属内部质点P来分析滑移过程： P点移到1位置时,产生了塑性变形。即在该处剪应力达到 材料的屈服极限,在1处继续移动到1′处的过程中,P点沿最大 剪应力方向的剪切面上滑移至2处,之后同理继续滑移至3、4 处,离开4处后,就沿着前刀面方向流出而成为切屑上一个质点。 在切削层上其余各点,移动至OA线均开始滑移、离开OM 线终止滑移，在沿切削宽度范围内，称OA是始滑移面， OM是终滑移面。OA、OM之间为第Ⅰ变形区。由于切屑 形成时应变速度很快、时间极短，故OA、OM面相距很近， 一般约为0.02～0.2mm，所以常用OM滑移面来表示第一变 形区，OM面亦称为剪切面。OM与切削速度方向的夹角称 为剪切角Φ。
产生滑移变形外，还有挤压、摩擦等作用，Λh 主要从 塑性压缩方面分析；而ε值主要从剪切变形考虑。所以，
ε 与Λh 都只能近似地表示切削变形程度。
切削变形
（2）第二变形区内金属的挤压摩擦变形 经过第一变形区后,形成的切屑要沿前刀面方向排出,还必 须克服刀具前刀面对切屑挤压而产生的摩擦力。切屑在受前 刀面挤压摩擦过程中进一步发生变形(第二变形区的变形)这 个变形主要集中在与前刀面摩擦的切屑底面一薄层金属里,表 现为该处晶粒纤维化的方向和前刀面平行。这种作用离前刀 面愈远影响愈小。 切屑形成模型只考虑剪切面的滑移,实际上由于第二变形区 的挤压,这些单元底面被挤压伸长,从平行四边形变成梯形，造 成了切屑的弯曲。应指出,第一变形区与第二变形区是相互关 联的。前刀面上的摩擦力大时,切屑排出不顺,挤压变形加剧, 以致第一变形区的剪切滑移变形增大。
金属切削过程的基本规律
2.积屑瘤
(3)积屑瘤的影响因素： 1)工件材料的塑性； 2)切削速度； 3)刀具前角； 4)冷却润滑条件。
2.积屑瘤
(1)工件材料
影响切屑变形的主要因素
工件材料强度对切屑变形的影响 软钢，如15钢 中硬钢，如30钢 硬钢，如T12钢
3.影响切屑变形的主要因素
刀具前角
3.影响切屑变形的主要因素
切削速度
3.影响切屑变形的主要因素
进给量
( f )
2.2.2 切削力
总切削力F
2.2.2 切削力
Vc Vf 主切削力Fc
2014
2015
2016
2.2.2 切削力
1.总切削力的分解和切削功率 (1)总切削力的分解
Vc
Vf
2.2.2 切削力
1.总切削力的分解和切削功率 (1)总切削力的分解 Vc Vf
3
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下，增大f 比增大asp更为有利。
影响切削力的因素
01
02
3.影响切削力的因素
切削用量对切削力的影响。 切削速度Vc对切削力的影响;
切削塑性材料时
3.影响切削力的因素
切削用量对切削力的影响。 切削速度Vc对切削力的影响;
4.刀具寿命
定义 刃磨或换刃后的刀具，自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间，称为刀具寿命，符号用T，单位用min或s。
4.刀具寿命
式中，Cv、CT是与切削条件有关的常数；m、n、p为指数．其值为：
(2)刀具寿命与切削用量的关系
4.刀具寿命
(2)刀具寿命与切削用量的关系
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Fp
Fp
Metal Cutting & Machine Tools
切削力分析
切削合力及其分解
2）进给力Fx (轴向力Ff ) —进给方向的分力。进给力常用以设计机床 进给机构或校核其强度。
Ff Fd
Fp Fd Ff
Fp
Metal Cutting & Machine Tools
切削力分析
切削合力及其分解
Metal Cutting & Machine Tools
切削变形与切屑形成过程
第一变形区
塑性变形从始滑移面OA开始至终滑移面OM终了，之间 形成AOM塑性变形区，由于塑性变形的主要特点是晶 格间的剪切滑移，所以AOM叫剪切区，也称为第一变 形区(Ⅰ)
特点：沿滑移线的剪切滑移变形
和加工硬化。一般第一变形区AOM的 宽度很窄，仅为0.02～0.2mm。
3.
4.
减小背吃刀量；
合理选用切削液；
Metal Cutting & Machine Tools
切削变形与切屑形成过程
影响切削变形的主要因素
材料
硬度、强度增高，正压力增大，摩擦因数减小，
剪切角增加，因此变形减小。
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切削变形与切屑形成过程
切削变形与切屑形成过程
切削变形程度表示方法
相对位移量ε
S y ct g tan( 0 )
Metal Cutting & Machine Tools
切削变形与切屑形成过程
切削变形程度表示方法
切削厚度压缩比Λh
lD hch h 1 lch hD
Metal Cutting & Machine Tools
切削变形与切屑形成过程
影响切削变形的主要因素
切削速度Vc
在高速时，由于切削层受力小，切削速度又快，切削变 形不充分而使切屑变形减小。
Metal Cutting & Machine Tools
切削力分析
切削力来源，合力及分解
抗力：
1、克服被加工材料对弹性变形的抗力 2、克服被加工材料对塑性变形的抗力
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切削变形与切屑形成过程
第一变形区
剪切角φ ：剪切面和切削速度方向的夹角。 φ值小， 反映剪切变形的程度大
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切削变形与切屑形成过程
第二变形区
切屑沿刀具前面排出时会进一步受到前刀面的阻碍， 在刀具和切屑界面之间存在强烈的挤压和摩擦，使切 屑底部靠近前刀面处的金属发生“纤维化”的二次变 形，其方向基本上和前面相平行。 此区域称为第二变形区（Ⅱ）
被加工材料 切削用量 刀具几何参数
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切削力分析
切削力影响因素
被加工材料
1、材料硬度、强度高，其剪切屈服强度就越高。 切削力也大。
2、材料塑性、韧性高，切削变形越大，切屑与刀 面间的摩擦增加，切削力也越大。
3、脆硬材料切削时，变形小，摩擦力小，故产生 的切削力也小。
金属切削与机床
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第四讲
金属切削过程的基本规律
切削变形与切屑形成过程
刀屑间摩擦与积屑瘤 已加工表面变形与硬化
影响切削变形的因素
切削力分析 切削热与切削温度 刀具磨损与刀具寿命
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切削变形与切屑形成过程
积屑瘤
定义：由切屑堆积在刀具前刀面靠近切削刃处 的一个硬楔块，它位于第二变形区内。
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切削变形与切屑形成过程
积屑瘤
形成原因：
切削塑性金属时，切削层受 到前刀面的挤压和摩擦，当挤 压力和温度达到一定的程度时 ，就产生“冷焊”现象。切屑 流过与刀具粘附的底层时，产 生内摩擦，这时底层上面金属 出现加工硬化，并与底层粘附 在一起，逐渐长大，成为积屑 瘤。
概 述
金属切削规律的四个基本内容
切削变形——分析切削过程机理的基础 切削力——设计机床、夹具的主要依据 切削温度——影响刀具磨损与寿命 切削磨损——降低成本、保证加工质量
上述内容均会影响零件的质量、加工效 率成本，主要分析掌握切削用量与刀具角度 对上述内容的影响与计算方法。
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切削变形与切屑形成过程
挤裂切屑 产生条件：加工塑性材料，切削速度较低，切削 厚度较大，刀具前角较小 形态特征：内表面有时有裂纹，外表面呈锯齿形 是毛葺的
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切削变形与切屑形成过程
单元切屑 产生条件：改变挤裂切屑条件，进一步减小刀 具前角，减低切削速度，或加大切削厚度 形态特征：梯形单元切屑
切屑类型
带状 切屑
挤裂 切屑
单元 切屑
崩碎 切屑
Metal Cutting & Machine Tools
切削变形与切屑形成过程
带状切屑 产生条件：加工塑性材料，切削速度较高，切 削厚度较小，刀具前角较大 形态特征：内表面是光滑的，外表面是毛葺的
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切削变形与切屑形成过程
切削变形的力学本质：
工件材料受挤压而产生剪切滑移的塑性变形。
金属的压缩与切削
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切削变形过程示意图
刀
具
工
件
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切削变形与切屑形成过程
金属切削过程中的流线与三个变形区
切削变形与切屑形成过程
积屑瘤
影响积屑瘤大小的因素：
3、切削速度v
切削速度高或低都不易产生。
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切削变形与切屑形成过程
积屑瘤
积屑瘤对切削过程的影响：
1. 实际切削前角增大； 2. 实际切削厚度增加；
3. 加工表面粗糙度增加；
4. 影响刀具寿命
hch OM cos( o ) h hD OM sin cos o cot sin o
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切削变形与切屑形成过程
切削变形程度表示方法
切削厚度压缩比Λh与相对滑移的关系。
2 h 2 h sin o 1 h cos o
影响切削变形的主要因素
前角γo
前角增加->楔角减小->切削刃圆弧半径减小 ->剪切角增加->变形减小
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切削变形与切屑形成过程
影响切削变形的主要因素
进给量f
进给量增加->切削厚度增加->正压力增加->摩擦因数减小 ->切屑厚度压缩比减小->切削变形小
切削功率是各切削分力消耗功率的总和。
P c ( FZ vc
机床额定功率：
Fx nw f 1000
) 10
3
( KW )
PE
Pc
( KW )
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切削力分析
切削力测量
间接测量法——电功率法
直接测量法——测力仪法
按工作原理的不同，可分为机械式、电阻式、电感式、 压电式等。目前使用较为普遍的是电阻应变式测力仪。压电 式测力精度高，但价格昂贵。
弹性 压力
摩擦力：
塑性 压力 摩擦力
1、克服切屑对前刀面的摩擦力 2、克服后刀面对过度表面与已加工表面的摩擦 弹性 压力 力
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塑性 压力
切削力分析
切削合力及其分解
1）切深抗力Fy（背向力Fp）—切深方向的分力；背向力虽不作功，但 能使工件变形或造成振动，对加工精度和已加工表面质量影响较大。
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切削变形与切屑形成过程
切削变形程度表示方法
切削过程中，切削层金属变形主要表现在剪切 面上的剪切滑移，其次表现在切屑的收缩、卷曲和 加工过程中的硬化。变形程度的度量方法一般用相 对滑移ε、切削厚度压缩比Λh和剪切角Φ表示。
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切削变形与切屑形成过程
崩碎切屑 产生条件：加工脆性材料 形态特征：切屑形状不规则，加工表面凹凸不 平
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切削变形与切屑形成过程
刀—屑面间摩擦区