机械制造技术第一章 金属切削原理
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一、刀具几何角度 二、刀具材料
一、刀具几何角度
(一)刀具切削部分的结构要素 (二)刀具标注角度的参考系 (三)刀具标注角度 (四)刀具工作角度
(一)刀具切削部分的结构要素
刀具切削部分的组成
图2-3 车刀的组成
(二)刀具标注角度的参考系
刀具角度的参考平面
图2-5 确定车刀角度的参考平面
(三)刀具标注角度
• =NP / MK = (NK+KP) / MK = ctg + tg(-0)
cos o
sin cos( o )
剪切变形示意图
四、前刀面上的摩擦
切削塑性材料时刀屑接触区的摩 擦示意图。可见，刀屑接触面分 两个区域：粘结区和滑动区。
切屑与前刀面摩擦示意图
四、前刀面上的摩擦
切削加工中的工件表面
图2-1 外圆车削运动和加工表面
二、切削用量
图2-1 切削运动与切削表面
(1)切削用量
1)切削速度vc 2)进给量f
3)背吃刀量（切削深度）
αp
三、切削层参数
图2-2 切削用量与切削层数
(2)切削层几何参数
1) 切削宽度αw 2)切削厚度αc 3)切削面积Ac
第二节 刀具的几何角度与材料
• 变形系数l切削层长度与切屑长 度之比
•
l = lc/ lch
a = ach/ ac
• 忽略切屑宽度的变化，有a=l=
• 变形系数能直观反映切屑的
变形程度，且容易求得，生产中
常用。
变形系数来自百度文库法
三、变形系数和剪应变
• 按剪应变即相对滑移关系有
• = s / y， 而 s = NP，y = MK故
第二章 金属切削原理
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节
概述 刀具的几何角度与材料 金属切削过程 切削力、切削热和切削温度 刀具磨损和刀具使用寿命 材料的切削加工性 切削条件的合理选择 磨削与砂轮
第一节 概 述
一、切削运动与切削加工表面 二、切削用量 三、切削层参数
一、切削运动与切削加工表面
一、切屑的形成过程
第二变形区 （挤压摩擦区）
切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦， 使靠近前刀面的金属纤维化，基本与前刀面平行。
第三变形区 （挤压摩擦回弹区）
已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩 擦，产生变形与回弹，造成纤维化和加工硬化。
刃前区：三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应力集
图2-6 车刀的主要角度
(1)前角γo (2)后角αo (3)主偏角κr (4)副偏角κr (5)刃倾角λs
(四)刀具工作角度
以切削过程中实际的切削平面、基面和 正交平面为参考平面所确定的刀具角度称 为刀具的工作角度，又称实际角度。
1)刀具安装位置对工作角度的影响
图2-8 a)刀尖高于工件轴线 b)刀尖低于工件轴线
第三节 金属切削过程
一、切屑的形成过程 二、剪切角的计算 三、变形系数和剪应变 四、前刀面上的摩擦 五、积屑瘤的形成与控制 六、影响切削变形的因素 七、切屑的种类
一、切屑的形成过程
第一变形区 （剪切滑移区）
OA—始滑移线 OM—终滑移线
变形的主要特征： 剪切滑移变形 加工硬化
一般速度范围内Ⅰ区 宽度为0.02～0.2mm， 速度越高，宽度越小， 可看作一个剪切平面
粘结区并非一般的外摩擦，而是粘结层 金属与相邻切屑较上层之间的晶粒相对 剪切滑移，属内摩擦。
单位切向力 = 材料的剪切屈服极限s
四、前刀面上的摩擦
• 滑动区外摩擦
单位切向力由 s 逐渐减小到0。 刀屑接触面上正应力 在刀尖处
最大，逐渐减小到0。
四、前刀面上的摩擦
影响前刀面摩擦系数的主要因素
(四)刀具工作角度
图2-9 (θ为切削时刀杆纵向轴线的偏转角)
(四)刀具工作角度
2)进给运动对工作角度的影响
图2-11 横向进给运动对工作角度的影响 图2-10 纵向进给运动对工作角度的影响
二、刀具材料
(一)刀具材料应具备的基本性能 (二)常用刀具材料 (三)其他刀具材料
(一)、刀具材料应具备的性能
，
刀具前刀面的摩擦特性
法应力
=s
剪应力，=
O
A
B
刀具
四、前刀面上的摩擦
OA—粘结区（内摩擦区）：摩擦系数是变化的 AB—滑动区（外摩擦区）：摩擦系数是常数
Ff s Fn av
四、前刀面上的摩擦
粘结区内摩擦
切塑性金属时，切屑与前刀面间高温(几 百度)、高压（2-3GPa）使切屑底部与 前刀面间发生粘结，亦称“冷焊”；
1. 2. 3. 4. 5. 6.良好的热物理性能和耐热冲击性能
(二)、常用的刀具材料
1. 碳素工具钢是含碳量最高的优质钢（碳的质 量分料为0.7%～1.2%），如T10A。
2. 又称为锋钢或风钢，它是含有较多W、Cr、V 合金元素的高合金工具钢，如W18Cr4V。 3.硬质合金 它是以高硬度、高熔点的金属碳化物（WC， TiC）为基体，以金属Co，Ni等为粘结剂，用粉末 冶金方法制成的一种合金。
中而复杂，被切削层在此与工件本体材料分离
二、剪切角的计算
• (1) 剪切角
• 在相同切削条件下，剪 切角越大，剪切面积越
小，切屑厚度越小，变 形越小。
• 剪切角可采用快速落刀
实验获得切屑根部照片
o
再测量得到。
三、变形系数和剪应变
• 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，切屑长度 lch 小于切削层长度 lc。
工件材料：强度硬度增大， 减小
切削厚度：切削厚度增大， 减小
切削速度： 低速，V大， 越大；高速，V大， 越小
刀具前角：o 增大， 越大
Ff s
Fn
av
五、积屑瘤的形成与控制
(三)、其他刀具材料
陶瓷是以氧化铝（Al2O3）或氮化硅（Si3N4）等为 主要成分，经压制成形后烧结而成的刀具材料。陶瓷 的硬度高、化学性能高、耐氧化，所以被广泛用于高 速切削加工中。但由于其强度低、韧性差，长期以来 主要用于精加工。
陶瓷刀具与传统硬质合金刀具相比，具有以下优 点：①可加工硬度高达65HRC的高硬度难加工材料； ②可进行扒荒粗车及铣、刨等大冲击间断切削；③耐 用度可提高几倍至几十倍；④切削效率提高3-10倍，
一、刀具几何角度
(一)刀具切削部分的结构要素 (二)刀具标注角度的参考系 (三)刀具标注角度 (四)刀具工作角度
(一)刀具切削部分的结构要素
刀具切削部分的组成
图2-3 车刀的组成
(二)刀具标注角度的参考系
刀具角度的参考平面
图2-5 确定车刀角度的参考平面
(三)刀具标注角度
• =NP / MK = (NK+KP) / MK = ctg + tg(-0)
cos o
sin cos( o )
剪切变形示意图
四、前刀面上的摩擦
切削塑性材料时刀屑接触区的摩 擦示意图。可见，刀屑接触面分 两个区域：粘结区和滑动区。
切屑与前刀面摩擦示意图
四、前刀面上的摩擦
切削加工中的工件表面
图2-1 外圆车削运动和加工表面
二、切削用量
图2-1 切削运动与切削表面
(1)切削用量
1)切削速度vc 2)进给量f
3)背吃刀量（切削深度）
αp
三、切削层参数
图2-2 切削用量与切削层数
(2)切削层几何参数
1) 切削宽度αw 2)切削厚度αc 3)切削面积Ac
第二节 刀具的几何角度与材料
• 变形系数l切削层长度与切屑长 度之比
•
l = lc/ lch
a = ach/ ac
• 忽略切屑宽度的变化，有a=l=
• 变形系数能直观反映切屑的
变形程度，且容易求得，生产中
常用。
变形系数来自百度文库法
三、变形系数和剪应变
• 按剪应变即相对滑移关系有
• = s / y， 而 s = NP，y = MK故
第二章 金属切削原理
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节
概述 刀具的几何角度与材料 金属切削过程 切削力、切削热和切削温度 刀具磨损和刀具使用寿命 材料的切削加工性 切削条件的合理选择 磨削与砂轮
第一节 概 述
一、切削运动与切削加工表面 二、切削用量 三、切削层参数
一、切削运动与切削加工表面
一、切屑的形成过程
第二变形区 （挤压摩擦区）
切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦， 使靠近前刀面的金属纤维化，基本与前刀面平行。
第三变形区 （挤压摩擦回弹区）
已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩 擦，产生变形与回弹，造成纤维化和加工硬化。
刃前区：三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应力集
图2-6 车刀的主要角度
(1)前角γo (2)后角αo (3)主偏角κr (4)副偏角κr (5)刃倾角λs
(四)刀具工作角度
以切削过程中实际的切削平面、基面和 正交平面为参考平面所确定的刀具角度称 为刀具的工作角度，又称实际角度。
1)刀具安装位置对工作角度的影响
图2-8 a)刀尖高于工件轴线 b)刀尖低于工件轴线
第三节 金属切削过程
一、切屑的形成过程 二、剪切角的计算 三、变形系数和剪应变 四、前刀面上的摩擦 五、积屑瘤的形成与控制 六、影响切削变形的因素 七、切屑的种类
一、切屑的形成过程
第一变形区 （剪切滑移区）
OA—始滑移线 OM—终滑移线
变形的主要特征： 剪切滑移变形 加工硬化
一般速度范围内Ⅰ区 宽度为0.02～0.2mm， 速度越高，宽度越小， 可看作一个剪切平面
粘结区并非一般的外摩擦，而是粘结层 金属与相邻切屑较上层之间的晶粒相对 剪切滑移，属内摩擦。
单位切向力 = 材料的剪切屈服极限s
四、前刀面上的摩擦
• 滑动区外摩擦
单位切向力由 s 逐渐减小到0。 刀屑接触面上正应力 在刀尖处
最大，逐渐减小到0。
四、前刀面上的摩擦
影响前刀面摩擦系数的主要因素
(四)刀具工作角度
图2-9 (θ为切削时刀杆纵向轴线的偏转角)
(四)刀具工作角度
2)进给运动对工作角度的影响
图2-11 横向进给运动对工作角度的影响 图2-10 纵向进给运动对工作角度的影响
二、刀具材料
(一)刀具材料应具备的基本性能 (二)常用刀具材料 (三)其他刀具材料
(一)、刀具材料应具备的性能
，
刀具前刀面的摩擦特性
法应力
=s
剪应力，=
O
A
B
刀具
四、前刀面上的摩擦
OA—粘结区（内摩擦区）：摩擦系数是变化的 AB—滑动区（外摩擦区）：摩擦系数是常数
Ff s Fn av
四、前刀面上的摩擦
粘结区内摩擦
切塑性金属时，切屑与前刀面间高温(几 百度)、高压（2-3GPa）使切屑底部与 前刀面间发生粘结，亦称“冷焊”；
1. 2. 3. 4. 5. 6.良好的热物理性能和耐热冲击性能
(二)、常用的刀具材料
1. 碳素工具钢是含碳量最高的优质钢（碳的质 量分料为0.7%～1.2%），如T10A。
2. 又称为锋钢或风钢，它是含有较多W、Cr、V 合金元素的高合金工具钢，如W18Cr4V。 3.硬质合金 它是以高硬度、高熔点的金属碳化物（WC， TiC）为基体，以金属Co，Ni等为粘结剂，用粉末 冶金方法制成的一种合金。
中而复杂，被切削层在此与工件本体材料分离
二、剪切角的计算
• (1) 剪切角
• 在相同切削条件下，剪 切角越大，剪切面积越
小，切屑厚度越小，变 形越小。
• 剪切角可采用快速落刀
实验获得切屑根部照片
o
再测量得到。
三、变形系数和剪应变
• 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，切屑长度 lch 小于切削层长度 lc。
工件材料：强度硬度增大， 减小
切削厚度：切削厚度增大， 减小
切削速度： 低速，V大， 越大；高速，V大， 越小
刀具前角：o 增大， 越大
Ff s
Fn
av
五、积屑瘤的形成与控制
(三)、其他刀具材料
陶瓷是以氧化铝（Al2O3）或氮化硅（Si3N4）等为 主要成分，经压制成形后烧结而成的刀具材料。陶瓷 的硬度高、化学性能高、耐氧化，所以被广泛用于高 速切削加工中。但由于其强度低、韧性差，长期以来 主要用于精加工。
陶瓷刀具与传统硬质合金刀具相比，具有以下优 点：①可加工硬度高达65HRC的高硬度难加工材料； ②可进行扒荒粗车及铣、刨等大冲击间断切削；③耐 用度可提高几倍至几十倍；④切削效率提高3-10倍，