第三章金属切削基本理论
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《金属切削原理与刀具》知识点总结
《金属切削原理与刀具》知识点总结第一章金属切削原理金属切削原理是金属切削工艺的基础，本章主要介绍了金属切削的基本原理，包括金属切削过程、刀具与被切削材料接触形式、切削能量与热力学原理、切削硬度与切削力的关系等。
第二章刀具材料与结构刀具材料与结构对切削加工的质量和效率有重要影响，本章主要介绍了刀具材料的选择与评价，以及刀具的结构与分类。
刀具材料的选择包括一般刀具材料、质子刀具材料和陶瓷刀具材料等。
第三章切削力分析与测定切削力是切削加工过程中的重要参数，正确定量和测定切削力对于提高切削加工的效率和质量至关重要。
本章主要介绍了切削力的分析与计算方法，以及切削力的测定方法，包括间隙力法、应力传感器法、功率法和应力波法等。
第四章刨削刨削是一种通过切削工具的多齿切削运动将金属材料切割成所需形状和尺寸的加工方法。
本章主要介绍刨削的工艺流程、刨削用刀具和切削参数的选择，以及刨削的切削力分析与测定方法。
第五章车削车削是一种利用车床刀具进行切削的加工方法，广泛应用于金属加工领域。
本章主要介绍了车削的工艺流程、车削刀具的选择和切削参数的确定，以及车削的主要工艺规律和效果评定方法。
第六章铣削铣削是一种通过旋转刀具进行切削的加工方法，广泛应用于金属加工和模具制造等领域。
本章主要介绍了铣削的工艺流程、铣削刀具的选择和切削参数的确定，以及铣削中的刀具磨损与刀具寿命评价方法。
第七章钻削钻削是一种利用钻头进行切削的加工方法，广泛应用于孔加工和螺纹加工等领域。
本章主要介绍了钻削的工艺流程、钻头的选择和切削参数的确定，以及钻削中的刀具磨损与刀具寿命评价方法。
第八章线切割线切割是一种利用细金属丝进行切削的加工方法，主要用于金属板材的切割。
本章主要介绍了线切割的工艺流程、线切割刀具的选择和切削参数的确定，以及线切割中的切削质量评价方法和切削速度对切割效果的影响。
此外，本书还包括金属切削中的润滑与冷却、数控机床中的刀具管理、切削机床中的刀具装夹等内容，为读者提供了全面的金属切削工艺和刀具知识。
金属切削基本知识课件
非正常磨损
由于切削参数不当或切削材料中含有杂质等原因，导致刀具快速磨 损或破损。
破损形式
包括崩刃、卷刃和断裂等，可能是由于刀具材料缺陷或使用不当所 致。
03
金属切削过程
切屑的形成与控制
切屑的形成
金属切削过程中，刀具对工件材料施 加压力，使材料发生剪切滑移，形成 切屑。切屑的形状和大小取决于工件 材料、刀具几何形状和切削用量。
金属切削是一种高效、高精度的加工 方式，广泛应用于机械制造、航空航 天、汽车、模具等领域。
金属切削的分类
根据切削方式
01
可分为车削、铣削、钻削、磨削等。
根据切削用量
02
可分为高速切削和低速切削。
根据切削液
03
可分为干切削和湿切削。
金属切削的原理
切削力
在切削过程中，刀具切入工件时产生的切削力， 是切削过程中的主要作用力。
切削热
由于切削过程中摩擦和变形产生的热量，会导致 刀具和工件温度升高。
切屑形成
在切削过程中，多余的金属材料形成切屑，从工 件上切除。
02
金属切削刀具
刀具的种类
车刀
主要用于车削加工，包括外圆 车刀、内圆车刀、端面车刀等
。
铣刀
用于铣削加工，包括平面铣刀 、圆柱铣刀、键槽铣刀等。
钻头
主要用于钻孔加工，包括直柄 钻头、锥柄钻头等。
磨削加工技术
定义
磨削加工是利用磨床对金属工件进行切削加工的方法。
特点
磨削加工可以获得较高的加工精度和表面质量，适用于各种硬质合 金、淬火钢等高硬度材料的加工。
应用
在机械制造中，磨削加工广泛应用于各种刀具、模具、量具等精密零 件的加工。
06
由于切削参数不当或切削材料中含有杂质等原因，导致刀具快速磨 损或破损。
破损形式
包括崩刃、卷刃和断裂等，可能是由于刀具材料缺陷或使用不当所 致。
03
金属切削过程
切屑的形成与控制
切屑的形成
金属切削过程中，刀具对工件材料施 加压力，使材料发生剪切滑移，形成 切屑。切屑的形状和大小取决于工件 材料、刀具几何形状和切削用量。
金属切削是一种高效、高精度的加工 方式，广泛应用于机械制造、航空航 天、汽车、模具等领域。
金属切削的分类
根据切削方式
01
可分为车削、铣削、钻削、磨削等。
根据切削用量
02
可分为高速切削和低速切削。
根据切削液
03
可分为干切削和湿切削。
金属切削的原理
切削力
在切削过程中，刀具切入工件时产生的切削力， 是切削过程中的主要作用力。
切削热
由于切削过程中摩擦和变形产生的热量，会导致 刀具和工件温度升高。
切屑形成
在切削过程中，多余的金属材料形成切屑，从工 件上切除。
02
金属切削刀具
刀具的种类
车刀
主要用于车削加工，包括外圆 车刀、内圆车刀、端面车刀等
。
铣刀
用于铣削加工，包括平面铣刀 、圆柱铣刀、键槽铣刀等。
钻头
主要用于钻孔加工，包括直柄 钻头、锥柄钻头等。
磨削加工技术
定义
磨削加工是利用磨床对金属工件进行切削加工的方法。
特点
磨削加工可以获得较高的加工精度和表面质量，适用于各种硬质合 金、淬火钢等高硬度材料的加工。
应用
在机械制造中，磨削加工广泛应用于各种刀具、模具、量具等精密零 件的加工。
06
第三章 常用金属切削加工方法ppt课件
2）铰刀比扩孔钻齿数多，导向好，芯部直径大，刚 性好，且修光刃具有导向、修光、校准孔的作用， 刀具制造精度较高。
精度可达IT9～IT6，Ra1.6 ～0.4 m。
在实际生产中,钻_扩_铰是较精密孔的典型加工工艺
（三）镗孔
在镗床上完成孔加工的过程，叫镗孔。
工件安装在工作台上，工作台可作横向和纵向进给， 并能旋转任意角度。镗刀装在主轴或转盘的径向刀 架上，通过主轴箱可使主轴获得旋转主运动、轴向 进给运动，主轴箱还可沿立柱导轨上下移动。
主要用于加工小型零件，单件小批量生产， 在维修车间和模具车间应用较多
（二）龙门刨床 1．龙门刨床因有一个“龙门”式的框架结构而
得名，用于加工大型或重型工件，也可以多 个工件同时加工。 2．切削主运动虽然还是直线往复运动，但它是 由工件来完成的，刨刀只作进给运动。
3．特点：传动平稳、操作方便、适应性强，加工精 度高、生产率较高等。
各种安装方法的特点和应用
二、车削的工艺特点
1、易于保证加工面间的位置精度 2、切削过程平稳 3、生产率高 4、应用范围广 5、刀具简单
三、车削的应用
（一）车削外圆
1、一般外圆面的车削
2、特殊外圆面的车削
（1）细长轴的车削
1）顶尖安装配合中心架或跟刀架做为附加支承，以 增加细长轴的刚性，减少由于刚性不足产生的加工缺 陷 2）采用90°主偏刀，并配合3°左右的正刃倾角，以 减少径向分力
2） 精度和表面质量要求较高的孔，或内表面 形状特殊的孔需用钻孔作为预加工工序。
3）内螺纹攻螺纹前所需底孔
2．立式钻床
由电动机把原动力经主轴 变速箱传给主轴，使主轴 带动钻头旋转。同时也把动 力传给进给箱，使主轴自动 作轴向进给运动。搬动手 柄，也可实现手动进给。进 给箱和工作台可沿立柱导轨上 下，移动以适应各种尺寸 工件的加工。
精度可达IT9～IT6，Ra1.6 ～0.4 m。
在实际生产中,钻_扩_铰是较精密孔的典型加工工艺
（三）镗孔
在镗床上完成孔加工的过程，叫镗孔。
工件安装在工作台上，工作台可作横向和纵向进给， 并能旋转任意角度。镗刀装在主轴或转盘的径向刀 架上，通过主轴箱可使主轴获得旋转主运动、轴向 进给运动，主轴箱还可沿立柱导轨上下移动。
主要用于加工小型零件，单件小批量生产， 在维修车间和模具车间应用较多
（二）龙门刨床 1．龙门刨床因有一个“龙门”式的框架结构而
得名，用于加工大型或重型工件，也可以多 个工件同时加工。 2．切削主运动虽然还是直线往复运动，但它是 由工件来完成的，刨刀只作进给运动。
3．特点：传动平稳、操作方便、适应性强，加工精 度高、生产率较高等。
各种安装方法的特点和应用
二、车削的工艺特点
1、易于保证加工面间的位置精度 2、切削过程平稳 3、生产率高 4、应用范围广 5、刀具简单
三、车削的应用
（一）车削外圆
1、一般外圆面的车削
2、特殊外圆面的车削
（1）细长轴的车削
1）顶尖安装配合中心架或跟刀架做为附加支承，以 增加细长轴的刚性，减少由于刚性不足产生的加工缺 陷 2）采用90°主偏刀，并配合3°左右的正刃倾角，以 减少径向分力
2） 精度和表面质量要求较高的孔，或内表面 形状特殊的孔需用钻孔作为预加工工序。
3）内螺纹攻螺纹前所需底孔
2．立式钻床
由电动机把原动力经主轴 变速箱传给主轴，使主轴 带动钻头旋转。同时也把动 力传给进给箱，使主轴自动 作轴向进给运动。搬动手 柄，也可实现手动进给。进 给箱和工作台可沿立柱导轨上 下，移动以适应各种尺寸 工件的加工。
金属切削原理与刀具练习题111
金属切削原理与刀具练习题第一章刀具的基本定义切削运动和切削用量一、填空1.将工件上的被切削层转化成切屑所需要的运动是。
2.切削加工时与的相对运动称为切削运动。
3.切削运动分为和两类。
4.工件在切削过程中形成三个不断变化着的表面，即：表面、表面和表面。
5.切削用量是衡量和大小的参数，包括、三个要素。
6.金属切屑层的参数有、及。
7.车削外圆时，当主、副切削刃为直线，刃倾角为零度，主偏角小于90°时，切削层横截面为形。
8.当刃倾角为0°，主偏角为90°，切削深度为5mm，进给量为0.4mm/r时，切削宽度是mm，切削厚度是mm，切削面积是mm²。
二、判断1.使新的切削层不断投入切削的运动称为主运动。
（）2.切削用量就是用来表征切削运动大小的参数，是金属切削加工之前操作者调整机床的依据。
（）3.无论哪种切削加工，主运动往往不止一个。
（）4.工件的旋转速度就是切削速度。
（）5.工件每转一分钟，车刀沿着进给方向运动的距离称为进给量。
（）6.由于在切削刃上各点相对于工件的旋转半径不同，所以切削刃上各点的切削速度也不同。
（）7.主运动的特征是速度高，消耗的功率大。
（）8.进给运动的速度较低，消耗功率小，可以是一个、两个或多个。
（）9.进给量是衡量进给运动大小的参数。
（）10.车削时工件的旋转运动是主运动；刨削时刨刀的往复直线运动是主运动。
（）11.切削面积由切削深度和进给量决定。
（）12.切屑层的参数通常在平行于主运动方向的基面内测量。
（）三、选择1.在各种切削加工中，（）只有一个。
A、切削运动B、主运动C、进给运动2.主切削刃正在切削着的表面称为（）表面。
A、已加工B、待加工C、过渡3.车削加工的切削运动形式属于（）A、工件转动，刀具移动B、工件转动，刀具往复运动C、工件不动，刀具作回转运动4.（）的大小直接影响刀具主切削刃的工作长度，反映其切削负荷的大小。
A、切削深度B、进给量C、切削速度5.切削厚度与切削宽度随刀具（）大小的变化而变化。
第3章 金属切削过程及其基本规律
切屑的变形可由两部分组成，一是切削
过程中产生的，称为基本变形；二是切 屑在流动和卷曲过程中的再次变形，称 为附加变形。 影响基本变形的抓因有所刀具前角、负 倒棱和切削速度。前角越小、负倒棱越 宽、切削速度越低，切屑的变形越大， 越有利于断屑。但从切削轻快和切削效 率的角度考虑，这样并不合理。
仪。具有灵敏度较高，量程范围较大，既可用 于静态，也可用于动态测量，测量精度较高等 特点。这种测力仪常用的电阻元件叫做电阻应 变片。将若干电阻应变片紧贴在测力仪的弹性 元件的不同受力位置，分别联成电桥。在切削 力作用下，电阻应变片随着弹性元件发生变形， 使应变片的电阻值改变，破坏了电桥的平衡， 于是电流表中有与切削力大小相应的电流通过， 经电阻应变仪得到电流示数，再按此电流示数 从标定曲线上可以读出三向切削力的值。
3.切削用量： (1)切削速度：在无积屑瘤的切削速度范
围内，切削速度越高，切削厚度压缩比 越小。因为塑性变形的传播速度较弹性 变形慢。另外，切削速度对摩擦因数也 有影响。除在低速区外，速度增大，摩 擦因数减小，因此变形减小。在有积屑 瘤的切削速度范围内，切削速度是通过 积屑瘤所形成的实际前角来影响切屑变 形的 （2）进给量：进给量增大， 切屑变形减 小
4.扫描电镜显微观察法：用扫描电子
显微镜观察切屑的变形情况。 5.光弹性、光塑性试验法
3.2 金属切削过程
3.2.1金属切削过程中三个变形区的划分
及其变形规律 第一变形区：沿滑移线的剪切变形以及 随之产生的加工硬化 第二变形区：切屑底层金属晶粒纤维化 第三变形区：已加工表面受到切削刃钝 圆部分与后刀面的挤压和摩擦，产生变 形与回弹，造成纤维化与加工硬化。
2.切屑的折断：金属切削过程中产生的切
金属切削的基本理论
在切削过程中，由于工件材料的塑性不同和塑性变形(滑移) 的程度不同，将会产生不同形状的切屑(表3-1)
此外，切屑的形状还与刀具切削角度及切削用量有关，当切 削条件改变时，切屑形状会随之作相应地改变，例如在车削 钢类工件时，如果我们逐渐增加车刀的锋利程度(如加大前角 等措施)，提高切削速度，减小走刀量，切屑将会由粒状逐渐 变为节状，甚至变为带状。同样，采用大前角车刀车削铸铁 工件时，如果切削深度较大，切削速度较高，也可以使切屑 由通常的崩碎状转化为节状，但这种切屑用手一捏即碎。在 上述几种切屑中，带状切屑的变形程度较小，而且切削时的 振动较小，有利于保证加工精度与粗糙度，所以这种切屑是 我们在加工时所希望得到的，但应着重注意它的断屑问题。
2.切屑的形成和种类 切削塑性金属材料(如钢等)时，被切层一般经过弹性变形、
塑性变形(滑移)、挤裂和切离四个阶段形成切屑。切削脆性 材料(如铸铁等)时，被切层一般经过弹性变形、挤裂和切离 三个阶段形成切屑。图3-3、图3-4分别表示在刨床上加工这 两种不同材料时的切削过程。
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3.2 切削变形
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3.2 切削变形
二、积屑瘤
在用中等或较低的切削速度切削一般钢料或其他塑性金属材 料时，常在前刀面接近刀刃处，钻结硬度很高(为工件材料硬 度的2~3.5倍)的楔形金属块，这种楔形金属块称为积屑瘤， 如图3-1所示。
积屑瘤的形成 (1 )形成条件简单地概括为3句话:中等切削速度，切削塑性材
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3.1 知识引入
车削
63
0 0.05
短轴外圆时，在CKS6116车床(7.5kW)上加工，
进给量为0.3 mm/ r ,背吃刀量为1.5mm，转速为800 r/min,设机
此外，切屑的形状还与刀具切削角度及切削用量有关，当切 削条件改变时，切屑形状会随之作相应地改变，例如在车削 钢类工件时，如果我们逐渐增加车刀的锋利程度(如加大前角 等措施)，提高切削速度，减小走刀量，切屑将会由粒状逐渐 变为节状，甚至变为带状。同样，采用大前角车刀车削铸铁 工件时，如果切削深度较大，切削速度较高，也可以使切屑 由通常的崩碎状转化为节状，但这种切屑用手一捏即碎。在 上述几种切屑中，带状切屑的变形程度较小，而且切削时的 振动较小，有利于保证加工精度与粗糙度，所以这种切屑是 我们在加工时所希望得到的，但应着重注意它的断屑问题。
2.切屑的形成和种类 切削塑性金属材料(如钢等)时，被切层一般经过弹性变形、
塑性变形(滑移)、挤裂和切离四个阶段形成切屑。切削脆性 材料(如铸铁等)时，被切层一般经过弹性变形、挤裂和切离 三个阶段形成切屑。图3-3、图3-4分别表示在刨床上加工这 两种不同材料时的切削过程。
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3.2 切削变形
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3.2 切削变形
二、积屑瘤
在用中等或较低的切削速度切削一般钢料或其他塑性金属材 料时，常在前刀面接近刀刃处，钻结硬度很高(为工件材料硬 度的2~3.5倍)的楔形金属块，这种楔形金属块称为积屑瘤， 如图3-1所示。
积屑瘤的形成 (1 )形成条件简单地概括为3句话:中等切削速度，切削塑性材
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3.1 知识引入
车削
63
0 0.05
短轴外圆时，在CKS6116车床(7.5kW)上加工，
进给量为0.3 mm/ r ,背吃刀量为1.5mm，转速为800 r/min,设机
第三章 金属切削加工
二.工艺特点
4.刀具结构简单； 车刀是刀具中最简单的一种，制造、刃磨和安装均较 方便，这就便于根据具体加工要求，选用合理的角度。因 此，车削的适应性较广，并且有利于加工质量和生产效率 的提高。
三. 车削的应用
车削加工是在车床上靠工件的旋转运动（主 运动）和刀具的直线运动（进给运动）相组合， 形成加工表面轨迹来加工工件的。 车削加工的范围很广，归纳起来，其加工的 各类零件具有一个共同的特点——带有旋转表面。 它可以车外圆、车端面、切槽或切断、钻中心孔、 钻孔、扩孔、铰孔、车内孔、车螺纹、车圆锥面、 车特形面、滚花、车台阶和盘绕弹簧等。 如果在车床上装上其它附件和夹具，还可进 行镗削、磨削、珩磨、抛光以及加工各种复杂形 状零件的外圆、内孔等。
四. 铣削的工艺特点及应用 1. 铣削的工艺特点 （1）加工范围广（可铣平面、凸台、园弧面、
沟槽、螺旋槽、齿轮等） ； （2）铣削没有空行程，可采用比较高的切削速 度，铣刀又是多齿刀具，故生产率高；
（3）铣削加工精度高，精铣平面的精度为： IT9～IT7，Ra3.2～1.6µ m。 （4）铣削是断续切削，容易引起振动。
2. 加工方法 （1）钻孔 钻孔是一种孔的粗加工 方法，既适宜于单件小批量 生产，也适宜于大批量生产。 钻头 钻头（麻花钻）是最 常用的孔加工工具，通常 由高速钢制成。
标准麻花钻由3个部分组成：
装夹部分：是钻头的尾部，用于
与机床联接，并传递扭矩和轴向力。
按麻花钻直径的大小，分为直柄
（直径<12mm）和锥柄（直径>12mm）两种。
端铣的面铣刀直接安装在铣床主轴端部刀具系统刚性好同时刀齿可镶硬质合金刀片易于采用大的切削用量进行强力切削和高速切削使生产率得到提高而且工件已加工表面质量也得到提高
第三章金属切削过程的基本规律
（2） λ s对Fp、 Ff影响较大
Fp随λ s增大而减小，
Ff随λ s增大而增大
2.刀尖圆弧半径rε的影响
rε 增大相当于κ r减小的影响
（1）rε 对Fc影响很小 （2）Fp随 rε 增大而增大
Ff随 rε 增大而减小
3．刀具磨损
刀具的切削刃及后刀面产生磨损后，会使 切削时摩擦和挤压加剧，故使切削力 Fc 和 Fp 增 大。
2 f
Fp FD cos r ; F f FD sin r
（3-5）
二、各分力的作用 1、切削分力的作用---切削力Fc（主切削力Fz）
它是设计机床主轴、齿轮和计算主运动功率的主要依据，也 是用于选用刀杆、刀片尺寸、设计夹具和选择切削用量的重 要依据。使车刀产生弯矩，也是计算切削功率的依据
Fc——切削力，单位为N； vc——切削速度，单位为m/min。 Pc——切削功率，单位为kW。
3
四、影响切削力的因素
（一）切削用量的影响
1．背吃刀量ap与进给量f
ap↑→Ac成正比↑， kc不变， ap的 指数约等于1，因而
切削力成正比增加
f↑→Ac成正比↑，但 kc略减小， f 的 指数小于1，因而 切削力增加但与f 不成正比
(二)切削温度分布
温度分布规律 1)刀-屑接触面间摩擦大， 热量不易传散，故温度值 最高
2)切削区域的最高温度点在前面上近切削刃处， 在离切削刃1mm处的最高温度约900℃，因为 在该处热量集中，压力高。在后面上离切削刃 约0.3mm处的最高温度为700℃；
3)切屑带走热量最多，切屑上平均温度高于刀具 和工件上的平均温度，因切屑剪切面上塑性变 形严重，其上各点剪切变形功大致相同。各点 温度值也较接近。工件切削层中最高温度在近 切削刃处，它的平均温度较刀具上最高温度点 低2～3倍。
Fp随λ s增大而减小，
Ff随λ s增大而增大
2.刀尖圆弧半径rε的影响
rε 增大相当于κ r减小的影响
（1）rε 对Fc影响很小 （2）Fp随 rε 增大而增大
Ff随 rε 增大而减小
3．刀具磨损
刀具的切削刃及后刀面产生磨损后，会使 切削时摩擦和挤压加剧，故使切削力 Fc 和 Fp 增 大。
2 f
Fp FD cos r ; F f FD sin r
（3-5）
二、各分力的作用 1、切削分力的作用---切削力Fc（主切削力Fz）
它是设计机床主轴、齿轮和计算主运动功率的主要依据，也 是用于选用刀杆、刀片尺寸、设计夹具和选择切削用量的重 要依据。使车刀产生弯矩，也是计算切削功率的依据
Fc——切削力，单位为N； vc——切削速度，单位为m/min。 Pc——切削功率，单位为kW。
3
四、影响切削力的因素
（一）切削用量的影响
1．背吃刀量ap与进给量f
ap↑→Ac成正比↑， kc不变， ap的 指数约等于1，因而
切削力成正比增加
f↑→Ac成正比↑，但 kc略减小， f 的 指数小于1，因而 切削力增加但与f 不成正比
(二)切削温度分布
温度分布规律 1)刀-屑接触面间摩擦大， 热量不易传散，故温度值 最高
2)切削区域的最高温度点在前面上近切削刃处， 在离切削刃1mm处的最高温度约900℃，因为 在该处热量集中，压力高。在后面上离切削刃 约0.3mm处的最高温度为700℃；
3)切屑带走热量最多，切屑上平均温度高于刀具 和工件上的平均温度，因切屑剪切面上塑性变 形严重，其上各点剪切变形功大致相同。各点 温度值也较接近。工件切削层中最高温度在近 切削刃处，它的平均温度较刀具上最高温度点 低2～3倍。
电子课件-《金属切削原理与刀具(第五版)》-B01-3509 第三章
例增大，使出屑角增大。出屑角的大小对切屑的卷曲和折 断后的屑形有很大影响。
第三章 切削加工的主要规律
出屑角对卷屑的影响
3）切削速度v
切削速度提高后，切削温度升高，在一般情况下， 切屑的塑性增大，不易折断。
第三章 切削加工的主要规律
（2）刀具角度 1）前角γo 前角γo 越大，排屑越顺利，切屑变形小，
第三章 切削加工的主要规律
二、积屑瘤对切削加工的影响
1．保护刀具 2．增大实际前角 3．影响加工精度和表面粗糙度
第三章 切削加工的主要规律
三、影响积屑瘤产生的因素
1．工件材料
切削脆性材料不会产生积屑瘤。塑性越好的材料越容易 产生积屑瘤。
2．切削用量
切削用量三要素中对积屑瘤的产生影响最大的是切削速 度v，其次是进给量f和背吃刀量ap。
不易断屑；反之，易断屑。 2）主偏角κr 在背吃刀量ap 和进给量f已选定的条件下，
主偏角κr越大，切削厚度ac越大，故切屑卷曲应力越大，越 易断屑。
3）刃倾角λs
①当λs为正值时，使切屑流向待加工表面或与后面相碰
形成“C”形切屑，也可能呈螺旋屑而甩断；
②当λs为负值时，切屑流向已加工表面或过渡表面，容
第三章 切削加工的主要规律
第一节 切削变形 第二节 切屑的类型与控制 第三节 积屑瘤 第四节 切削力与切削功率 第五节 切削热和切削温度 第六节 刀具磨损与刀具耐用度
第三章 切削加工的主要规律
第一节 切削变形 一、金属切削变形过程
金属切削变形的本质是金属材料在切应力作用下屈服 而沿剪切面发生滑移。
易碰断成“C”形或“6”形切屑。
第三章 切削加工的主要规律
（3）断屑槽开设情况 1）断屑槽的形状
第三章 切削加工的主要规律
出屑角对卷屑的影响
3）切削速度v
切削速度提高后，切削温度升高，在一般情况下， 切屑的塑性增大，不易折断。
第三章 切削加工的主要规律
（2）刀具角度 1）前角γo 前角γo 越大，排屑越顺利，切屑变形小，
第三章 切削加工的主要规律
二、积屑瘤对切削加工的影响
1．保护刀具 2．增大实际前角 3．影响加工精度和表面粗糙度
第三章 切削加工的主要规律
三、影响积屑瘤产生的因素
1．工件材料
切削脆性材料不会产生积屑瘤。塑性越好的材料越容易 产生积屑瘤。
2．切削用量
切削用量三要素中对积屑瘤的产生影响最大的是切削速 度v，其次是进给量f和背吃刀量ap。
不易断屑；反之，易断屑。 2）主偏角κr 在背吃刀量ap 和进给量f已选定的条件下，
主偏角κr越大，切削厚度ac越大，故切屑卷曲应力越大，越 易断屑。
3）刃倾角λs
①当λs为正值时，使切屑流向待加工表面或与后面相碰
形成“C”形切屑，也可能呈螺旋屑而甩断；
②当λs为负值时，切屑流向已加工表面或过渡表面，容
第三章 切削加工的主要规律
第一节 切削变形 第二节 切屑的类型与控制 第三节 积屑瘤 第四节 切削力与切削功率 第五节 切削热和切削温度 第六节 刀具磨损与刀具耐用度
第三章 切削加工的主要规律
第一节 切削变形 一、金属切削变形过程
金属切削变形的本质是金属材料在切应力作用下屈服 而沿剪切面发生滑移。
易碰断成“C”形或“6”形切屑。
第三章 切削加工的主要规律
（3）断屑槽开设情况 1）断屑槽的形状
金属切削第三章解析
• 在这过程中产生一系列现象，如形成切屑、切削 力、切削热与切削温度、刀具磨损等，它们产生 的根本原因时切削过程中的弹性变形和塑性变形
• 金属切削变形过程的研究是金属切削原理的基础 理论研究。是适应生产发展的需要，有助于保证 加工质量，提高生产率和降低成本。
研究切削变形的实验方法
侧面变形观察法 高速摄影法 快速落刀法 SEM观察法 光弹性、光塑性实验法 其它方法，如：X射线衍射等
第II变形区内金属的挤压变形
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Ⅲ变形区：
➢刀工接触区。
➢已加工表面受到刀具刃口钝圆和后刀面挤压和摩 擦，晶粒进一步剪切滑移。
➢有时也呈纤维化，其方向平行已加工表面，也产 生加工硬化和回弹现象。
➢三个变形区汇集在切削刃附近，应力集中而又复 杂。三个变形区内的变形又相互影响。
• 通常加工塑性金属材料，切削厚度较小，切削速度 较高，刀具前角较大时得到。
• 切削力波动很小，切削过程平稳，已加工表面粗糙 度较小。
2、挤裂切屑
• 外侧面呈锯齿状，内侧面有时有裂纹 • 加工塑性金属材料，切削厚度较大，切削速
度较低，刀具前角较小时得到。加工硬化较 大，在局部剪应力超过破裂强度。
• 切削力波动较大，切削过程产生一定的振动， 已加工表面较粗糙。
摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的
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。
切 削 变 形 金 相 显 微 照 片
第Ⅰ变形区：
➢从OA线（始滑移线）金属开始发生剪切变形，到 OM线（终滑移线）金属晶粒剪切滑移基本结束， AOM区域叫第一变形区。 ➢是切屑变形的基本区，其特征是晶粒的剪切滑移 ，伴随产生加工硬化。
• 金属切削变形过程的研究是金属切削原理的基础 理论研究。是适应生产发展的需要，有助于保证 加工质量，提高生产率和降低成本。
研究切削变形的实验方法
侧面变形观察法 高速摄影法 快速落刀法 SEM观察法 光弹性、光塑性实验法 其它方法，如：X射线衍射等
第II变形区内金属的挤压变形
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Ⅲ变形区：
➢刀工接触区。
➢已加工表面受到刀具刃口钝圆和后刀面挤压和摩 擦，晶粒进一步剪切滑移。
➢有时也呈纤维化，其方向平行已加工表面，也产 生加工硬化和回弹现象。
➢三个变形区汇集在切削刃附近，应力集中而又复 杂。三个变形区内的变形又相互影响。
• 通常加工塑性金属材料，切削厚度较小，切削速度 较高，刀具前角较大时得到。
• 切削力波动很小，切削过程平稳，已加工表面粗糙 度较小。
2、挤裂切屑
• 外侧面呈锯齿状，内侧面有时有裂纹 • 加工塑性金属材料，切削厚度较大，切削速
度较低，刀具前角较小时得到。加工硬化较 大，在局部剪应力超过破裂强度。
• 切削力波动较大，切削过程产生一定的振动， 已加工表面较粗糙。
摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的
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。
切 削 变 形 金 相 显 微 照 片
第Ⅰ变形区：
➢从OA线（始滑移线）金属开始发生剪切变形，到 OM线（终滑移线）金属晶粒剪切滑移基本结束， AOM区域叫第一变形区。 ➢是切屑变形的基本区，其特征是晶粒的剪切滑移 ，伴随产生加工硬化。
金属切削基本理论
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。
金属切削基本理论
二.相关知识
(一) 金属切削过程的物理现象
1.切削层的变形
(1)概述 金属的切削过程与金属的挤压过程很相似。金属
2）切削用量
进给量f和背吃刀量ap金属切削基本进使理论给切量削f力和F背c增吃加刀。量ap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
(三) 切削热和切削温度
1.切削热的产生与传导
金属切削过程的三个变形区就是产生切削热的三 个热源：
1)切屑变形所产生的热量，是切削热的主要来源； 2)切屑与刀具前刀面之间的摩擦所产生的热量； 3)工件与刀具后刀面之间的摩擦所产生的热量。
金属切削基本理论
金属切削基本理论
切削热向切屑、工件、刀具以及周围的介 质传导，使它们的温度上升，从而导致切 削区内的切削温度上升。
金属切削基本理论
实验表明，切屑的形成过程是被切削层金 属受到刀具前面的挤压作用，迫使其产生弹性 变形，当剪切应力达到金属材料屈服强度时， 产生塑性变形。随着刀具前刀面相对工件的继 续推挤，与切削刃接触的材料发生断裂而使切 削层材料变为切屑。
切屑的变形和形成过程实际上经历了弹性 变形、塑性变形、挤裂、切离四个阶段。
第Ⅰ变形区 近切削刃处切削 层内产生的塑性变形区；
第Ⅱ变形区 与前刀面接 触的切屑层内产生的变形区；
金属切削基本理论
二.相关知识
(一) 金属切削过程的物理现象
1.切削层的变形
(1)概述 金属的切削过程与金属的挤压过程很相似。金属
2）切削用量
进给量f和背吃刀量ap金属切削基本进使理论给切量削f力和F背c增吃加刀。量ap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
(三) 切削热和切削温度
1.切削热的产生与传导
金属切削过程的三个变形区就是产生切削热的三 个热源：
1)切屑变形所产生的热量，是切削热的主要来源； 2)切屑与刀具前刀面之间的摩擦所产生的热量； 3)工件与刀具后刀面之间的摩擦所产生的热量。
金属切削基本理论
金属切削基本理论
切削热向切屑、工件、刀具以及周围的介 质传导，使它们的温度上升，从而导致切 削区内的切削温度上升。
金属切削基本理论
实验表明，切屑的形成过程是被切削层金 属受到刀具前面的挤压作用，迫使其产生弹性 变形，当剪切应力达到金属材料屈服强度时， 产生塑性变形。随着刀具前刀面相对工件的继 续推挤，与切削刃接触的材料发生断裂而使切 削层材料变为切屑。
切屑的变形和形成过程实际上经历了弹性 变形、塑性变形、挤裂、切离四个阶段。
第Ⅰ变形区 近切削刃处切削 层内产生的塑性变形区；
第Ⅱ变形区 与前刀面接 触的切屑层内产生的变形区；
金属切削基本理论PPT课件
(2)为减小夹紧力的影响,工艺上可采取改变夹紧力方向 的措施,将径向夹紧改为轴向夹紧。当只能采用径向夹紧时, 应尽可能使径向夹紧力沿圆周均匀分布,如使用过渡套、弹性 套等。
(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
(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3章 切削过程的基本规律
⑶工件材料影响 工件材料是通过强度、硬度和导热 系数等性能不同对切削温度产生影响的。 ⑷其它因素的影响 磨损、干切削都会使温度升高。浇 注切削液是降低切削温度的一个有效措 施
3. 4 刀具磨损与刀具耐用度
一、刀具磨损形式
刀具磨损形式为正常磨损和非正常磨损两大类。 ⑴正常磨损
正常磨损是指在刀具设计与使用合理、制 造与刃磨质量符合要求的情况下，刀具在切削 过程中逐渐产生的磨损。
⑵切削速度
切削速度vc是通过(a)积屑瘤使剪切角φ改变; (b)切削 温度使磨擦系数μ变化,而影响切屑变形的。如图2.11以 中碳钢为例。
⑶进给量
进给量对切屑变形的影响规律如图2.12所示，即f ↗使Λh ↘； 这是由于f ↗后，使切削厚度↗，正压力和平均正应 力↗ ，磨擦系数↘ ，剪切角↗所致。
性变形就产生脆性崩裂，切屑呈不规则的细粒状。
三、切屑变形程度的表示方法 (1)剪切角φ vc
剪切面AB 与切削速度vc 之间的夹角。 V↗，φ↗， A剪切 ↘， （切削省力） F↘。
B
φ
A
大小确定： 获得切屑根部 照片，度量得 出。
(2)相对滑 移ε
B”
B’
ε=Δs/Δy=
ctgφ+tg(φ-γo)
3. 3 切削热与切削温度
一、切削热的来源与传导 1)热源： 剪切区变形功形成的热Qp; 切屑与前刀面摩擦功形成的热Qγf; 已加工表面与后刀面摩擦功形成的热Qαf。 2)传导：传入切屑Qch(切削钢不加切削液时传入比例50%~86%)、 工件Qw(40%~10%) 、刀具Qc(9%~3%)和周围介质Qf(1%)。 3)切削热的形成及传导关系为：
(二)、磨损过程和磨钝标准
▼ 磨损过程如图 3-26所示，图中大致分三个阶 段。 • 初期磨损阶段(I段)：磨损较快。是由于刀具 表面粗糙不平或表层组织不耐磨引起的。 • 正常磨损阶段(II)： 该磨损度近似为常数。 AB呈直线。 • 急剧磨损阶段(III)：磨损急剧加速继而刀具 损坏。由于磨损严重，切削温度剧增，刀具强 度、硬度降低所致。
3第三章金属切削过程的基本规律
（1）工件材料的影响
工件材料的塑性或韧性越高，切屑越不易折断，使切 屑与前刀面间摩擦增加，故切削力增大。 注意点：材料硬化能力越高，则力越大。 奥氏体不锈钢，强度低、硬度低，但强化系数大，较 小的变形就会引起材料硬度提高，所以切削力大。 铜、铅等塑性大，但变形时，加工硬化小，则切削力 小。
3.1.7 影响切削变形的主要因素
进给量f增大，切削厚度ac增加，平均正应力av增 大，正压力Fn增大，因此摩擦系数μ下降、剪切 角φ增大。致使变形系数ξ减小。 切削厚度ac增加，切屑中平均变形减小；反之， 薄切屑的变形量大。
3.2 切削力
概念： 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。 而工件低抗变形施加于刀具称为切削抗 力，在分析切削力以及切削机理时，切 削力与切削抗力意义相同。 意义： 切削力是影响质量的重要因素； 是机床、刀具、夹具设计、和计算动力 消耗的主要依据。还可用来监控刀具磨 损与加工表面质量。
（2）切削用量的影响
切削速度 加工塑性金属时，主要因素为积屑瘤与摩擦。 低、中速（5－20m/min）：υ提高，切削变形 减小，故Fz逐渐减小；积屑瘤渐成。 中速时（20m/min左右）：变形值最小，Fz减 至最小值，积屑瘤最高，大前角作用。 超过中速，υ提高，切削变形增大，故Fz逐渐 增大。积屑瘤消失。 高速（υ＞60m/min），切削变形随着切削速 度增加而减小，Fz逐渐减小而后达到稳定。 切削脆性金属，因为变形和摩擦均较小，故切 削速度υ改变时切削力变化不大。
以上切屑虽然与加工不同材料有关，但加工同一种材料采用不同 的切削条件也将产生不同的切屑。如加工塑性材料时，一般得到 带状切屑，但如果前角较小，速度较低，切削厚度较大时将产生 挤裂切屑；如前角进一步减小，再降低切削速度，或加大切削厚 度，则得到单元切屑。掌握这些规律，可以控制切屑形状和尺寸， 达到断屑和卷屑目的。
第三章 金属切削加工安全
切削工具锋利，旋转速度快，加工精度高
2 切削加工的危险和常见的有害因素
1)由机床引起危险的部位： 做直线运动的部分：刨床工作台，链条， 运动中的皮带、锯床的锯条、拉刀 做回转运动的部分：齿轮、轮辐、手轮、刀具 组合运动的部分：手轮轮辐与床身、齿条与齿轮 飞出的物件：切屑、飞出的刀片
2)由不安全行为引起的危险：不安全的装束、违反操作规程。 3)其他有害因素：
3 金属切削机床伤害事故种类
1)操作者的局部卷入或夹入机床旋转部件和运动部件造成的伤 害事故。有突出外露部位/操作者装束。
2)操作者与机床相碰引起的伤害事故。扳手用力过猛 3)被飞溅的砂轮磨料及切屑划伤和烫伤。 4)操作者滑倒或跌倒而造成的事故。工作环境脏乱。
4 金属切削机床伤害事故的原因
1)安全操作规程不健全或管理不善，对操作者缺乏基本训练。 2) 工作场地环境不好。热、噪声、脏乱。 3) 金属切削机床在非正常状态下运转。有隐患、带病作业。 4)工艺规程和工艺装备不符合安全要求，采用新工艺时无安全
常见的切屑形状:带状屑、C形屑、崩碎屑、卷屑等 带状屑（连续不断）危害:刺伤、缠绕、损坏器面
断屑措施：刀具角度、断屑槽，图3-1 崩碎屑（碎片）危害:轨道研损、眼睛防护
加工铸铁、青 铜等脆性材料
主要防护措施：改变形状、控制切屑流向、安装透明防护挡板
5 对工作环境的要求
1)对厂房的要求：通风采光、灭火。 2)机床布局和场地要求：机床倾斜布置、利于采光、适当的距 离、通道宽度、区域划分
3 工艺装备与附件的要求
1)零部件应有足够的强度和刚度 2)加工过程中，夹紧机构不能发生松动 3)回转部分须经静、动平衡试验，不能有突出的部分，必要时
加设防护罩 4)切屑和冷却润滑液能自由导出，必要时加防护挡板 5)质量超过20kg时应设有吊挂部位 6)夹紧装置的动力源系统应有相应的联锁保险装置
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切 削 速 度：vc = 96.5～105 m/min 。
3-3 切削温度
一、切削热的来源：在刀具的切削作用下，切削层金 属发生弹性变形和塑性变形，这是切削热的一个来源。 同时，切屑与前刀面，工件与后刀面间消耗的摩擦功， 也将转化为热能，这是切削热的又一个来源。
Q=FcVc
切削热由切屑、工件、刀具以及周围的介质传导出去。 影响热传导的主要因素是工件和刀具材料的导热系数以 及周围介质的状况。
四、单位切削力、切削功率
单位切削力指的是单位切削面积上的主切削力。
kc
Fc AD
Fc kc gAD kc gap gf
切削功率是各切削分力消耗功率的总和。
Pc＝Fc·Vc·10-3 (kW)
机床电动机的功率PE：根据切削功率选择机床电动机， 还要考虑机床的传动效率。
PE
Pc
五、影响切削力的因素
第二变形区的摩擦特性
塑性金属切削层材料经第一变形区后验前面排 出。这是由于受前面的挤压和摩擦进一步加剧 变形，在靠近前面处形成第二变形区即摩擦区。
摩擦区的特征：使切屑底层靠近前面处纤维化， 流动速度减缓，甚至会停滞在前刀面上（实质 上就是滞留层）；切屑弯曲，有摩擦而产生的 热量使切屑与刀具接触面温度升高等。
刀具几何参数
1．前角γ。： 前角加大，被切金属的切削力显著下降。 2．负倒棱 ：在锋利的切削刃上磨出适当宽度的负倒棱，可以提高刀具使用寿命 但将使被切金属的变形加大，使切削力有所增加。 3. 主偏角 (1)当kr加大时，Fp减小，Ff加大。 (2)当加工塑性金属时，随kr加大，Fc减小；约在kr＝60—750之间，Fc减到最小； 然后随kr继续加大，Fc又有所增大。Fc的变动范围不大，无论减小或增大，都在 10%以内。 （3）kr加大时，Fp/Fc减小，Ff/Fc加大。 4．刃倾角 ：刃倾角变化时 ，将改变合力F的方向，因而影响各分力的大小。 刃倾角λs减小时，Fp增大，Ff减小。 5．刀尖圆弧半径 在一般的切削加工中，刀尖圆弧半径rε对Fp 、Ff的影响较大， 对Fc 的影响较小。
第三章金属切削基本理论
切削变形 切削力 切削温度 刀具磨损与刀具耐用度
3-1 切削变形
一、切屑的基本形态
1、带状切屑
2、节状切屑 3、粒状切屑
带状切屑
4、崩碎切屑
粒状切屑
节状切屑 崩碎切屑
二、切屑于已加工 表面的形成
刀具
工
件
切削变形过程示意图
金属切削过程大致划分出三个变区
第
一
变
刀具
形
区
第一变形区金属的滑移
刀具磨损：后刀面磨损后，切削力加大。
切削液： 以冷却作用为主的水溶液对切 削力影响很小。而润滑作用强的切削油 能够显著的降低切削力。
刀具材料：刀具材料不是硬削切削的主 要因素。但由于不同的刀具材料与工件 材料之间的摩擦系数不同，因此对切削 力也有一些影响。
前角对切削力的影响
Fc( kN ) Fp ( kN ) Ff ( kN )
积 屑 瘤 或 刀 瘤 的 大 小 和 形 状
第三变形区
第三变形区与加工表面的形成关系更为密切。
在第三变形区里，后刀面施加法向力FαN和摩接力Fα于 工件。法向力FαN使工件产生径向的塑性变形和弹性变形。 摩擦力Fα使加工表面产生切向的塑性变形和弹性变形。 残余应力：由于受到工艺过程的影响，在没有外力作用的 情况下，在零件内部所残存的应力。由于外力为零，所以 零件内各部分的残余应力，必须彼此保持平衡。
工件材料： 被加工工件材料的强度、硬度越高，切削 力增大。强度相近的材料，如其塑性（伸长率）较大， 切削力增大。切削脆性材料时，其切削力一般低于塑 性材料。 切削深度ap或进给量f加大，均使切削力增大，但两者 的影响程度不同。
切削速度 加工塑性金属时，在中速和高速下，切削 力一般随着切削速度的增大而减小。
二、切削温度
切削温度一般指切屑与前面接触区 域的平均温度。
vcz
f
a y x p
三、影响切削温度的主要因素
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，切削温度就越高。
(2)合金结构钢的强度普遍高于45钢，而导热系数又一般 均低于45钢。所以切削合金结构钢时的切削温度一般 均高于切削45钢时的切削温度
三、切削力的实验指数公式
Fc
9.81CFc ap xFc
f
v K yFc nFc
c
Fc
Fp
9.81CFp ap xFp
f
v K yFp nFp
c
Fp
Ff
9.81CFf ap xFf
f v K yFf nFf
c
Ff
必须注意，如实际切削条件与试验中切削条件有差异时，则应 在上式后面乘以相应的修正系数
滞留层的特点：滞留层的变形程度要比上层剧 烈，约几倍到几十倍，厚度一般约占切屑厚度 的1/8～1/9。
积屑瘤或刀瘤
在切削速度不高而又能形成连续性 切屑的情况下，加工一般钢料或其 他塑性材料时，常常在刀具前面处 粘着一块剖面常呈三角状的硬块。 它的硬度很高，通常是工件材料的 2～3倍，在处于比较稳定状态时， 能够代替刀刃进行切削。
工件表层加工硬化的成因是表层金属在形成已加工表面的 过程中经受强烈的塑性变形。
3-2 切削力
一、切削力的来源 切削力的来源有两方面：一是切削层金属、切屑
和工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所产 生的抗力；二是刀具与切屑、工件表面间的摩 擦阻力。
二、切削力的分解 F Fc2 Ff2 Fp2
3.0
2.5
ap×f = 4×0.25
2.0 1.5
ap×f = 2.5×0.25
1.0
ap×f = 3×0.1
0.5
0 -10° 0° 10° 20° 30°
o
ap×f = 4×0.25 ap×f = 2.5×0.25
1.5
1.0
0.5
0 -10° 0°
ap×f = 3×0.1
10° 20° 30°
o
ap×f = 4×0.25 1.5 1.0 0.5 0
-10° 0° ap×f = 3×0.1
ap×f = 2.5×0.25 10° 20° 30°
o
前角对切削力的影响 工 件 材 料：45钢（正火）；HB 187； 刀 具 结 构：焊接式平前刀面硬质合金外圆车刀； 刀 片 材 料：YT15；
刀具几何参数： r = 75°， 'r = 10～20°，o= 6～8°,'o= 4～6°,s= 0°,b= 0, r= 0.2 mm；
3-3 切削温度
一、切削热的来源：在刀具的切削作用下，切削层金 属发生弹性变形和塑性变形，这是切削热的一个来源。 同时，切屑与前刀面，工件与后刀面间消耗的摩擦功， 也将转化为热能，这是切削热的又一个来源。
Q=FcVc
切削热由切屑、工件、刀具以及周围的介质传导出去。 影响热传导的主要因素是工件和刀具材料的导热系数以 及周围介质的状况。
四、单位切削力、切削功率
单位切削力指的是单位切削面积上的主切削力。
kc
Fc AD
Fc kc gAD kc gap gf
切削功率是各切削分力消耗功率的总和。
Pc＝Fc·Vc·10-3 (kW)
机床电动机的功率PE：根据切削功率选择机床电动机， 还要考虑机床的传动效率。
PE
Pc
五、影响切削力的因素
第二变形区的摩擦特性
塑性金属切削层材料经第一变形区后验前面排 出。这是由于受前面的挤压和摩擦进一步加剧 变形，在靠近前面处形成第二变形区即摩擦区。
摩擦区的特征：使切屑底层靠近前面处纤维化， 流动速度减缓，甚至会停滞在前刀面上（实质 上就是滞留层）；切屑弯曲，有摩擦而产生的 热量使切屑与刀具接触面温度升高等。
刀具几何参数
1．前角γ。： 前角加大，被切金属的切削力显著下降。 2．负倒棱 ：在锋利的切削刃上磨出适当宽度的负倒棱，可以提高刀具使用寿命 但将使被切金属的变形加大，使切削力有所增加。 3. 主偏角 (1)当kr加大时，Fp减小，Ff加大。 (2)当加工塑性金属时，随kr加大，Fc减小；约在kr＝60—750之间，Fc减到最小； 然后随kr继续加大，Fc又有所增大。Fc的变动范围不大，无论减小或增大，都在 10%以内。 （3）kr加大时，Fp/Fc减小，Ff/Fc加大。 4．刃倾角 ：刃倾角变化时 ，将改变合力F的方向，因而影响各分力的大小。 刃倾角λs减小时，Fp增大，Ff减小。 5．刀尖圆弧半径 在一般的切削加工中，刀尖圆弧半径rε对Fp 、Ff的影响较大， 对Fc 的影响较小。
第三章金属切削基本理论
切削变形 切削力 切削温度 刀具磨损与刀具耐用度
3-1 切削变形
一、切屑的基本形态
1、带状切屑
2、节状切屑 3、粒状切屑
带状切屑
4、崩碎切屑
粒状切屑
节状切屑 崩碎切屑
二、切屑于已加工 表面的形成
刀具
工
件
切削变形过程示意图
金属切削过程大致划分出三个变区
第
一
变
刀具
形
区
第一变形区金属的滑移
刀具磨损：后刀面磨损后，切削力加大。
切削液： 以冷却作用为主的水溶液对切 削力影响很小。而润滑作用强的切削油 能够显著的降低切削力。
刀具材料：刀具材料不是硬削切削的主 要因素。但由于不同的刀具材料与工件 材料之间的摩擦系数不同，因此对切削 力也有一些影响。
前角对切削力的影响
Fc( kN ) Fp ( kN ) Ff ( kN )
积 屑 瘤 或 刀 瘤 的 大 小 和 形 状
第三变形区
第三变形区与加工表面的形成关系更为密切。
在第三变形区里，后刀面施加法向力FαN和摩接力Fα于 工件。法向力FαN使工件产生径向的塑性变形和弹性变形。 摩擦力Fα使加工表面产生切向的塑性变形和弹性变形。 残余应力：由于受到工艺过程的影响，在没有外力作用的 情况下，在零件内部所残存的应力。由于外力为零，所以 零件内各部分的残余应力，必须彼此保持平衡。
工件材料： 被加工工件材料的强度、硬度越高，切削 力增大。强度相近的材料，如其塑性（伸长率）较大， 切削力增大。切削脆性材料时，其切削力一般低于塑 性材料。 切削深度ap或进给量f加大，均使切削力增大，但两者 的影响程度不同。
切削速度 加工塑性金属时，在中速和高速下，切削 力一般随着切削速度的增大而减小。
二、切削温度
切削温度一般指切屑与前面接触区 域的平均温度。
vcz
f
a y x p
三、影响切削温度的主要因素
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，切削温度就越高。
(2)合金结构钢的强度普遍高于45钢，而导热系数又一般 均低于45钢。所以切削合金结构钢时的切削温度一般 均高于切削45钢时的切削温度
三、切削力的实验指数公式
Fc
9.81CFc ap xFc
f
v K yFc nFc
c
Fc
Fp
9.81CFp ap xFp
f
v K yFp nFp
c
Fp
Ff
9.81CFf ap xFf
f v K yFf nFf
c
Ff
必须注意，如实际切削条件与试验中切削条件有差异时，则应 在上式后面乘以相应的修正系数
滞留层的特点：滞留层的变形程度要比上层剧 烈，约几倍到几十倍，厚度一般约占切屑厚度 的1/8～1/9。
积屑瘤或刀瘤
在切削速度不高而又能形成连续性 切屑的情况下，加工一般钢料或其 他塑性材料时，常常在刀具前面处 粘着一块剖面常呈三角状的硬块。 它的硬度很高，通常是工件材料的 2～3倍，在处于比较稳定状态时， 能够代替刀刃进行切削。
工件表层加工硬化的成因是表层金属在形成已加工表面的 过程中经受强烈的塑性变形。
3-2 切削力
一、切削力的来源 切削力的来源有两方面：一是切削层金属、切屑
和工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所产 生的抗力；二是刀具与切屑、工件表面间的摩 擦阻力。
二、切削力的分解 F Fc2 Ff2 Fp2
3.0
2.5
ap×f = 4×0.25
2.0 1.5
ap×f = 2.5×0.25
1.0
ap×f = 3×0.1
0.5
0 -10° 0° 10° 20° 30°
o
ap×f = 4×0.25 ap×f = 2.5×0.25
1.5
1.0
0.5
0 -10° 0°
ap×f = 3×0.1
10° 20° 30°
o
ap×f = 4×0.25 1.5 1.0 0.5 0
-10° 0° ap×f = 3×0.1
ap×f = 2.5×0.25 10° 20° 30°
o
前角对切削力的影响 工 件 材 料：45钢（正火）；HB 187； 刀 具 结 构：焊接式平前刀面硬质合金外圆车刀； 刀 片 材 料：YT15；
刀具几何参数： r = 75°， 'r = 10～20°，o= 6～8°,'o= 4～6°,s= 0°,b= 0, r= 0.2 mm；