第三章 金属切削过程的基本规律

2. 影响三个切削分力的大小和比例关系
Ff FD sin Fp FD cos
三、主偏角、副偏角的作用
3. 主偏角影响切屑层的形状 在f、ap相同的情况下： Кγ ↙ bD ↗
刀刃工作长度↗
单位负荷↙
选择原则
1. 工件材料： HB ↗ Кγ ↙ 刚性好，则Кγ 取小值。 3. 加工条件：
二、刀具磨损机理
3. 扩散磨损： 工件材料和刀具在高温下（900~1000℃）相互 扩散造成的磨损。
二、刀具磨损机理
4. 氧化磨损：
刀具上的表面膜被切屑或工件表面划擦掉后，在高温 下（700~800℃）与空气中的氧作用产生松脆氧化物， 造成刀具磨损。
综上所述：
三、磨损过程
四、刀具的磨钝标准
Fc fFc vFc
x Fc y Fc c Fc p Fc ① 计算公式由实验测得，式中的各项应按照实验时的单 位计算。即：aP：mm，f：mm/r xFp yFp
的条件与实验公式条件不符时，应加修正系数。 xF f yF f
Fc
brFc
f
K
(N ) (N ) K
VBFc
KK f K F
工艺系统刚性不足，则λs > 0
第六节 工件材料的切削加工性
“指对某种材料进行加工的难易程度”
相对加工性：Kr
V60 Kr (V60 ) j
影响材料切削加工性的因素
金属材料物理和机械性能的影响
化学成分的影响
热处理状态和金相组织的影响
改善材料切削加工性的主要途径
热处理，改变材料的组织和机械性能
单位切削功率
“单位时间内切下单位体积金属所需的功率”
Pc 3 1 Ps (kw / mm s ) Qz 3 Qz a p f v c (mm / s)
第三节 切削热与切削温度
第一变形区： 一、产生原因： 60%的热量 ① 切削层的弹性及塑性 变形。 ② 切屑与前刀面，工件 与后刀面的摩擦。 第二变形区： 30%的热量
六、刀具合理使用寿命的选择
1. 最大生产率使用寿命：TP “根据单件工序工时最短的原则来确定T”。 2. 经济使用寿命：Tc
1 m Tp ( ) t ct m “根据单件工序成本最低的原则来确定T”。
Ct 1 m m=0.1~0.125， 式中：m：指数。 对于高速钢： Tc (t ct ) 硬质合金： m=0.1~0.4， 陶瓷刀具： m=0.2~0.4 m M
220℃ 270℃
290~300 ℃
切屑呈淡黄色 切屑呈暗红色
切屑呈暗蓝色
320 ℃
350 ℃ 400 ℃
切屑呈蓝色
切屑呈蓝灰色 切屑呈灰白色
>500 ℃
切屑呈紫黑色
四、影响切削温度的因素分析
1. 工件材料:
HB、σ b↗ 45#钢为例： 热处理 正火 调质 淬火 HB 187 229 44HRC σb 60 75 148 θ ℃ 100% 125% 145% 切削抗力↗ 功耗↗ θ℃↗
2. 工艺系统刚性：
粗加工时： Кγ 大，精加工时： Кγ 小
Кr、Кr’选择总原则：
在不产生振动的条件下， 取小值。
四、刃倾角的作用
影响刀尖的强度以及切屑的流向： λ s > 0，切屑流向待加工面； λ s < 0，切屑流向已加工面； 一般情况下： 粗加工时：λs=0~-5°
精加工时：λs=0~+5 °
削刃和刀头的强度。通常α O=5—12°
选择原则
1. 工件材料： 工件的σ b、HB较大，则α O可选小值 2. 刀具材料： 刀具的σ b、α k较大，则α O可选大值 3. 加工条件： 粗加工时： α O小，精加工时： α O大
三、主偏角、副偏角的作用
1. 影响残留面积的高度
Кγ 、Кγ ’↗ Rmax↗
“指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的 最大磨损尺寸”。以VB表示
五、刀具的使用寿命
“刀具从开始切削一直到磨损量达到磨钝标准为止的总 的切削时间”。记为：T 切削用量与刀具使用寿命的关系：
CT 可见： T 1 m 1Tn最小。在优选切 T 5 2.25P 01.75 p vc 对T的影响最大，f次之，a vc f f a p a vc 削用量以提高生产率时，首先应尽量选大的aP， p 然后根据加工条件和要求选允许最大的f，最后 根据T选取合理的vc。
四、影响切削温度的因素分析
2. 切削用量对切削温度的影响： vc、f、ap↗ θ ℃↗
x c y
C v f
ap
z
用YT15刀具，切削45#钢时( σ b=75kg/cm2)
314v f
0.4 c
0.14
a
0.04 p
四、影响切削温度的因素分析
3. 刀具几何参数对切削温度的影响
三、切屑的类型
2. 挤裂切屑：（节状切屑）
特点：
产生条件： 形状： 切屑冷硬度高，脆且 形成原因： 易断，便于处理； 切削塑性材料、切 宏观上自然连接， 切削层经过充分变 变形相对较大，切削 削速度中等、切削 但外表面呈锯齿形， 力波动较大，易产生 形全过程，最后被 厚度较厚、前角较 如竹节状。 振动； 挤裂。 小。
γ κ
O
↗ ↗
θ ℃↙
r
θ ℃↗
五、控制切削温度的措施
1. 正确使用切削液： 2. 合理选择切削用量：
在满足工艺要求的前提下，取小的 vc较大的 ap、f
3. 改善刀具几何条件： γ O↗ θ ℃↙
第四节 刀具的磨损及使用寿命
一、刀具的磨损形式：
二、刀具磨损机理
1. 磨料磨损 工件和切屑中的硬质点（如炭化物）以及不断脱落 的积屑瘤碎片划擦刀面产生磨损。 2. 冷焊磨损 切屑与刀具在压力和摩擦条件下冷焊粘结，然后相 互被拉开，产生表面破坏伤痕。
tct：换刀一次所需时间； Ct：刀具成本； M：该工序单位时间内机床折旧费及所分担的全厂开支。
第五节 刀具合理几何参数的选择
一、前角的作用 1. 直接影响刀具的锋利程度
前角↗ 刀具锋利↗ 切屑变形程度↙ 切削力↙
2. 直接影响切削刃的强度和刀头强度
前角↗ 楔角↙ 刀刃及刀头强度↙ 易蹦刃
3. 直接影响切屑的形状和断屑效果
前角↙ 切屑变形程度↗ 易断屑
选择原则
1. 工件材料： 脆性材料：γ O小，塑性材料： γ O大 2. 刀具材料： 刀具的σ b、α k较大，则γ O可选大值 3. 加工条件： 粗加工时：γ O小，精加工时： γ O大
“锐字当先、锐中求固”
二、后角的作用
后角的主要作用是减少后刀面与加工工
件之间的摩擦和磨损。后角过大，会削弱切
二、切削热的传递： Q=Q屑+Q刀+Q工+Q介
在不使用冷却液的情况下： Q屑>Q刀>Q工>Q介
第三变形区： 10%的热量
三、切削温度
1. 切削温度分布：
2. 切削温度：
“指切削区（切屑与 前刀面接触区）的 平均温度 切削脆性材料时 最高温度区域
切削塑性材料时 最高温度区域
切削碳钢时：
200℃以下 切屑呈银白色
4. 控制措施：
① ② ③ ④ 提高前刀面的光滑程度； 提高工件的硬度，降低塑性； 采用合适的切削液； 避开积屑瘤产生的速度范围。
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
二、切削力的分解
2.背向力：FP 总切削力在切深方向 1.主切削力：FC F 在基面 的分力。 P 在主运动方向的分力。FC 3.进给抗力：Ff 内，与进给方向垂直。 与切削速度方向一致，又 在进给方向的分力。 称切向抗力。是计算机床 是计算或校核机床 切削功率的主要依据。
4. 蹦碎切屑：
形成原因： 形状： 特点： 产生条件： 材料塑性差，抗拉 切削过程不平稳， 切屑呈不规则 强度低，受前刀面。 切削脆性材料 切削力波动大，有 的碎块状。 挤压时几乎没有塑 冲击，振动大，已 性变形便脆断成不 加工表面粗糙。 规则的碎块。
四、切削的变形及影响因素
1. Biblioteka Baidu形系数：
厚度变形系数：
调整材料的化学成分
hch h hD
长度变形系数：
lc l lch
h l 1
根据体积不变原理数：
hch OM cos( o ) cos( o ) hD OM sin sin
2. 影响切削变形的因素：
① 工件材料：
工件塑性↗
② 刀具角度：
延伸率δ ↗
第二变形区 第三变形区
该区域对工件表面的残余应力以 及后刀面的磨损有很大的影响。 第一变形区
三、切屑的类型
1. 带状切屑：
形成原因： 产生条件： 特点： 形状： 切速高，切削层未及充 切削塑性材料、切削 切削过程变形小，切 连绵不断呈带状，切 分变形即变为切屑，剪 速度高、切削厚度较 削力小且稳定；已加 屑底面很光滑而背面 切面上的应力还未达到 小、前角大。 呈毛茸状。 工表面粗糙度低。对 破坏值，因此只有塑性 生产安全有危害。 滑移而无断裂；前角大， 则刀具锋利；hD小则切 削力小。故易得带状切 屑。
第三章 金属切削过程的基本规律
第一节 金属的切削过程 第二节 切削力与切削功率
第三节 切削热与切削温度
第四节 刀具的磨损及使用寿命
第五节 刀具合理几何参数的选择
第六节 工件材料的切削加工性
第一节 金属的切削过程
一、概述
1. 刀具挤压工件，产生变形 2. 滑移 3. 挤裂 4. 切离
二、切削变形区
ξ↗ ξ↙
γ
O
↗
刀具锋利
塑性变形↙
③ 切削速度：
vc ↗
ξ↙
五、积屑瘤
“在一定的温度和压力 下,切削塑性金属时,切 3. 对切削过程的影响： 屑底层与前刀面嵌入式 ① 积屑瘤代替刀刃进行切削，保护 2. 产生条件： 结合发生冷焊现象,使一 1. 特点： 了刀刃，增大了前角。 部分切屑粘结在前刀面 ② 积屑瘤形状不规则，频繁生长脱 ①切削塑性材料。料 的 ①硬 度 是 工 件 材 落，影响尺寸精度和表面质量。 上,形成积屑瘤”。 2~3.5 倍 ， 可 以 代 替 故： ②切削区的温度、压力 刀具切削。 粗加工时可人为控制积屑瘤的生 和界面状况符合在刀 长，使积屑瘤能稳定存在。 面上发生冷焊的条件。 ②周而复始的生长、脱 精加工时应抑制积屑瘤的产生。 落。
F
进给机构强度的依 据。
2 2 Fc Ff2 Fp
Ff FD sin
Fp FD cos
切削力的测量原理
三、切削力的计算
由实验获得经验公式：
F C a
注意：
Fp手册中的数据为特定切削条件下测得的数据，当实际N ) f K Fp ( ② CF a p p F f KC FK a K Kf p K f
已加工表面粗糙度较 高。
三、切屑的类型
3. 单元切屑：
产生条件： 特点： 形成原因： 形状： 材料塑性很差、 切削力波动很大， 整个剪切面上剪 切屑沿挤裂面 切速低、hD 大、 有振动；已加工 应力超过材料的 完全断开成单元 前角小。 表面非常粗糙， 破坏强度极限。 状。 且有振纹。
三、切屑的类型
第一变形区：（基本变形区） OA~OM之间的区域，是切削 第三变形区： 第二变形区： 过程中的主要变形区，是切削 工件已加工表面与刀具后刀面之 切屑底层与前刀面之间的摩擦 力和切削热的主要来源。 间的挤压、摩擦变形区域。 变形区。主要影响切屑的变形 主要特征： 造成工件表面的纤维化与加工硬 和积屑瘤的产生。 化。 剪切面的滑移变形
Fc
Fc
K rFc
四、单位切削力
“单位面积上的主切削力”：
Fc Fc KC AD f a p
估算切削力：
( N / mm )
2
Fc KC AD KC f a p
五、切削功率
Fc v c Pc 1000
机床总功率：
(kw )
PE
Pc

0.75 ~ 0.85