金属切削原理

切削力↓
3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。 a） 前角go对切削力的影响;
前角对切削力的影响 ap = 4 mm f = 0.25 mm / r
3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。 b） 主偏角Kr 对切削力的影响;
Fy Fxy cos r
Fx Fxy sin r
四、刀具磨损与刀具耐用度
2.刀具磨损的原因 (1) 擦伤磨损 (2) 粘结磨损 (3) 扩散磨损 (4) 氧化磨损
图为切削温度对磨损影响的示意图 ①擦伤磨损 ②粘结磨损 ③扩散磨损 ④氧化磨损
四、刀具磨损与刀具耐用度
3.刀具磨损过程及磨钝标准 (1)刀具的磨损过程
图为硬质合金车刀的典型磨损曲线 YD05-30CrMnSiA；go4º ao8º r45º s-4º ， ， ， ；vc=150m/min，
1. 切屑的形成
衡量切屑变形程度的方法 （1）相对滑移ε

s y B ' C CB ' ' y cot tan( ro )
图为切屑形成过程
1. 切屑的形成
衡量切屑变形程度的方法
(2) 切屑厚度压缩比Λh
cot cos ro sin ro
Λ h hch l D
3.影响切削温度的主要因素
因此，若要切除给定的余量，又要求切 削温度较低，则在选择切削用量时，应优先 考虑采用大的背吃刀量，然后选择一个适当 的进给量，最后再选择合理的切削速度。 上述切削用量选择原则是从最低切削温度 出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规程 时，确定切削用量的原则。
3.影响切削温度的主要因素
Fy C Fy
X Fz f y Fz K aP Fz
X Fy f y Fy K aP Fy
背向力
进给力 Fx C a X Fx f y Fx K Fx P Fx 切削时消耗的功率
Pz
Fz的经验公式
[计算举例]：
用YT5硬质合金车刀外圆纵车σb = 630 MPa的热轧45钢，车 刀几何参数为go =10°、r = 75°、s = –5°，切削用量 为ap = 2mm、f = 0.3mm/r、vc = 100 m / min。 试计算切削力Fz、Fy、Fx 及切削功率Pz 。
四、刀具磨损与刀具耐用度
3.刀具磨损过程及磨钝标准 (2)刀具的磨钝标准 刀具允许达到的最大的磨损量 ，称为 “磨钝标准”。 对于一般刀具，常以后面磨损带高度 VB 的允许极限值作为磨钝标准，定尺寸刀具 和自动化生产中的精加工刀具，常以径向 磨损量NB的允许值作为磨钝标准。
四、刀具磨损与刀具耐用度
3.刀具磨损过程及磨钝标准 (2)刀具的磨钝标准
图为车刀的径向磨损
（2）刀具的磨钝标准
精加工 VB＝0.1 mm ～ 0.3mm； 粗加工 VB＝ 0.6 mm ～ 0.8mm。 2） 工艺系统刚性较差时，应规定较小的磨钝 标准； 3） 粗车钢件，特别是粗车合金钢和高温合金 时，磨钝标准要比粗车铸铁时取得小些。 4） 加工同一种工件材料时，硬质合金刀具的 磨钝标准要比高速钢刀具取得小些。 1）
273 vc
0.26
f
0.07
ap
0.01
四、刀具磨损与刀具耐用度
刀具失效 刀具磨损 刀具破损
四、刀具磨损与刀具耐用度
1. 刀具磨损的形式
图为车刀典型磨损形式
四、刀具磨损与刀具耐用度
2.刀具磨损的原因 (1) 擦伤磨损 （任何切削温度） (2) 粘结磨损 (3) 扩散磨损 （高速切削） (4) 氧化磨损 （高速切削）
五、切削用量的合理选择
什么是合理的切削用量？ 它是指在保证加工质量的前提下，充 分利用刀具和机床的性能，能获得高 的生产率和低的加工成本的切削用量。
（1）ap、f、vc对切削生产率的影响 材料切除率 Q = 1000 vc ap f （mm3/s）
（2）ap、f、vc对表面粗糙度的影响
hD
lch
图为切屑形成过程
1. 切屑的形成
碳素钢，合金钢，铜 铝合金； 黄铜，低速切削钢； 铝； 铸鉄，黄铜
图为切屑类型
2. 积屑瘤
图为积屑瘤与切削刃的金 相显微照片
2. 积屑瘤
积屑瘤高度及其实际工作前角
2. 积屑瘤
（1）积屑瘤对切削过程的影响： 1) 积屑瘤包围着切削刃，可以代替前面、后面和切 削刃进行切削，从而保护了刀刃，减少了刀具的磨 损。 2) 积屑瘤使刀具的实际工作前角增大，而且，积屑 瘤越高，实际工作前角越大，刀具越锋利。 3) 积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精 度。 4) 积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面 粗糙度。
二、切削力
标准切削试验：刀具材料P10，工件材料45钢 σ b = 650 Mpa，车刀几何参数为go =10°、 r = 45°、s =0°。
Fz C Fz
1.0 f 0.75 K aP Fz
即，ap增大一倍，Fz也增大一倍；而f 增大一倍， Fz只能增大68%～80％。
二、切削力
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ap 更为有利。
四、刀具磨损与刀具耐用度
4.刀具耐用度 (1) 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 具耐用度，符号用T，单位用min或s。
四、刀具磨损与刀具耐用度
4.刀具耐用度 (2) 刀具耐用度与切削用量的关系
m T
Cv v ap f c
xv yv
vc
2 Fz2 Fxy
Fz2 Fx2 F y2
Fx Fxy sin r
Fy ( 0 .15 ~ 0 .7 ) Fz Fx (0.10 ~ 0.6) Fz
Fy Fxy cos r
1.总切削力的分解和切削功率
（2）切削功率
Pz
Fz vc 6 10
4
单位：kw
Fz——切削力，单位：N； vc——切削速度，单位：m/min。
3. 影响切削力的因素
2）切削用量对切削力的影响。 b）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
2）切削用量对切削力的影响。 b）切削速度Vc对切削力的影响;
3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。 a） 前角go对切削力的影响;
前角go↑
刀刃锋利↑
变形抗力↓
金属切削原理及其应用
一、切削变形 二、切削力 三、切削热与切削温度 四、刀具磨损与耐用度变化
1.1 金属切削过程的基本规律
一、切削变形 变形Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ区， 剪切面间距0.02-0.2mm。
1. 切屑的形成
图为金属切削过程中的滑移线
1.1 金属切削过程的基本规律.
• （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。
3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。 c）刃倾角s 对切削力的影响;
s↑
背前角gp↑
侧前角gf ↓
Fp↓ Ff↑
3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。 d）刀尖圆弧半径r 对切削力的影响;
3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。 e）使用切削液 对切削力的影响;
四、刀具磨损与刀具耐用度
4.刀具耐用度 (2) 刀具耐用度与切削用量的关系 制订工艺规程时，如果既要保证较长的刀具 寿命，又要追求较高的切削效益，那么，确定 切削用量就应该遵循下列原则：采用尽可能大 的背吃刀量，采用能满足已加工表面粗糙度要 求的尽可能大的进给量，再根据所确定的刀具 寿命值，按切削用量与刀具寿命的关系公式计 算切削速度。
(2)刀具几何参数 1） 前角 2） 主偏角
三、切削热和切削温度
3.影响切削温度的主要因素 (3)工件材料 工件材料的强度、硬度越高，总切削力越大， 单位时间内产生的热量越多，切削温度也就越高。 工件材料的导热性好，从切屑和工件传出的切 削热相应增多，切削区的平均温度降低。 例如，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 的切削温度高于切削45钢的切削温度。
2. 积屑瘤
（2）积屑瘤的成因： 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。
二、切削力
1.总切削力的分解和切削功率 （1）总切削力的分解 1）切削力Fc (Fz) 2）背向力Fp (Fy) 3）进给力Ff (Fx)
1.总切削力的分解和切削功率
（1）总切削力的分解
F
2. 切削力的经验公式
[解]：
Fz C Fz
X Fz f y Fz K aP Fz
查表 2.1 得：
二、切削力
3. 影响切削力的因素 总切削力的来源有两个方面： 一是克服被加工材料对弹性变形和塑 性变形的抗力； 二是克服切屑对刀具前面的摩擦阻力 和工件表面对刀具后面的摩擦阻力。
3. 影响切削力的因素
T
m
Cv y f v
a pv
x
kv
式中， Cv--与耐用度实验条件有关的系数； m、xv 、yv—分别表示对T 、ap和f影响程度的指数； Kv—切削条件与实验条件不同的修正系数。
四、刀具磨损与刀具耐用度
4.刀具耐用度 (2) 刀具耐用度与切削用量的关系 切削用量对刀具T的影响程度与切削用量对 切削温度 θ 的影响程度是一致的，切削速度对 刀具寿命的影响最大，其次是进给量，背吃刀 量的影响很小。
3.影响切削温度的主要因素
(4)切削液
4.切削温度的试验公式
切削温度的实验公式是由标准切削实验得来的。 实验条件如下： C620-1改装无级调速车床，工件与刀片材料切 削对为YT15 – 45钢，切削速度 vc = 60 m / min ～ 200 m / min，进给量f = 0.4 mm / r ～ 0.6 mm / r，背吃刀量asp = 0.5 mm ～ 3.0 mm。
Q Fz vc
3.影响切削温度的主要因素
(1)切削用量
C a p
X
f
y
vc k
z
C
高速钢刀具 硬质合金钢刀具 140~170 320
x
0.08 ~1 0.05
y
0.2 ~0.3 0.15
z
0.35 ~0.45 0.26 ~0.41
切削用量对切削温度的影响程度以切削速度 为最大，进给量次之，背吃刀量最小。
三、切削热和切削温度
1.切削热的来源与传出 加工 切屑 工件 方法 车削 50~80 10~40 % % 铣削 70% <30% 钻、 镗削 磨削 30% 4% 刀 具 <5 % 5%
>50% 15% >80% 12%
图 切削热的来源与传导
三、切削热和切削温度
1.切削热的来源与传出
图为不同切削速度下的热量传出比例
1）工件材料的性能对切削力有显著的影响。 工件材料的硬度或强度愈高，材料的 剪切屈服强度也愈高，发生剪切变形的 抗力也愈大，故切削力也愈大。
3. 影响切削力的因素
2）切削用量对切削力的影响。 a）背吃刀量ap 和进给量f 对切削力的影响;
背吃刀量ap ↑ 进给量f↑
AD ↑
变形抗力 ↑ 摩擦力
↑ 切削力
1.总切削力的分解和切削功率
（2）切削功率
Pz
Fz vc 6 10
4
单位：kw
PE
Pz

——机床传动效率，一般，取 = 0.75～0.85。
二、切削力
2. 切削力的经验公式
切削力 Fz C Fz
X Fz f y Fz K aP Fz
2. 切削力的经验公式
切削力
Fz C Fz
三、切削热和切削温度
2. 切削温度的分布
a） 法平面内的切削温度分布 b）刀具前面上的切削温度分布 图为切削温度的分布
3.影响切削温度的主要因素
(1)切削用量 在切削用量中，切削速度对切削温度的 影响最大。 随着切削速度的提高，材料切除率随之 成正比例的增加。但随着切削速度的提高， 切屑变形相应减小，所以，切削功和切削热 虽然有所增高，但不可能成正比例的增高， 因此，切削温度也不会成正比例的增高。