金属切削

在切削加工中刀具与工件的相对运动称为切削运动（主运动，进给运动，合成切削运动）切削用量三要素：切削速度Vc（Vc=πdw.n/1000），进给量f（Vf=nf，Vf为进给速度），背吃刀量ap，ap=（dw-dn）/2

多齿刀具fz：Vf=n.f n=zn.fz

刀具由刀头、刀体构成。两部分结合有硬钎焊和机械连接两种。

刀具切削部分组成“三面””两刃”“一尖”

1.前面（ Aγ）是产生切削力的面，同时又是切削接触并流过的刀面

2.主后面（Aα）是与工件上的过度表面相对的刀面

3.副后面（Aα’）是与工件上的已加工表面相对的刀面

4.主切削刃（S）是前面与主后面相交的棱线。切削过程中由它产生过渡面，担任主要的切削工作。

5副切削刃（S’）是前面与后副面相交的棱线。切削过程中由它产生已加工面，同时修整已加工表面和协同主切削刃完成金属的切除工作。

6.刀尖是主切削刃与副切削刃的交点。

刀具静止参考系平面：基面，切削平面，主剖面

基面Pγ⊥V c、平行与车刀切削平面P s，与S相切且⊥Pγ主剖面P0⊥Ps

刀尖安装高低对工作角度的影响

1．将刀尖对准工件的工作重中心安装，此时基面与车刀底平面平行，切削平面与车刀底平面垂直，刀具静止角度与工作角度相等

2．将刀尖安装高于工件的工作中心，此时工作基面Pre和工作切削平面Pse相对静止参考系中的基面Pr和切削平面Ps向逆时针方向扭转一个角度θf，使工作前角γoe增大，工作后角αoe减小

3．将刀尖安装低于工件的工作中心，此时工作基面Pre和工作切削平面Pse相对静止参考系中的基面Pr和切削平面Ps向顺时针方向扭转一个角度θf，使工作前角γoe减小，工作后角αoe增大。

刀具安装高低对工作角度的影响：γoe=γ0+-θ0 αoe=α0+—θ0 sinθ=2h/d w

静止角度标注：前角γ0（前面Aγ与基面Pr夹角）

后角α0（主后面Aα与切削平面Ps夹角）

主偏角：主刀刃在基面上的投影与进给运动方向夹角，一般为正

副偏角：副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角，一般为正

刃倾角：在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角

前角越大，刀越锋利，切削轻快，强度下降，不宜散热

减小主后刀面与加工表面的摩擦

工作角度是在实际切削加工中，切削平面、基面和正交平面位置会发生变化

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即实际角度

静止角度是在假设条件下定义的角度，是供设计、刃磨、测量使用的，由于近给，速度，刀具安装的变化是静止角度与实际角度不同

镗孔时，为使切削顺利，避免车刀因刚度差产生扎刀而把孔车大，对整体单刃车刀，允许刀尖高于工作中心0.01D（D为孔径）

在切削材料或车端面时，刀尖应严格安装到工件的中心位置，否则容易产生打刀。

切削层公称横截面积A D----在切削层参数平面内度量的横截面积A D=a p f=b D h D

切削层公称宽度b D-------------平行于正在加工的表面(过渡表面)度量的切削层参数。反映切削刃参加切削的工作长度b D=a p/sink r

切削层公称厚度h D-------垂直正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层参数。反映了

切削单位长度上的切削负荷h D=f.sinKr

切削层公称横截面积只由进给量与背吃刀量决定，但横截面积形状与主偏角刀尖圆弧半径大小有关

单位时间切下的金属体积，即金属切除率z w=A D.V C=f.a p.v c

若z w单位mm3/s,v单位m/s, Z W=1000f.a p.v c

切削方式：自由切削与非自由切削；直角切削和斜角切削

刀具种类：工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢）全是金属元素，冶炼加工，高速钢中加入合金元素。硬质合金粉末冶金陶瓷、超硬刀具材料，立方氮化硼，金刚石。

一般机加工使用最多的是高速钢和硬质合金。

第I变形区：即剪切变形区，金属剪切滑移，成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。消耗大部分功率，并产生大量的切削热。

第II变形区：靠近前刀面处，切屑排出时受前刀面挤压摩擦。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。切屑沿前刀面流出时受到挤压和摩擦，使靠近前刀面的晶粒进一步剪切滑移。特征是晶粒剪切滑移剧烈呈纤维化，纤维化方向平行前刀面，有时有滞流层。切屑与前刀面的压力很大，高达2~3Gpa。由此摩擦产生的热量也使切屑与刀具面温度上升到几百度的高温，切屑底部与刀具前刀面发生粘结现象。特点：在高温高压作用下，切屑底层与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。两个摩擦区：粘结区：高温高压使切屑底层软化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形成长度为Lfi的粘结区。切屑的粘接层与上层金属之间产生相对滑移，其间摩擦属于内摩擦。滑动区：切屑在脱离前刀面之前，与前刀面

只在一些突出点接触，切屑在前刀面之间的摩擦属于外摩擦。

第III变形区：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，应力集中而复杂。三个变形区内的变形又相互影响。

绝对滑移△S：金属滑移的总量相对滑移ε：滑移距离△S与单元厚度△y之比

ε=cotΦ+tan(Φ-γ0)

变形系数ξ，切屑厚度与切削层厚度的比值。Λh=cos(Φ-γ0)/sinΦ

剪切角Φ：剪切面与切削速度方向之间的夹角。Φ=45°-β+γ0

前角γ0增大时，Φ增大，变形减小。故在保证刀刃强度条件下增大前角可以改善切削过程（降低切削力、温度、提高表面质量等）

摩擦角β增大时。Φ减小，变形增大。故提高刀具刃磨质量，使用切削液可减小前刀面上的摩擦，对切削过程有利。

影响切削变形的因素：1.工件材料：在切削条件相同的情况下，被切材料的强度高、硬度高，变形系数越小，故切削变形越小。被切材料的塑性越大，越容易产塑性滑移和剪切变形，故变形系数越大，变形也较为严重。2.刀具前角：前角增大时，切屑流出的阻力减小，切削变形减小。3.切削速度：切削速度是通过切削温度和积屑瘤影响切削变形。在低速阶段，切削温度低，切屑底面与前刀面不易形成粘结，切削变形小。当切削速度达到Vc1时，开始产生积屑瘤，随着切削速度的提高所形成的积屑瘤的高度也逐渐增加，刀具实际前角增大，切削变形减小。切削速度达到Vc2时，积屑瘤高度达到最大值，前刀面的实际前角也达到最大值，切削变形最小。当切削速度由Vc2进入Vc3时，积屑瘤高度又降低，实际前角减小，切削变形随之增大。当切削速度超过40m/min并继续提高时，温度升高，摩擦系数降低，切削变形又减小。4.进给量：当主偏角一定时，增大进给量，切屑厚度也增加，切削变形减小。

积屑瘤的成因：刀-屑因摩擦而导致的冷焊。积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化性质有关，也与刃前区的温度和压力分布有关。塑性材料的加工硬化倾向越强，越易产生积屑瘤。温度与压力太低，不会产生积屑瘤，温度太高，也不会产生积屑瘤。走刀量保持一定时，积屑瘤高度与切削速度有密切关系。

积屑瘤对切削过程的影响：实际前角增大，增大切削厚度，肯能引起振动。使加工表面粗糙度增大，对刀具寿命有影响。

积屑瘤作用：有利：可增大实际前角，减少变形和切削力、可保护切削刃，降低刀具磨损

不利：积屑瘤不稳定时，有可能使脆性刀具颗粒剥落，反而加剧刀具磨损、产生积屑瘤后使切削厚度增大，影响工件尺寸精度、当积屑瘤不温度时，由于积屑瘤产生-成长-脱落周期动态变化，易引起振动、脱落的积屑瘤碎片影响工件表面粗糙度，也易划伤刀具使耐用度降低。

防止积屑瘤的方法：1.降低切削速度，使温度降低，粘结现象不易发生。2.采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度。3.采用润滑性能好的切削液，减小摩擦。4.增大刀具前角，以减小切屑于前刀面接触区的压力。5.适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向

切屑类型：带状切屑，节状切屑，粒状切屑，崩碎切屑

各种因素对积屑瘤的影响：工件材料的影响，切削速度，刀具前角，刀具表面粗糙度，切削液