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1、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,刀具挤压工件，产生变形,滑移,挤裂,切离,二、切削变形区,第一变形区：（基本变形区） OAOM之间的区域，是切削过程中的主要变形区，是切削力和切削热的主要来源。 主要特征： 剪切面的滑移变形,第二变形区： 切屑底层与前刀面之间的摩擦变形区。主要影响切屑的变形和积屑瘤的产生。,第三变形区,第二变形区,第一变形区,第三变形区： 工件已加工表面与刀具后刀面之间的挤压、摩
2、擦变形区域。 造成工件表面的纤维化与加工硬化。 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。,三、切屑的类型,带状切屑：,产生条件： 切削塑性材料、切削速度高、切削厚度较小、前角大。,形状： 连绵不断呈带状，切屑底面很光滑而背面呈毛茸状。,形成原因： 切速高，切削层未及充分变形即变为切屑，剪切面上的应力还未达到破坏值，因此只有塑性滑移而无断裂；前角大，则刀具锋利；hD小则切削力小。故易得带状切屑。,特点： 切削过程变形小，切削力小且稳定；已加工表面粗糙度低。对生产安全有危害。,三、切屑的类型,挤裂切屑：（节状切屑）,形状： 宏观上自然连接，但外表面呈锯齿形，如竹节状。,产生条件：
3、切削塑性材料、切削速度中等、切削厚度较厚、前角较小。,形成原因： 切削层经过充分变形全过程，最后被挤裂。,特点： 切屑冷硬度高，脆且易断，便于处理； 变形相对较大，切削力波动较大，易产生振动； 已加工表面粗糙度较高。,三、切屑的类型,单元切屑：,形状： 切屑沿挤裂面完全断开成单元状。,产生条件： 材料塑性很差、切速低、hD大、前角小。,形成原因： 整个剪切面上剪应力超过材料的破坏强度极限。,特点： 切削力波动很大，有振动；已加工表面非常粗糙，且有振纹。,三、切屑的类型,蹦碎切屑：,形状： 切屑呈不规则的碎块状。,产生条件： 切削脆性材料。,形成原因： 材料塑性差，抗拉强度低，受前刀面挤压时几乎
4、没有塑性变形便脆断成不规则的碎块。,特点： 切削过程不平稳，切削力波动大，有冲击，振动大，已加工表面粗糙。,四、切削的变形及影响因素,变形系数：,厚度变形系数：,长度变形系数：,根据体积不变原理数：,影响切削变形的因素：,工件材料：,刀具角度：,切削速度：,工件塑性,延伸率 , ,O ,刀具锋利,塑性变形,vc ,五、积屑瘤,“在一定的温度和压力下,切削塑性金属时,切屑底层与前刀面嵌入式结合发生冷焊现象,使一部分切屑粘结在前刀面上,形成积屑瘤”。,特点： 硬度是工件材料的23.5倍，可以代替刀具切削。 周而复始的生长、脱落。,产生条件： 切削塑性材料。 切削区的温度、压力和界面状况符合在刀面上
5、发生冷焊的条件。,对切削过程的影响： 积屑瘤代替刀刃进行切削，保护了刀刃，增大了前角。 积屑瘤形状不规则，频繁生长脱落，影响尺寸精度和表面质量。 故： 粗加工时可人为控制积屑瘤的生长，使积屑瘤能稳定存在。 精加工时应抑制积屑瘤的产生。,控制措施：,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：,工件、切屑的变形抗力,刀具与切屑、工件与刀具之间的摩擦阻力,二、切削力的分解,主切削力：FC 在主运动方向的分力。FC与切削速度方向一致，又称切向抗力。是计算机床切削功率的主要依据。,背向力：FP 总切削力
6、在切深方向的分力。 FP在基面内，与进给方向垂直。,进给抗力：Ff 在进给方向的分力。是计算或校核机床进给机构强度的依据。,切削力的测量原理,三、切削力的计算,由实验获得经验公式：,注意： 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 手册中的数据为特定切削条件下测得的数据，当实际的条件与实验公式条件不符时，应加修正系数。,四、单位切削力,“单位面积上的主切削力”：,估算切削力：,五、切削功率,机床总功率：,单位切削功率,“单位时间内切下单位体积金属所需的功率”,第三节 切削热与切削温度,一、产生原因： 切削层的弹性及塑性变形。 切屑与前刀面，工件与后刀面
7、的摩擦。,第一变形区： 60%的热量,第二变形区： 30%的热量,第三变形区： 10%的热量,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,三、切削温度,切削温度分布：,切削温度：,切削碳钢时：,四、影响切削温度的因素分析,工件材料:,HB、b,切削抗力,功耗,45#钢为例：,四、影响切削温度的因素分析,切削用量对切削温度的影响：,vc、f、ap, ,用YT15刀具，切削45#钢时( b=75kg/cm2),刀具几何参数对切削温度的影响,四、影响切削温度的因素分析,O , , ,r ,五、控制切削温度的措施,正确使用切削液：,合理选择切削用量：,在
8、满足工艺要求的前提下，取小的 vc较大的 ap、f,改善刀具几何条件：, ,O,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,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。,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。,二、刀具磨损机理,扩散磨损：,工件材料和刀具在高温下（9001000）相互扩散造成的磨损。,二、刀具磨损机理,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（700800）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,
9、“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：,可见： vc对T的影响最大，f次之，aP最小。在优选切削用量以提高生产率时，首先应尽量选大的aP，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。,六、刀具合理使用寿命的选择,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”。,经济使用寿命：Tc,“根据单件工序成本最低的原则来确定T”。,式中：m：指数。 对于高速钢： m=0.10.125， 硬质合金： m=0.10.
10、4， 陶瓷刀具： m=0.20.4 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,直接影响刀具的锋利程度,刀具锋利,切屑变形程度,切削力,前角,直接影响切削刃的强度和刀头强度,前角,刀刃及刀头强度,易蹦刃,楔角,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,工件材料：,脆性材料：O小，塑性材料： O大,刀具材料：,刀具的b、k较大，则O可选大值,加工条件：,粗加工时：O小，精加工时： 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
11、擦和磨损。后角过大，会削弱切削刃和刀头的强度。通常O=512,选择原则,工件材料：,刀具材料：,刀具的b、k较大，则O可选大值,加工条件：,粗加工时： O小，精加工时： O大,工件的b、HB较大，则O可选小值,三、主偏角、副偏角的作用,影响残留面积的高度,、,Rmax,影响三个切削分力的大小和比例关系,三、主偏角、副偏角的作用,主偏角影响切屑层的形状,在f、ap相同的情况下：,bD ,刀刃工作长度,单位负荷,选择原则,工件材料：, ,工艺系统刚性：,刚性好，则取小值。,加工条件：,粗加工时： 大，精加工时： 小,HB ,r、r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： s 0，切屑流向待加工面； s 0，切屑流向已加工面；,一般情况下： 粗加工时：s=0-5 精加工时：s=0+5 工艺系统刚性不足，则s 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,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 调整材料的化学成分,
