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1、1第二章 金属切削基本原理2-1 金属切削过程一切屑的形成与切削变形切屑的形成过程及变形区的划分I 变形区剪切滑移，塑性变形II 变形区切屑流出，受挤压，剧烈摩擦III 变形区挤压、摩擦，金属回弹，产生残留应力第一变形区金属的剪切滑移OA、OM剪切面剪切角剪切面和切削速度方向之间的夹角变形系数切屑变厚变短 hchcDch hll hh3前刀面的挤压摩擦与积屑瘤内摩擦高温高压，金属内部的挤压摩擦剪切滑移积屑瘤积聚、滞留、粘结、产生、成长、脱落作用保护切削刃，增大前角影响工件尺寸精度，使表面粗糙度值变大，振动措施高速切削、大前角、小进给、切削液4已加工表面变形与加工硬化挤压摩擦回弹加工硬化冷硬、显
2、微裂纹、残余应力二切屑的类型带状切屑高速挤裂切屑(节状切屑)低速单元切屑(粒状切屑)极低速崩碎切屑脆性材料2三影响切削变形的因素1工件材料塑性越大，强度硬度越低，屈服极限低，切屑变形越大2.刀具前角前角越大，刃锋利，挤压小，剪切角越大切屑变形越小3.切削用量（1）切削速度通过积屑瘤和切削温度影响呈波形变化（2）进给量进给量越大，切屑变形程度越小2-2 切削力 一.切削力的来源及分解1切削力的来源弹性、塑性变形力 nFnF,摩擦力 切削合力FF弹性、塑性变形力 nFnF,摩擦力F2.切削力的分解（1）切削力（切向力）主运动方向的分力cF（2）背向力（径向力）加工法向方向上的分力pF（3）进给力（
3、轴向力）进给方向的分力fF2222 ,2 fPcpfcFFFFFF3二. 切削力测定和切削力实验公式1切削力的测量原理2.计算切削力的实验公式 切削力 Fc= ccFcFcFcFn cyx pFkfaC背向力 Fp= pFpFppFpFn cyxpFkfaC进给力 Ff= Ffn cyx pFkfaCFffFFff三单位切削力、切削功率1.单位切削力切除单位切削层面积所产生的主切削力 pDDbFF AF hfapcpccc2.切削功率切削过程中所消耗的功率切削功率 Pc Pc31060ccvF机床电机所需功率 PE PE = Pc /（=0.750.85） 校验和选取机床电机的依据四影响切削力
4、的因素工件材料强度、硬度、塑性大切削力大 切削用量大，较大，vC无明显影响paf刀具几何参数前角 增大切削力减小主偏角r大小Fp、Ff的比值刀具磨损 刀具材料及切削液最典型值=1 CFx=0.75 CFy=0 CFn42-3 切削热与切削温度一切削热的来源与传导弹性、塑性变形功 + 摩擦功车：5086切屑，1040车刀，39工件，1空气。钻：28切屑，145刀具，525工件，5介质。磨：4磨屑，12砂轮，84工件。二切削温度切屑与前刀面接触区域的平均温度kvfaCz cyx p三影响切削温度的因素切削用量v 大，f 中，ap 小刀具几何参数前角 大切削温度低主偏角 r大切削温度高刀具磨损工件材
5、料硬度、强度高，导热系数小切削温度高脆性材料切削温度低切削液四切削液1.切削液的作用 （1）冷却作用（2）润滑作用（3）清洗与防锈作用2.常用切削液及其选用（1）水溶液水+防锈剂、清洗剂、油性添加剂磨削、粗加工（2）乳化液乳化油+水车削、钻削、攻螺纹（3）切削油 矿物油、+动植物油滚齿、插齿、车螺纹、一般精加工 （4）极压切削油切削油+硫、氯和磷极压添加剂难加工材料的精加工 最典型值：0.1，x0.2，y0.4z52-4 磨削机理一磨削过程1.磨粒的形状微刃、负前角2.磨屑的形成过程（1）滑擦阶段（弹性变形阶段） 切削厚度由零逐渐增大，只产生弹性变形，不产生切屑（2）刻划阶段（塑性变形阶段）
6、切削刃开始切入，产生塑性流动，推向前方和两侧，刻划出沟痕，两侧隆起（3）切削阶段（磨屑形成阶段） 金属层受挤压，沿剪切面滑移，形成切屑流出磨屑形态塑性材料带状切屑脆性材料挤裂切屑高温球状或灰烬形态二磨削力1磨削力的主要特征单位磨削力很大70000Nmm2以上背向力 FP值最大FPFC=2.02.52.影响磨削力的因素砂轮速度vs增大，磨粒数量增大，切削厚度减小，磨削力减小工件速度vw和轴向进给量增大，磨去金属量增大，磨削力增大径向进给量 f r 增大，切削厚度增大，磨削力增大砂轮磨损，磨削力增大6三磨削热和磨削温度1.磨削温度的基本概念砂轮磨削区温度 A1000C 左右磨粒磨削点温度 dot几
7、百度2.影响磨削温度的主要因素砂轮速度vs增大，磨粒多，切削厚度小，挤压摩擦加剧，滑擦多，温度升高工件速度vw增大，金属切除量增大，温度升高径向进给量 fp增大，磨削力增大，发热多，温度升高工件材料金属导热性差，温度高。钢含碳量高，导热性差韧性和强度高，温度高砂轮硬度与粒度砂轮软温度低；粒度粗温度低四磨削过程中的砂轮磨损磨损形态磨耗磨损、磨粒破碎、脱落磨损磨损期初期磨损磨粒破碎第二期磨损磨耗磨损第三期磨损脱落磨损五磨削过程中的砂轮修整修整作用：去除钝化磨粒或已堵塞磨粒，新磨粒露出来有足够数量的有效切削刃，提高表面质量修整工具：单颗粒金刚石，碳化硅修整轮，电镀人造金刚石滚轮等修整工艺：较小的修整
8、导程适宜的修整深度72-5 刀具磨损与刀具耐用度一刀具磨损1.刀具磨损的形态非正常卷刃、裂纹、崩刀、破裂正常前刀面磨损月牙洼宽度 KB 和深度 KT后刀面磨损平均磨损值 VB前后刀面同时磨损2. 刀具磨损原因磨料磨损硬质点(碳化物等)及积屑瘤滑擦划出沟纹粘结磨损压力大、摩擦强粘结，冷焊被破坏而带走扩散磨损化学元素相互扩散，改变成分与结构表层变脆弱，磨损相变磨损温度升高到相变温度，金相组织变化硬度降低，磨损氧化磨损高温，某些成分氧化氧化物，硬度下降，擦掉，磨损3刀具磨损过程初期磨损阶段正常磨损阶段急剧磨损阶段4.刀具的磨钝标准后刀面磨损带高度 VBVB0.3mm若主后面为无规则磨损，VBmax0
9、.6mm)前刀面磨损量 KT0.06 十 0.3f ( f 为进给量)二刀具耐用度 T1刀具耐用度的定义新刃磨的刀具从开始切削至达到磨钝标准为止的切削时间刀具寿命 一把新刀具从使用到报废为止的切削时间2切削用量对刀具耐用度的影响vc大，f 中，ap 小75. 025. 25CTpv afv8vvyx pcvm favCT刀具耐用度允许的切削速度=Tvvyx pmvKfaTCvv3刀具耐用度的选择经济耐用度 Tc以单件工序成本为最低的原则来确定最大生产率耐用度 Tp以单位时间内加工工件的数量为最多的原则来确定2-6 刀具几何参数与切削用量的选择一刀具几何参数的选择刀具角度前角、后角、主偏角、刃倾
10、角，副偏角、副后角刀面型式卷屑槽、断屑台、铲背切削刃的剖面形式负倒棱、消振棱、刃带刃形直线刃、折线刃、圆弧刃、波形刃1.刀具合理几何参数选择应考虑的因素工件材料化学成分、制造方法、热处理状态、性能，表层情况刀具材料、结构化学成分、性能，刀具结构形式加工条件机床、夹具，系统刚性，功率，切削用量和切削液各参数间的联系综合考虑相互作用与影响2.刀具角度的选择（1）前角及前面的选择1)功用大前角减小切削力、热，提高刀具寿命、表面质量强度降低、温度升高2)选择原则加工材料塑性材料(如钢)大前角9脆性材料(如铸铁)小前角材料强度、硬度小大前角材料硬度、强度高小前角、甚至负前角。刀具材料高速钢大前角硬质合金
11、小前角加工性质精加工时大前角粗加工小前角3）前刀面型式的选择正前角平面型精加工、成形车刀、铣刀，加工脆性材料正前角平面带倒棱型粗切削铸、锻件，加工断续表面正前角曲面带倒棱型粗加工，精加工塑性材料负前角单面型切削高硬度（强度）材料、淬火钢材料负前角双面型 （2）后角及后刀面的选择1)功用大后角减小摩擦、提高寿命、改善表面质量强度降低、散热差、磨损加快2)选择原则切削层厚度 hD小大后角， 切削层厚度大小后角工件材料强度、硬度高小后角塑性大大后角工艺系统刚性差振动小后角尺寸精度要求高重磨小后角3）后面的型式10双重后面保证刃口强度，减少刃磨 消振棱增加接触面积，增加阻尼，消除振动 刃带（后角=0）
12、稳定、导向、消振、延长使用时间副后角的选择通常等于后角0切断刀、切槽刀、锯片铣刀后角很小一般0.520（3）主偏角和副偏角的选择1)功用影响残留面积高度小主偏角、副偏角小粗糙度值影响切削层形状大主偏角切削宽度小，厚度大，负荷大影响切削分力的比例大主偏角小背向力 Fp ，大进给力 Ff 影响刀尖角的大小影响刀尖强度、导热面积、容热体积影响断屑效果和排屑方向大主偏角切屑变厚变窄，易折断2)合理主偏角值的选择粗、半精加工大主偏角减小振动，延长寿命，断屑、大切深加工硬材料小主偏角减轻负荷，导热、容热、延长寿命工艺系统刚性好小主偏角延长寿命刚性差大主偏角减小背向力 Fp 。3）合理副偏角值的选择 一般较
13、小510精加工小，0加工高强高硬材料或断续切削小，46切断刀、锯片、槽铣刀小，124）过渡刃的型式直线刃粗车、强力车，r=r/2圆弧刃刀尖圆弧半径小粗糙度值r11水平修光刃r0小粗糙度值大圆弧刃宽刃精车刀、宽刃精刨刀、浮动镗刀（4）刃倾角的选择1）功用控制切屑流出方向影响刀尖强度 s0，非刀尖先切入工件，避免冲击，延长寿命影响切入切出的平稳性 s0，逐渐切入，冲击小，切削平稳 影响切削分力之间的比值 s减小进给力减小，背向力 增大2）合理选择粗车钢料、灰铸铁0-5 精车0+5冲击载荷-5-15 冲击特别大-30-45强力刨削-10-20车淬硬钢-5-12工艺系统刚性差0微量精车、精镗、精刨4575金刚石、立方氮化硼车刀0-5二切削用量的选择1.选择切削用量的原则保证质量，高生产率和低成本，合理的刀具耐用度生产效率用量大，时间小。粗加工尽量增大pa机床功率背吃刀量大，功率大粗加工尽量增大f刀具耐用度背吃刀量影响最小优先增大pa表面粗糙度提高，限制提高cvf基本原则：尽量大的背吃刀量，较大的进给量，合理的切削速度pafcv122.切削用量选择方法（1）粗加工时切削用量的选择背吃刀量余量，刚性尽量一次切除pa1=（） 2=（）pa32 43pa31 41进给量刚性、强度查表法f校验机床进给机构的强度切削速度
