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1、 第二章金属切削基本理论及其应用Date1第二章切削过程的四个基本规律：切削变形、切削力、切削热与切 削温度、刀具磨损与耐用度 重点：切削变形、切削力、刀具 几何参数的选则。 难点：将上述四大规律综合合 理选择刀具几何参数。Date2第二章2.1 金属切削层的变形一、三个变形区 第一变形区（剪切滑移）： 从OA线开始发生塑性变形，到OM线晶粒的剪 切滑移基本完成，这一区域称为，剪切角 第二变形区（纤维化）：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，这一区域称为第三变形区（纤维化与加工硬化）：近刀刃处已加工表层内产生的变形区。Date3第二章二、变形程度的表示
2、方法1、剪切角：V， ，A剪切 ，切削省力。条件：获得切屑根部图片，量出。 2、变形系数上述是根据纯剪切观点提出的，但切削过程是复 杂的，既有剪切、又有A 对切屑的挤压和摩擦 作用，不能反映全部的变形实质。 =1，有变形吗？Date4第二章三、前刀面的挤压与摩擦1、作用力分析 作用在A 上的力： 法向力Fn 、 摩擦力Ff ，合力Fr 作用在剪切面上的力：剪切力Fs 、正压力Fns ，合力Fr 。由 Fr =Fr 求或前刀面摩擦系数的方法 2、 与的关系 ：（1）当o ， ，变形减小，即o 对改善切削过 程有利。 （2） ，变形增大。减小摩擦的方法：？思考=o-+/4Date5第二章四、积屑瘤
3、积屑瘤：切削速度不高，加工塑性材料时，常常在 前刀面处粘着一块剖面呈三角状的硬块。它的硬 度很高，通常是工件材料的23倍，在处于比较 稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。这块冷 焊在前刀面上的金属称为。 1、积屑瘤的产生 （1） 摩擦，使前刀面十分洁净； （2）产生粘结现象即 “冷焊”； （3）底层上面的金属因内摩擦而变形，也会发生加工硬 化，而被阻滞在底层，粘成一体； （4）粘结层就逐步长大。Date6第二章2、积屑瘤形成的条件（1）它的积聚高度与金属材料的硬化性质有关 ，一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强， 愈易产生积屑瘤； （2）与刃前区的温度（300350500）和压力 分布有关。温
4、度与压力太低，不会产生积屑瘤 ；反之，温度太高，产生弱化作用，也不会产 生积屑瘤。积屑瘤高度与切削速度有密切关系，Date7第二章3、积屑瘤对切削过程的影响（1）实际前角增大它加大了刀具的实际前角，可使切削力减小，对切削过程起 积极的作用。积屑瘤愈高，实际前角愈大。（2）增大切削厚度（3）使加工表面粗糙度增大积屑瘤的底部则相对稳定一些，其顶部很不稳定，容易破裂 ，一部分连附于切屑底部而排出，一部分残留在加工表面上， 积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面切得非常粗糙，因此在精加工 时必须设法避免或减小积屑瘤。（4）对刀具寿命的影响积屑瘤粘附在前刀面上，在相对稳定时，可代替刀刃切削， 有减少刀具磨损、提高
5、寿命的作用。但在积屑瘤比较不稳定的 情况下使用硬质合金刀具时，积屑瘤的破裂有可能使硬质合金 刀具颗粒剥落，反而使磨损加剧。Date8第二章5、防止积屑瘤的措施降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易发 生；采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的 相应温度采用润滑性能好的切削液，减小摩擦； 增加刀具前角，以减小切屑与前刀面接触区的 压力； 适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。Date9第二章2.2 切削力 切削力：切削过程中作用在刀具与 工件上的力。一、切削力的来源、合力及其分解 1、来源：弹性变形、塑性变形抗力；摩擦阻力。 2、切削合力及其分解 主切削力Fz ：它切于过渡表面 并与基面垂直
6、。Fz是计算车刀 强度，设计机床零件，确定机床 功率所必需的。Date10第二章切深抗力 、径向力 Fy 在基面内并与工件轴线垂直的力。Fy用来 确定与工件加工精度有关的工件挠度，它与切 削过程中产生的振动有关。 进给抗力、轴向力Fx 它是处于基面内与工件轴线平行与走刀方向 相反的力。Fx是设计走刀机构，计算车刀进给 功率所必需的。Date11第二章二、切削力的测量及实验公式1、测力仪的测量原理是利用切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生 的变形，或作用在压电晶体上产生的电荷经过转换后 ，读出Fz、Fx、Fy的值。在自动化生产中，还可利用 测力传感装置产生的信号优化和监控切削过程。目前常用的是电
7、阻应变片式测力仪和压电测力仪。电桥分析 半桥、全桥，八角环测力仪Date12第二章三、车削力实验公式的建立单因素实验法单位切削力：单位时间内的金属切除量： 切削功率：机床电机功率：Pm=Fz v10-3=p apf v10-3(KW) P= Fz /AD= Fz / ap f (N/mm2)Zw=1000 ap f v ( mm3/s)PE Pm/mDate13第二章四、影响切削力的因素1、工件材料的影响 2、切削用量的影响（1）ap 、f ； （2）v 3、刀具几何参数的影响（1） o ；（2）负倒棱；（3）r ；（4）s ； 4、其它因素的影响（1）r ；（2）刀具磨损Date14第二章2
8、.3 切削热与切削温度一、切削热的来源与传出 1、来源：切削时共有三个发热区域，即剪切面、切屑与前刀面接触区、后 刀面与过渡表面接触区，如图示，所以， 切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。2、传出：切屑、刀具、工件和周围介质。二、切削温度的测量 切削温度：一般指前刀面与切屑接触区域的平均 温度。Date15第二章切削温度测定方法Date16第二章三、影响切削温度的因素分析各因素对切削温度的影响，主要应从这些因素对单 位时间内产生的热量和传出的热量的影响入手。如果产 生的热量大于传出的热量，则这些因素将使切削温度增高；某些 因素使传出的热量增大，则这些因素将使切削温度降低。 1、切削
9、用量的影响 （顺序：v，f， ap ）V对切削温度影响最大，随切削速度的提高，切削温度 迅速上升。而背吃力量ap变化时，散热面积和产生的热 量亦作相应变化，故ap对切削温度的影响很小。 2、刀具几何参数的影响 （1）随前角o的增大而降低。这是因为前角增大时，使 产生的切削热减少的缘故。但前角大于1820后，对 切削温度的影响减小，这是因为楔角变小而使散热体积 减小的缘故。Date17第二章（2）r 减小时，使切削宽度aw增大，切削厚度ac减小， 故切削温度下降。所以， r ， ，T，条件：系统刚 性。(3) 负倒棱b1在(02)f 范围内变化，刀尖圆弧半径re在0 1.5mm范围内变化，基本上
10、不影响切削温度 3、工件材料的影响强度、硬度和导热系数对切削温度的影响是很大的 。而工件材料的强度（包括硬度）直接决定了单位切削 力，所以工件材料强度（包括硬度）增大时，产生的切 削热增多，切削温度升高。工件材料的导热系数则直接 影响切削热的导出。 4、其它因素的影响从导热性能来看，油类切削液不如乳化液，乳化液 不如水基切削液。 Date18第二章对工件、刀具和切削过程的影响 高是刀具磨损的主要原因。切削温度还会使加 工精度降低，使已加工表面产生残余应力以及其 它缺陷。 （1）切削温度对工件材料强度和切削力的影响切削时的温度虽然很高，但是切削温度对 工件材料硬度及强度的影响并不很大；加热切削
11、； （2）对刀具材料的影响适当地提高切削温度，对提高硬质合金的韧性 是有利的。 （3）对工件尺寸精度的影响Date19第二章2.4 刀具磨损与刀具耐用度刀具损坏的形式主要有磨损和破损 两类。前者是连续的逐渐磨损；后者包 括脆性破损（如崩刃、碎断、剥落、裂纹 等）和塑性破损。 一、刀具磨损 1、形式 A 磨损；A 磨损；A 、A 同时磨损。 2、磨损过程 刀具磨损过程可分为三个阶段： 初期磨损阶段;. 正常磨损阶段 ; 急剧磨损阶段Date20第二章3、磨钝标准规定后刀面均匀磨损区的高度Vb 。均匀磨损Vb =0.3mm;非均匀 磨损Vb =0.6mm。 Date21第二章二、刀具磨损的原因刀具
12、正常磨损的原因主要是：机械磨损和热、 化学磨损。机械磨损是由工件材料中硬质点的刻划作用引起的，热 、化学磨损则是由粘结（刀具与工件材料接触到原子间距离 时产生的结合现象）、扩散（刀具与工件两摩擦面的化学元 素互相向对方、腐蚀等引起的。具体讲： 1、硬质点磨损：碳化物、氧化物、氮化物、积屑瘤碎片。 2、粘结磨损：中、低V下，是YT刀具的主要原因。 3、扩散磨损：金刚石刀具不适于切削钢铁的原因。 4、相变磨损：对高速钢刀具。5、氧化磨损 Date22第二章三、刀具耐用度刀具耐用度：一把新刀或刃磨后的刀具从开始切削直至磨损量 达到磨钝标准为止所用的切削时间，称为，用T表示。 思考；T=刀具寿命？。
13、1、刀具耐用度试验刀具耐用度公式（Taylor）: v=A/Tm （1） 同理可得： f=B/Tn （2） ap=C/Tp （3）综合（1）（3）式，可得 刀具耐用度经验公式。Date23第二章2、合理刀具耐用度的选用原则 （1）Tp=(1-m)/m tc min （2）Tc= (tc+Ct/M) (1-m)/mTc Tp 一般多采用Tc 。3、影响T的因素， 同对的影响一致。最高生产率耐用度经济耐用度Date24第二章2.5 工件材料切削加工性定义：工件材料被切削成合格零件的难易程度。 一、衡量的指标 1、T指标 2、表面粗糙度：精加工时，用。 3、单位切削力：在工艺系统刚性不足时，用。 4
14、、断屑：自动线上用。 生产中常用相对加工性： Kv=v60/(v60)j 45钢的v60作为基准 Kv 0.5的材料，称为难加工材料：不锈钢、钛合 金、耐热合金、淬硬钢等。 Date25第二章二、改善材料切削加工性的措施1、调整化学成分； 2、材料加工前进行合适发热处理； 3、选择加工性好的材料状态； 4、其它：如等离子焰加热工件切削。Date26第二章Cutting Fluids一、Cutting Fluids Functions 1、Cooling action 2、Lubricating action 3、Clean action 4、Antirust action 二、Types of
15、 Cutting Fluids Water solutions Emulsions Cutting oils 三、Selection of cutting fluidsDate27第二章2.6 刀具几何参数的合理选择刀具几何参数：刀具角度、刃形、刃区型式（切 削刃的剖面型式）、刀面型式。 一、前角、的功用和选择 1、 o的功用 （1）影响切削区的变形程度； （2）影响切削刃与刀头的强度、散热条件； （3）影响切屑形态和断屑效果； （4）影响已加工表面质量。 2、合理前角的选择原则opt：在一定的加工条件下，存在一个刀 具耐用度为最大的前角，称为合理前角 。Date28第二章根据工件材料选择：（1）工件材料的强度、硬度， o ，加工特别硬的工 件（淬硬钢） o很小甚至取负值。（2）加工塑性材料， o ；加工脆性材料， o 。 根据刀具材料选择 ：高速钢刀具可选 o ，硬质合金刀具选o 。 根据加工要求选择： （1）粗加工时，选o ，精加工时，选o ；成形刀具，选o 。Date29第二章l3、前刀面型式l（1）平面型l（2）曲面型 断屑槽 P22l（3）带
