切削加工理论及其应用

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1、现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)第一章第一章 切削加工的理论及其应用切削加工的理论及其应用1.1 1.1 切削变形切削变形切削变形切削变形机理机理机理机理1.2 1.2 切削力切削力切削力切削力1.3 1.3 切削温度切削温度切削温度切削温度u主要内容主要内容1.4刀具磨损和刀具耐用度刀具磨损和刀具耐用度1.51.5 已加工表面质量已加工表面质量已加工表面质量已加工表面质量1. 1.6 6 切削加工理论应用切削加工理论应用切削加工理论应用切削加工理论应用现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械

2、工程学院 (School of mechanical engineering)u主要要求主要要求1.掌握塑性材料切屑形成的过程及切削方程式的建立；掌握切屑的变形规律及控掌握塑性材料切屑形成的过程及切削方程式的建立；掌握切屑的变形规律及控制技术；会分析切削过程中积屑瘤、鳞刺产生的条件及控制措施。制技术；会分析切削过程中积屑瘤、鳞刺产生的条件及控制措施。2.掌握切削力和切削温度的计算机辅助测试原理、方法以及经验公式的建立。掌握切削力和切削温度的计算机辅助测试原理、方法以及经验公式的建立。3.掌握刀具材料的性能要求及常用刀具材料的应用场合，了解刀具材料发展的趋掌握刀具材料的性能要求及常用刀具材料的应

3、用场合，了解刀具材料发展的趋势。势。4.掌握刀具磨损机理及刀具耐用度的选择原则。掌握刀具磨损机理及刀具耐用度的选择原则。5.能综合分析切削用量三要素对切削力、切削温度、刀具的耐用度的影响。能综合分析切削用量三要素对切削力、切削温度、刀具的耐用度的影响。6.理解工件材料切削加工性的意义，了解常用工程材料的切削加工性。理解工件材料切削加工性的意义，了解常用工程材料的切削加工性。7.理解已加工表面质量的评定指标以及表面粗糙度、加工硬化、残余应力产生的理解已加工表面质量的评定指标以及表面粗糙度、加工硬化、残余应力产生的原因以及对加工表面质量的影响。原因以及对加工表面质量的影响。8.理解刀具几何参数、切

4、削用量、切削液的选用原则及依据；能根据工件材料的理解刀具几何参数、切削用量、切削液的选用原则及依据；能根据工件材料的切削加工性和加工条件综合选择刀具材料、刀具几何参数、刀具、切削用量和切切削加工性和加工条件综合选择刀具材料、刀具几何参数、刀具、切削用量和切削液。削液。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.1 切屑变形机理切屑变形机理uu内容提要内容提要 1.1.1 1.1.1 1.1.1 1.1.1 切屑形成过程切屑形成过程切屑形成过程切屑形成过程 1.1.2 1.1.2 1.1.2 1.1.2 切削方

5、程切削方程切削方程切削方程 1.1.3 1.1.3 1.1.3 1.1.3 切屑的变形规律及控制切屑的变形规律及控制切屑的变形规律及控制切屑的变形规律及控制 1.1.4 1.1.4 1.1.4 1.1.4 积屑瘤与鳞刺积屑瘤与鳞刺积屑瘤与鳞刺积屑瘤与鳞刺现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.1.1 1.1.1 切屑的形成和变形区的划分切屑的形成和变形区的划分切屑的形成和变形区的划分切屑的形成和变形区的划分一、切屑的形成一、切屑的形成一、切屑的形成一、切屑的形成uu切屑形成实质：金属切削过程是切削层金属在

6、刀具的前刀面切屑形成实质：金属切削过程是切削层金属在刀具的前刀面切屑形成实质：金属切削过程是切削层金属在刀具的前刀面切屑形成实质：金属切削过程是切削层金属在刀具的前刀面挤压下，发生以挤压下，发生以挤压下，发生以挤压下，发生以剪切滑移为主的塑性变形剪切滑移为主的塑性变形剪切滑移为主的塑性变形剪切滑移为主的塑性变形而形成切屑的过程而形成切屑的过程而形成切屑的过程而形成切屑的过程（俄（俄（俄（俄. .麦基理论麦基理论麦基理论麦基理论) )。切屑是工件材料受到刀具前刀面的挤压，发。切屑是工件材料受到刀具前刀面的挤压，发。切屑是工件材料受到刀具前刀面的挤压，发。切屑是工件材料受到刀具前刀面的挤压，发生变

7、形，最终被撕裂下来的。生变形，最终被撕裂下来的。生变形，最终被撕裂下来的。生变形，最终被撕裂下来的。uu切削过程理论模型切削过程理论模型切削过程理论模型切削过程理论模型压缩实验：在金属压缩实验中，当金压缩实验：在金属压缩实验中，当金压缩实验：在金属压缩实验中，当金压缩实验：在金属压缩实验中，当金属试件受挤压时，在其内部产生属试件受挤压时，在其内部产生属试件受挤压时，在其内部产生属试件受挤压时，在其内部产生主应力主应力主应力主应力的同时，还将在与作用的同时，还将在与作用的同时，还将在与作用的同时，还将在与作用力大致成力大致成力大致成力大致成4545方向的斜截面产生方向的斜截面产生方向的斜截面产生

8、方向的斜截面产生最大切应力最大切应力最大切应力最大切应力，在切应力达到，在切应力达到，在切应力达到，在切应力达到屈屈屈屈服强度服强度服强度服强度时将在此方向时将在此方向时将在此方向时将在此方向剪切滑移剪切滑移剪切滑移剪切滑移。图。图。图。图1-11-1uu切削过程模型：金属刀具切削时相当于局部压缩金属的压块，切削过程模型：金属刀具切削时相当于局部压缩金属的压块，切削过程模型：金属刀具切削时相当于局部压缩金属的压块，切削过程模型：金属刀具切削时相当于局部压缩金属的压块，使金属沿使金属沿使金属沿使金属沿一个最大剪应力方向产生滑移一个最大剪应力方向产生滑移一个最大剪应力方向产生滑移一个最大剪应力方向

9、产生滑移。图。图。图。图1-21-2现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)图图1-1 塑性金属挤压与切削示意图塑性金属挤压与切削示意图现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)图图1.2 1.2 金属切削过程模型金属切削过程模型（）简化模型；（）晶粒滑移示意图；（）简化模型；（）晶粒滑移示意图；（3 3）滑移与晶粒的伸长）滑移与晶粒的伸长（1）（2）（3）现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (Schoo

10、l of mechanical engineering)二、二、变形区的划分及特征变形区的划分及特征第一变形区（剪切滑移、加工硬化）第一变形区（剪切滑移、加工硬化） 始滑移面始滑移面OA与与终滑移面终滑移面OM之间的变形区称为第一变形区，宽度很之间的变形区称为第一变形区，宽度很窄窄(约约0.020.2mm)，故常用，故常用OM剪切面亦称滑移面来表示，它与切削速度的夹角称剪切面亦称滑移面来表示，它与切削速度的夹角称为为剪切角剪切角。第二变形区（纤维化、加工硬化）第二变形区（纤维化、加工硬化） 当切屑沿前面流出时，由于受到前面当切屑沿前面流出时，由于受到前面挤压挤压和和摩擦摩擦作用，在前面作用，在

11、前面摩擦阻力摩擦阻力的的作用下，靠近前面的切屑底层金属作用下，靠近前面的切屑底层金属再次产生剪切变形再次产生剪切变形。使切屑底层薄的一层金。使切屑底层薄的一层金属流动滞缓，流动滞缓的一层金属称为属流动滞缓，流动滞缓的一层金属称为滞流层滞流层，这一区域又称为第二变形区。，这一区域又称为第二变形区。第三变形区（摩擦与加工硬化）第三变形区（摩擦与加工硬化） 第三变形区也称为第三变形区也称为刀刀工接触区工接触区，主要是刀具的后刀面与工件的挤压和摩擦，主要是刀具的后刀面与工件的挤压和摩擦，形成形成已加工表面已加工表面。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mec

12、hanical engineering)1.3 1.3 金属切削过程中的流线与三个变形区示意图金属切削过程中的流线与三个变形区示意图现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)图图1-4 1-4 第一变形区金属的滑移第一变形区金属的滑移1.1.1.1.第一变形区内金属第一变形区内金属第一变形区内金属第一变形区内金属的剪切变形的剪切变形的剪切变形的剪切变形n n特征：沿滑移线的特征：沿滑移线的特征：沿滑移线的特征：沿滑移线的剪切变形以及随之剪切变形以及随之剪切变形以及随之剪切变形以及随之产生的加工硬化产生的加工硬化

13、产生的加工硬化产生的加工硬化n n解释：从金属晶体解释：从金属晶体解释：从金属晶体解释：从金属晶体结构的角度看，就结构的角度看，就结构的角度看，就结构的角度看，就是晶粒中的原子沿是晶粒中的原子沿是晶粒中的原子沿是晶粒中的原子沿着滑移平面所进行着滑移平面所进行着滑移平面所进行着滑移平面所进行的滑移的滑移的滑移的滑移。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)（1 1）第二变形区内金属的挤压变形第二变形区内金属的挤压变形第二变形区内金属的挤压变形第二变形区内金属的挤压变形uu金属切削层经过第一变形区后绝大部分开始成

14、为切屑，切屑沿前刀面金属切削层经过第一变形区后绝大部分开始成为切屑，切屑沿前刀面金属切削层经过第一变形区后绝大部分开始成为切屑，切屑沿前刀面金属切削层经过第一变形区后绝大部分开始成为切屑，切屑沿前刀面流出，由于受刀具前面挤压和摩擦的作用，切屑将继续发生强烈的变流出，由于受刀具前面挤压和摩擦的作用，切屑将继续发生强烈的变流出，由于受刀具前面挤压和摩擦的作用，切屑将继续发生强烈的变流出，由于受刀具前面挤压和摩擦的作用，切屑将继续发生强烈的变形，这个变形区域称为第二变形区，用形，这个变形区域称为第二变形区，用形，这个变形区域称为第二变形区，用形，这个变形区域称为第二变形区，用表示。表示。表示。表示。

15、uu特点：特点：特点：特点：（1 1）靠近刀具前面的切屑底层附近纤维化，切屑流动速度缓）靠近刀具前面的切屑底层附近纤维化，切屑流动速度缓）靠近刀具前面的切屑底层附近纤维化，切屑流动速度缓）靠近刀具前面的切屑底层附近纤维化，切屑流动速度缓慢，甚至滞留在刀具前面上；（慢，甚至滞留在刀具前面上；（慢，甚至滞留在刀具前面上；（慢，甚至滞留在刀具前面上；（2 2）切屑发生弯曲变形；（）切屑发生弯曲变形；（）切屑发生弯曲变形；（）切屑发生弯曲变形；（3 3）由摩）由摩）由摩）由摩擦产生的热量使刀屑接触面附近温度升高。擦产生的热量使刀屑接触面附近温度升高。擦产生的热量使刀屑接触面附近温度升高。擦产生的热量使

16、刀屑接触面附近温度升高。uu第二变形区的变形直接关系到刀具的磨损，也会影响第一变形区的变第二变形区的变形直接关系到刀具的磨损，也会影响第一变形区的变第二变形区的变形直接关系到刀具的磨损，也会影响第一变形区的变第二变形区的变形直接关系到刀具的磨损，也会影响第一变形区的变形大小。形大小。形大小。形大小。2.2.第二变型区的挤压和摩擦第二变型区的挤压和摩擦现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)（2 2）前刀面上的摩擦）前刀面上的摩擦）前刀面上的摩擦）前刀面上的摩擦uu冷焊现象：冷焊现象：冷焊现象：冷焊现象：在金属

17、切削的过程中，在一定的切削速度和切削在金属切削的过程中，在一定的切削速度和切削在金属切削的过程中，在一定的切削速度和切削在金属切削的过程中，在一定的切削速度和切削温度范围内，由于切屑与前刀面之间的摩擦，使切屑底部与温度范围内，由于切屑与前刀面之间的摩擦，使切屑底部与温度范围内，由于切屑与前刀面之间的摩擦，使切屑底部与温度范围内，由于切屑与前刀面之间的摩擦，使切屑底部与前刀面发生的粘接现象。因此，切屑与前刀面之间的摩擦既前刀面发生的粘接现象。因此，切屑与前刀面之间的摩擦既前刀面发生的粘接现象。因此，切屑与前刀面之间的摩擦既前刀面发生的粘接现象。因此，切屑与前刀面之间的摩擦既有外摩擦，又有内摩擦，

18、且内摩擦占主导因素。有外摩擦，又有内摩擦，且内摩擦占主导因素。有外摩擦，又有内摩擦，且内摩擦占主导因素。有外摩擦，又有内摩擦，且内摩擦占主导因素。uu前刀面平均摩擦系数：前刀面平均摩擦系数：前刀面平均摩擦系数：前刀面平均摩擦系数：（1-101-10）现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)工件材料：强度硬度增大，工件材料：强度硬度增大，工件材料：强度硬度增大，工件材料：强度硬度增大，摩擦系数略有减小；摩擦系数略有减小；摩擦系数略有减小；摩擦系数略有减小；切削厚度：切削厚度增大，切削厚度：切削厚度增大，切削厚度

19、：切削厚度增大，切削厚度：切削厚度增大，摩擦系数略有减小；摩擦系数略有减小；摩擦系数略有减小；摩擦系数略有减小；切削速度：使得摩擦系数有切削速度：使得摩擦系数有切削速度：使得摩擦系数有切削速度：使得摩擦系数有一个极大值；一个极大值；一个极大值；一个极大值；刀具前角：在一般切削速度刀具前角：在一般切削速度刀具前角：在一般切削速度刀具前角：在一般切削速度范围内，前角增大，摩擦系范围内，前角增大，摩擦系范围内，前角增大，摩擦系范围内，前角增大，摩擦系数增大数增大数增大数增大。uu影响前刀面摩擦系数主要因素影响前刀面摩擦系数主要因素影响前刀面摩擦系数主要因素影响前刀面摩擦系数主要因素现代切削加工技术现

20、代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.1.21.1.2切削方程切削方程切削方程切削方程 (1-1)(1-1)图图1-5剪切变形示意图剪切变形示意图1. 剪切角剪切角：剪切滑移面剪切滑移面与切削速度方向的夹角，与切削速度方向的夹角，其大小可以作为衡量切削其大小可以作为衡量切削过程情况的标志过程情况的标志。2. 相对滑移相对滑移（剪应变）（剪应变）S剪切变形层金属的滑剪切变形层金属的滑移量；移量；y变形层厚度变形层厚度右图及公式（右图及公式（1-1）主要描述）主要描述了剪切角与剪应变的关系。了剪切角与剪应变的关系。一、切屑变

21、形度量一、切屑变形度量现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)（1-2）（1-3）（1-4）3. 3. 变形系数变形系数变形系数变形系数原理：原理：原理：原理：变形系数的概念基于这样的事实：在切削过程中，刀变形系数的概念基于这样的事实：在切削过程中，刀变形系数的概念基于这样的事实：在切削过程中，刀变形系数的概念基于这样的事实：在切削过程中，刀具切下的切屑厚度通常要大于切削层的厚度，而切屑的长度具切下的切屑厚度通常要大于切削层的厚度，而切屑的长度具切下的切屑厚度通常要大于切削层的厚度，而切屑的长度具切下的切屑厚

22、度通常要大于切削层的厚度，而切屑的长度大于切削长度，而变形前后体积不变。大于切削长度，而变形前后体积不变。大于切削长度，而变形前后体积不变。大于切削长度，而变形前后体积不变。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)讨论：讨论：1.1.剪切角、相对滑移、和剪切角、相对滑移、和变形系数是根据纯剪切变形系数是根据纯剪切理论的观点提出的，它理论的观点提出的，它们不能反映全部的金属们不能反映全部的金属变形实质；变形实质；2.2.当当 时，对于某一固时，对于某一固定的剪切角，相对滑移定的剪切角，相对滑移与变形系数成正比；

23、与变形系数成正比；3.3.当当4.4.当当 时，不能用变形时，不能用变形系数表示变形程度。系数表示变形程度。（1-51-5）4. 相对滑移与变形系数的关系相对滑移与变形系数的关系现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)二、切屑力学模型二、切屑力学模型二、切屑力学模型二、切屑力学模型 切屑力模型主要研究切屑与刀具前刀面的相互作用。作切屑力模型主要研究切屑与刀具前刀面的相互作用。作切屑力模型主要研究切屑与刀具前刀面的相互作用。作切屑力模型主要研究切屑与刀具前刀面的相互作用。作用在切屑上的力如图用在切屑上的力如图用

24、在切屑上的力如图用在切屑上的力如图1-61-61-61-6所示所示所示所示。应用力平衡原理可得各个力的。应用力平衡原理可得各个力的。应用力平衡原理可得各个力的。应用力平衡原理可得各个力的方程：方程：方程：方程：图图1-5 作用在切屑上的力作用在切屑上的力 现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)图图1-6 作用在切屑上的力与角度的关系（作用在切屑上的力与角度的关系（c）现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)（1-61-6）

25、（1-71-7）现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)剪切角的计算剪切角的计算剪切角的计算剪切角的计算uu麦钱特（麦钱特（麦钱特（麦钱特（M. E. MerchantM. E. MerchantM. E. MerchantM. E. Merchant）公式）公式）公式）公式（根据合力最小原理计算剪切角）根据合力最小原理计算剪切角）uu李和谢弗（李和谢弗（李和谢弗（李和谢弗（Lee and ShafferLee and ShafferLee and ShafferLee and Shaffer）公式）公式）公

26、式）公式（根据主应力方向与根据主应力方向与根据主应力方向与根据主应力方向与最大剪应力方向之间的夹角为最大剪应力方向之间的夹角为最大剪应力方向之间的夹角为最大剪应力方向之间的夹角为45454545度的原理来计算剪切角）度的原理来计算剪切角）度的原理来计算剪切角）度的原理来计算剪切角）（1-81-8）（1-91-9）上述两个公式反映了剪切角、刀具前角，刀上述两个公式反映了剪切角、刀具前角，刀屑之间的摩屑之间的摩擦三者之间的关系，结合剪切角与变形系数的关系，也反擦三者之间的关系，结合剪切角与变形系数的关系，也反映了三者对切屑变形的影响。映了三者对切屑变形的影响。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工

27、程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)讨论：讨论：讨论：讨论：前角增大时，剪切角随之增大，变形减小。在保证切削刃强前角增大时，剪切角随之增大，变形减小。在保证切削刃强前角增大时，剪切角随之增大，变形减小。在保证切削刃强前角增大时，剪切角随之增大，变形减小。在保证切削刃强度的情况下，增大刀具的前角对改善切削过程是有利的。度的情况下，增大刀具的前角对改善切削过程是有利的。度的情况下，增大刀具的前角对改善切削过程是有利的。度的情况下，增大刀具的前角对改善切削过程是有利的。摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形增大。在低速切削时，摩擦角增大时，剪切角随之减

28、小，变形增大。在低速切削时，摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形增大。在低速切削时，摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形增大。在低速切削时，采用切削液以减小前刀面上的摩擦系数是很重要的。采用切削液以减小前刀面上的摩擦系数是很重要的。采用切削液以减小前刀面上的摩擦系数是很重要的。采用切削液以减小前刀面上的摩擦系数是很重要的。注意，上述两式在定性上是一致的，都假设注意，上述两式在定性上是一致的，都假设注意，上述两式在定性上是一致的，都假设注意，上述两式在定性上是一致的，都假设：二维自由直角切削；二维自由直角切削；二维自由直角切削；二维自由直角切削；工件材质均匀；工件材质均匀；工件材质均匀；工件材质均匀

29、；单一剪切面；单一剪切面；单一剪切面；单一剪切面；不计弹性变形；不计弹性变形；不计弹性变形；不计弹性变形；不计加工硬化和积屑瘤；不计加工硬化和积屑瘤；不计加工硬化和积屑瘤；不计加工硬化和积屑瘤；用单一的摩擦系数用单一的摩擦系数用单一的摩擦系数用单一的摩擦系数 代替复杂的前刀面上的摩擦情况。代替复杂的前刀面上的摩擦情况。代替复杂的前刀面上的摩擦情况。代替复杂的前刀面上的摩擦情况。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.1.3 1.1.3 切屑的变形规律及控制切屑的变形规律及控制切屑的变形规律及控制切屑的变形

30、规律及控制（1 1）工件材料对切屑变形的影响）工件材料对切屑变形的影响）工件材料对切屑变形的影响）工件材料对切屑变形的影响 工件材料强度越大，则变形系数越小，切削变形也越小，工件工件材料强度越大，则变形系数越小，切削变形也越小，工件工件材料强度越大，则变形系数越小，切削变形也越小，工件工件材料强度越大，则变形系数越小，切削变形也越小，工件材料塑性越大，则变形系数越大。材料塑性越大，则变形系数越大。材料塑性越大，则变形系数越大。材料塑性越大，则变形系数越大。（2 2）刀具前角对切屑变形的影响）刀具前角对切屑变形的影响）刀具前角对切屑变形的影响）刀具前角对切屑变形的影响 刀具前角越大，则变形系数越

31、小刀具前角越大，则变形系数越小刀具前角越大，则变形系数越小刀具前角越大，则变形系数越小。1. 1. 切屑变形的变化规律切屑变形的变化规律切屑变形的变化规律切屑变形的变化规律解释依据解释依据现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)（3 3 3 3）切削用量对切屑变形的影响）切削用量对切屑变形的影响）切削用量对切屑变形的影响）切削用量对切屑变形的影响l l切削速度：切削速度：切削速度：切削速度：切削塑性金属材料时，切削速度对切削变形的切削塑性金属材料时，切削速度对切削变形的切削塑性金属材料时，切削速度对切削变形的

32、切削塑性金属材料时，切削速度对切削变形的影响呈波浪形；影响呈波浪形；影响呈波浪形；影响呈波浪形；l l进给量：进给量：进给量：进给量：进给量增大，则切削厚度增大，切削变形减小，进给量增大，则切削厚度增大，切削变形减小，进给量增大，则切削厚度增大，切削变形减小，进给量增大，则切削厚度增大，切削变形减小，变形因数减小；变形因数减小；变形因数减小；变形因数减小；l l背吃刀量：背吃刀量：背吃刀量：背吃刀量：对切屑变形的影响较小。对切屑变形的影响较小。对切屑变形的影响较小。对切屑变形的影响较小。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical eng

33、ineering)解释解释解释解释： 1.1.工件材料工件材料2.2.刀具前角刀具前角 现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)3. 切削速度切削速度4. 切削厚度切削厚度现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)2. 2. 切屑的类型及变化切屑的类型及变化切屑的类型及变化切屑的类型及变化带状切屑：带状切屑：带状切屑：带状切屑：内表光滑，外表毛茸；加工塑性材料，切削厚度内表光滑，外表毛茸；加工塑性材料，切削厚度内表光滑，外表毛

34、茸；加工塑性材料，切削厚度内表光滑，外表毛茸；加工塑性材料，切削厚度较小，切削速度较高，刀具前角较大。较小，切削速度较高，刀具前角较大。较小，切削速度较高，刀具前角较大。较小，切削速度较高，刀具前角较大。挤裂切屑：挤裂切屑：挤裂切屑：挤裂切屑：外表锯齿，内表裂纹；加工塑性材料，切削厚度外表锯齿，内表裂纹；加工塑性材料，切削厚度外表锯齿，内表裂纹；加工塑性材料，切削厚度外表锯齿，内表裂纹；加工塑性材料，切削厚度较大，切削速度较低，刀具前角较削。较大，切削速度较低，刀具前角较削。较大，切削速度较低，刀具前角较削。较大，切削速度较低，刀具前角较削。单元切屑：单元切屑：单元切屑：单元切屑：也叫粒状切屑

35、，加工塑性材料。也叫粒状切屑，加工塑性材料。也叫粒状切屑，加工塑性材料。也叫粒状切屑，加工塑性材料。崩碎切屑崩碎切屑崩碎切屑崩碎切屑：加工脆性材料。：加工脆性材料。：加工脆性材料。：加工脆性材料。切屑的变化切屑的变化切屑的变化切屑的变化现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1-10 切屑的类型切屑的类型现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering) 3.3.3.3.切屑的控制切屑的控制切屑的控制切屑的控制切屑形状切屑形状切屑形状

36、切屑形状 带状屑，带状屑，带状屑，带状屑， C C C C形屑，形屑，形屑，形屑，崩碎屑，宝塔状崩碎屑，宝塔状崩碎屑，宝塔状崩碎屑，宝塔状屑，长紧卷屑，屑，长紧卷屑，屑，长紧卷屑，屑，长紧卷屑，发条状切屑，螺发条状切屑，螺发条状切屑，螺发条状切屑，螺卷屑卷屑卷屑卷屑图图1-11 切屑的各种形状切屑的各种形状现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)衡量切屑可控性的主要标准衡量切屑可控性的主要标准衡量切屑可控性的主要标准衡量切屑可控性的主要标准 （1 1 1 1）不妨碍正常的加工（不缠绕工件、刀具，不飞溅到机床运

37、动部件中）；）不妨碍正常的加工（不缠绕工件、刀具，不飞溅到机床运动部件中）；）不妨碍正常的加工（不缠绕工件、刀具，不飞溅到机床运动部件中）；）不妨碍正常的加工（不缠绕工件、刀具，不飞溅到机床运动部件中）； （2 2 2 2）不影响操作者的安全；）不影响操作者的安全；）不影响操作者的安全；）不影响操作者的安全； （3 3 3 3）易于存放，清理和搬运。）易于存放，清理和搬运。）易于存放，清理和搬运。）易于存放，清理和搬运。切屑卷曲和折断切屑卷曲和折断切屑卷曲和折断切屑卷曲和折断 （1 1 1 1）切屑卷曲和折断机理：）切屑卷曲和折断机理：）切屑卷曲和折断机理：）切屑卷曲和折断机理： 切屑沿刀具前

38、面流出的过程中，受到前面的挤压和摩擦而进一步变形，使得切屑沿刀具前面流出的过程中，受到前面的挤压和摩擦而进一步变形，使得切屑沿刀具前面流出的过程中，受到前面的挤压和摩擦而进一步变形，使得切屑沿刀具前面流出的过程中，受到前面的挤压和摩擦而进一步变形，使得切屑底部被挤而伸长，切屑背面相对缩短，切屑就自然会逆时针卷曲。切屑底部被挤而伸长，切屑背面相对缩短，切屑就自然会逆时针卷曲。切屑底部被挤而伸长，切屑背面相对缩短，切屑就自然会逆时针卷曲。切屑底部被挤而伸长，切屑背面相对缩短，切屑就自然会逆时针卷曲。 如果刀具的前角较小，则切屑流出过程中受到的挤压和摩擦变大，切屑就会如果刀具的前角较小，则切屑流出过

39、程中受到的挤压和摩擦变大，切屑就会如果刀具的前角较小，则切屑流出过程中受到的挤压和摩擦变大，切屑就会如果刀具的前角较小，则切屑流出过程中受到的挤压和摩擦变大，切屑就会卷得更紧。切屑卷曲过程中，若切屑中的弯曲应力达到材料的弯曲强度极卷得更紧。切屑卷曲过程中，若切屑中的弯曲应力达到材料的弯曲强度极卷得更紧。切屑卷曲过程中，若切屑中的弯曲应力达到材料的弯曲强度极卷得更紧。切屑卷曲过程中，若切屑中的弯曲应力达到材料的弯曲强度极限，则切屑就会自行折断限，则切屑就会自行折断限，则切屑就会自行折断限，则切屑就会自行折断。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mech

40、anical engineering) （2 2 2 2）切屑卷曲与折断的机理解释）切屑卷曲与折断的机理解释）切屑卷曲与折断的机理解释）切屑卷曲与折断的机理解释自由切屑的卷曲机理自由切屑的卷曲机理自由切屑的卷曲机理自由切屑的卷曲机理 由于前刀面和剪切面上对切屑的作用力大小相等，方向相由于前刀面和剪切面上对切屑的作用力大小相等，方向相由于前刀面和剪切面上对切屑的作用力大小相等，方向相由于前刀面和剪切面上对切屑的作用力大小相等，方向相反，但是不共线，因而产生了弯矩，导致切屑卷曲。（刘反，但是不共线，因而产生了弯矩，导致切屑卷曲。（刘反，但是不共线，因而产生了弯矩，导致切屑卷曲。（刘反，但是不共线，

41、因而产生了弯矩，导致切屑卷曲。（刘培德）培德）培德）培德） 受控切屑的卷曲机理受控切屑的卷曲机理受控切屑的卷曲机理受控切屑的卷曲机理 图图图图1-12a1-12a1-12a1-12a为带倒棱的全圆弧形卷屑槽的卷屑机理，图为带倒棱的全圆弧形卷屑槽的卷屑机理，图为带倒棱的全圆弧形卷屑槽的卷屑机理，图为带倒棱的全圆弧形卷屑槽的卷屑机理，图1-12b1-12b1-12b1-12b为直线形卷屑槽的卷屑机理。都采用卷屑槽的方式实现切为直线形卷屑槽的卷屑机理。都采用卷屑槽的方式实现切为直线形卷屑槽的卷屑机理。都采用卷屑槽的方式实现切为直线形卷屑槽的卷屑机理。都采用卷屑槽的方式实现切屑卷曲的控制。屑卷曲的控制

42、。屑卷曲的控制。屑卷曲的控制。切屑折断的机理切屑折断的机理切屑折断的机理切屑折断的机理 图图图图1-131-131-131-13分别为螺卷屑、发条状屑和分别为螺卷屑、发条状屑和分别为螺卷屑、发条状屑和分别为螺卷屑、发条状屑和C C C C形屑折断的机理，其主形屑折断的机理，其主形屑折断的机理，其主形屑折断的机理，其主要原因是由于切屑环的内侧拉应力大于切屑材料的弯曲应要原因是由于切屑环的内侧拉应力大于切屑材料的弯曲应要原因是由于切屑环的内侧拉应力大于切屑材料的弯曲应要原因是由于切屑环的内侧拉应力大于切屑材料的弯曲应力极限。力极限。力极限。力极限。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工

43、程学院 (School of mechanical engineering)图1-12 卷屑机理（a）全圆弧形卷屑槽半径计算与讨论（b）直线形卷屑槽的卷屑半径现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)图1-13 断屑机理（4 4）影响切屑卷曲和折断的主要因素）影响切屑卷曲和折断的主要因素u工件材料性能：工件材料性能：工件材料的屈服极限、弹性模量越小，塑性越低，越工件材料的屈服极限、弹性模量越小，塑性越低，越易折断；易折断；u切削用量：切削用量：切削厚度小，背吃刀量大，切削速度高，断屑难；切削厚度小，背吃刀量大，

44、切削速度高，断屑难；u刀具前角：刀具前角：前角小，变形大，易折。前角小，变形大，易折。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)4. 4. 切屑控制的主要措施切屑控制的主要措施切屑控制的主要措施切屑控制的主要措施 （1 1）根据不同的加工材料选择不同的几何参数的刀具，来）根据不同的加工材料选择不同的几何参数的刀具，来达到预期的切屑的几何形状和流向；达到预期的切屑的几何形状和流向； （2 2）通常在前刀面上制造断屑器（台）和卷屑槽的方法使）通常在前刀面上制造断屑器（台）和卷屑槽的方法使切屑尽快折断；切屑尽快折断；

45、 （3 3）采用适当的刃倾角）采用适当的刃倾角s s，达到满意的切屑流向。达到满意的切屑流向。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)3.3.3.3.积屑瘤积屑瘤积屑瘤积屑瘤u现象：现象：在切削塑性金属材料时，在切削塑性金属材料时，粘接、冷焊并沉积在前刀面切削粘接、冷焊并沉积在前刀面切削出的一种硬度极高的金属楔状块。出的一种硬度极高的金属楔状块。u产生原因：产生原因：在一定的切削速度范在一定的切削速度范围内，在高压、高温、摩擦的条围内，在高压、高温、摩擦的条件下，刀件下，刀屑处于新鲜的接触屑处于新鲜的接触状态

46、，加之原子间的亲和力，产状态，加之原子间的亲和力，产生于切屑底层的金属粘接和堆积。生于切屑底层的金属粘接和堆积。工件材料的塑性；工件材料的塑性；切削速度；切削速度；刀具前角；刀具前角；冷却润滑条件。冷却润滑条件。图图2-7 积屑瘤积屑瘤现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)uu对切削过程的影响：对切削过程的影响：对切削过程的影响：对切削过程的影响：积屑瘤使刀具的实际工作前角增大。积屑瘤使刀具的实际工作前角增大。积屑瘤使刀具的实际工作前角增大。积屑瘤使刀具的实际工作前角增大。积屑瘤可代替前、后面和切削刃进行切

47、削，减少刀具磨损。积屑瘤可代替前、后面和切削刃进行切削，减少刀具磨损。积屑瘤可代替前、后面和切削刃进行切削，减少刀具磨损。积屑瘤可代替前、后面和切削刃进行切削，减少刀具磨损。积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精度。积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。积屑瘤直接影响工件加工表面的形状精度和表面粗糙度。uu控制积屑瘤的措施控制积屑瘤的措施控制积

48、屑瘤的措施控制积屑瘤的措施降低工件材料的塑性降低工件材料的塑性降低工件材料的塑性降低工件材料的塑性控制切削速度控制切削速度控制切削速度控制切削速度增大刀具前角增大刀具前角增大刀具前角增大刀具前角合理使用切削液合理使用切削液合理使用切削液合理使用切削液现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)思考题1n n1.试根据切屑变形模型分析三个变形区的试根据切屑变形模型分析三个变形区的特征及各自可能产生的现象。特征及各自可能产生的现象。n n2.根据根据Lee and Shaffer公式，变形系数公式，变形系数与剪切角、

49、刀具前角的关系，试分析切削与剪切角、刀具前角的关系，试分析切削用量三要素对切屑变形的影响。用量三要素对切屑变形的影响。n n3.试论述切屑弯曲和折断的机理，并分析试论述切屑弯曲和折断的机理，并分析控制切屑的措施。控制切屑的措施。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.2 1.2 切削力切削力1.2.1 1.2.1 切削力的来源、分解及切削功率切削力的来源、分解及切削功率切削力的来源、分解及切削功率切削力的来源、分解及切削功率 一、切削力来源：一、切削力来源： 加工材料的弹塑性变形抗力（包括剪切力）、切屑与

50、前刀面加工材料的弹塑性变形抗力（包括剪切力）、切屑与前刀面的摩擦力、工件已加工表面与后刀面的摩擦力。的摩擦力、工件已加工表面与后刀面的摩擦力。 二、切削力的分解二、切削力的分解： 切削过程中，刀具施加于工件使工件材料产生变形，并使多余切削过程中，刀具施加于工件使工件材料产生变形，并使多余材料变为切屑所需的力称为切削力。为了研究方便，将作用于刀具材料变为切屑所需的力称为切削力。为了研究方便，将作用于刀具上的切削合力分解为相互垂直的上的切削合力分解为相互垂直的F Fc c、F Ff f、F Fp p。 现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanic

51、al engineering)FcFc切削力切削力, ,切于过渡表面切于过渡表面, ,与基与基面垂直。面垂直。 作用：计算刀具和机床强度作用：计算刀具和机床强度, ,确定确定机床功率。机床功率。FfFf进给力进给力, ,在基面内在基面内, ,与进给方与进给方向相反。向相反。 作用：用于设计机床进给机构和作用：用于设计机床进给机构和确定进给功率。确定进给功率。FpFp背向力背向力, ,在基面内在基面内, ,与进给方与进给方向垂直。向垂直。 作用：计算工件挠度和刀具、机作用：计算工件挠度和刀具、机床零件的强度。床零件的强度。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School

52、of mechanical engineering)三、切削功率三、切削功率现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.2.2 1.2.2 切削力的计算机辅助测试及经验公式的建立切削力的计算机辅助测试及经验公式的建立切削力的计算机辅助测试及经验公式的建立切削力的计算机辅助测试及经验公式的建立一、切削测力仪一、切削测力仪一、切削测力仪一、切削测力仪1.1.1.1.测力仪的评判指标测力仪的评判指标测力仪的评判指标测力仪的评判指标（1 1 1 1）精度：最大测力误差与最大测力值之百分比；）精度：最大测力误差与最大测

53、力值之百分比；）精度：最大测力误差与最大测力值之百分比；）精度：最大测力误差与最大测力值之百分比；（2 2 2 2）灵敏度：测力仪所能测到的最小力值与其测力范围）灵敏度：测力仪所能测到的最小力值与其测力范围）灵敏度：测力仪所能测到的最小力值与其测力范围）灵敏度：测力仪所能测到的最小力值与其测力范围的百分比；的百分比；的百分比；的百分比；（3 3 3 3）刚度：测力仪在受切削力时抗变形的能力；）刚度：测力仪在受切削力时抗变形的能力；）刚度：测力仪在受切削力时抗变形的能力；）刚度：测力仪在受切削力时抗变形的能力；（4 4 4 4）测力仪应当满足各向力同时测量，互不干扰。）测力仪应当满足各向力同时测

54、量，互不干扰。）测力仪应当满足各向力同时测量，互不干扰。）测力仪应当满足各向力同时测量，互不干扰。2.2.2.2.测力仪测量切削力的基本原理测力仪测量切削力的基本原理测力仪测量切削力的基本原理测力仪测量切削力的基本原理 利用切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生的利用切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生的利用切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生的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信号经转换后读出变形，或作用在压电晶体上产生的电信号经转换后读出变形，或作用在压电晶体上产生的电信号经转换后读出变形，或作用在压电晶体上产生的电信号经转换后读出各个独立的切削分力。

55、各个独立的切削分力。各个独立的切削分力。各个独立的切削分力。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)3 3 3 3. . . . 电阻应变片式测力仪电阻应变片式测力仪电阻应变片式测力仪电阻应变片式测力仪 原理：原理：原理：原理： 将若干电阻应变片紧贴在测力仪的弹性元件的不同受将若干电阻应变片紧贴在测力仪的弹性元件的不同受将若干电阻应变片紧贴在测力仪的弹性元件的不同受将若干电阻应变片紧贴在测力仪的弹性元件的不同受 力位置，分别连成电桥。在切削力的作用下，电阻应变片力位置，分别连成电桥。在切削力的作用下，电阻应变

56、片力位置，分别连成电桥。在切削力的作用下，电阻应变片力位置，分别连成电桥。在切削力的作用下，电阻应变片随着弹性元件发生变形，使电阻应变片的电阻值改变，破随着弹性元件发生变形，使电阻应变片的电阻值改变，破随着弹性元件发生变形，使电阻应变片的电阻值改变，破随着弹性元件发生变形，使电阻应变片的电阻值改变，破坏了电桥的平衡，于是电流表中有与切削力大小相应的电坏了电桥的平衡，于是电流表中有与切削力大小相应的电坏了电桥的平衡，于是电流表中有与切削力大小相应的电坏了电桥的平衡，于是电流表中有与切削力大小相应的电流通过，经电阻应变仪放大后得到电流示数流通过，经电阻应变仪放大后得到电流示数流通过，经电阻应变仪放

57、大后得到电流示数流通过，经电阻应变仪放大后得到电流示数。 特点：特点：特点：特点： 灵敏度高、量程范围大、测量精度高，可用于静动两灵敏度高、量程范围大、测量精度高，可用于静动两灵敏度高、量程范围大、测量精度高，可用于静动两灵敏度高、量程范围大、测量精度高，可用于静动两种状态的测量；种状态的测量；种状态的测量；种状态的测量； 电阻应变片式测力仪电阻应变片式测力仪电阻应变片式测力仪电阻应变片式测力仪八角环形三向车削测力仪。八角环形三向车削测力仪。八角环形三向车削测力仪。八角环形三向车削测力仪。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical en

58、gineering)图1-14 八角环三向车削测力仪现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)4.4.压电式测力仪压电式测力仪 原理原理 利用某些材料（石英晶体或压电陶瓷）的压电利用某些材料（石英晶体或压电陶瓷）的压电效应。即在受外力作用下，压电材料的表面产生电效应。即在受外力作用下，压电材料的表面产生电荷，电荷的多少与所施的压力成正比，与压电晶体荷，电荷的多少与所施的压力成正比，与压电晶体的大小无关。用电荷放大器转换成相应的电压参数，的大小无关。用电荷放大器转换成相应的电压参数，从而测出力的大小。从而测出力的

59、大小。 特点特点 灵敏度高、刚度大、自振频率高、线性度和抗灵敏度高、刚度大、自振频率高、线性度和抗相互干扰性好、无惯性；易受湿度的影响，产生零相互干扰性好、无惯性；易受湿度的影响，产生零点漂移。点漂移。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)二、切削力的计算机辅助测试二、切削力的计算机辅助测试基本原理：基本原理： 在测力传感器的弹性元件上粘贴具有一定电在测力传感器的弹性元件上粘贴具有一定电阻值的电阻应变片，然后将电阻应变片联成电桥，阻值的电阻应变片，然后将电阻应变片联成电桥，电桥的输出与弹性体的应变成正比。三

60、向应变模电桥的输出与弹性体的应变成正比。三向应变模拟信号输出并进行高倍率放大后，再经拟信号输出并进行高倍率放大后，再经A/DA/D板转板转换为数字量送入计算机。在软件系统控制下，实换为数字量送入计算机。在软件系统控制下，实现显示和各种功能辅助。现显示和各种功能辅助。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)图1.1 三向切削测力仪实验系统图1-15 切削力实验硬件系统简图测量方法：测量方法： 在本课程实验一具体描述。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanic

61、al engineering)三、切削力经验公式的建立三、切削力经验公式的建立 建立方法建立方法： （1 1）单因素实验法）单因素实验法 （2 2）多因素实验法）多因素实验法 实验数据处理方法实验数据处理方法 （1 1）图解法）图解法 （2 2）回归分析法（包括最小二乘法）回归分析法（包括最小二乘法） （3 3）计算机数据采集、处理和预报）计算机数据采集、处理和预报现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 影响切削力的因素影响切削力的因素影响切削力的因素影响切削力

62、的因素（一）工件材料的影响（系数（一）工件材料的影响（系数CF CF 或单位切削力或单位切削力k kc c体现）体现） 工件材料的强度、硬度、塑性和韧性越大，切削力越大。工件材料的强度、硬度、塑性和韧性越大，切削力越大。（二）切削用量的影响（二）切削用量的影响 a appA Ac c成正比成正比， k kc c不变，不变， a ap p的的 指数约等于指数约等于1 1，因而，因而切削力成正比增加；切削力成正比增加； f fA Ac c成正比成正比，但，但 k kc c略减小，略减小， f f 的的 指数小于指数小于1 1，因而，因而切削力增加但与切削力增加但与f f 不成正比。不成正比。 生产

63、实意义：生产实意义：从切削刀具上的载荷和能量消耗的角度，用从切削刀具上的载荷和能量消耗的角度，用大的进给量比用大的背吃刀量工作更有利大的进给量比用大的背吃刀量工作更有利。 速度速度v v 对对F F 的影响分为有积屑瘤和无积屑瘤两种情况的影响分为有积屑瘤和无积屑瘤两种情况 在无积屑瘤阶段，在无积屑瘤阶段， v v 变形程度变形程度切削力减小切削力减小现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.在积屑瘤增长阶段在积屑瘤增长阶段 随随v 积屑瘤高度积屑瘤高度，变形，变形程度程度，F 2.在积屑瘤减小阶段在积屑瘤减

64、小阶段 v 变形程度变形程度，F 3.在无积屑瘤阶段在无积屑瘤阶段 随随v ，温度升高，摩擦，温度升高，摩擦系数系数变形程度变形程度 F 计算计算F 时乘以修正系数时乘以修正系数Kv或或指数指数zF约为约为-0.15来体现来体现现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)（三）刀具几何参数的影响（三）刀具几何参数的影响 1.1.前角前角0 0 的影响的影响加工塑性材料时，加工塑性材料时，0 变形程度变形程度F加工脆性材料时，切削变形很小，加工脆性材料时，切削变形很小， 0对对 F 影响不显著影响不显著0 30或高

65、速切削时，或高速切削时， 0对对 F 影响不显著影响不显著现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)2. 主偏角主偏角r的影响的影响r对对Fc影响较小，影响程度影响较小，影响程度不超过不超过10%，r在在6075之间时，之间时，Fc最小。最小。 r对对Fp、 Ff影响较大影响较大 Fp FD cosr Ff FD sinr Fp随随r 增大而减小，增大而减小，Ff随随r 增大而增大增大而增大现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineerin

66、g)3.3.刃倾角刃倾角s s的影响的影响s对对Fc影响很小，影响很小，s对对Fp、Ff影响较大影响较大Fp随随s增大而减小，增大而减小，Ff随随s增大而增大增大而增大现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)4.4.负倒棱负倒棱b b11的影响的影响b1 与f 之比增大,切削力随之增大。当切钢b1/f 5或切铸铁b1/f 3时，切削力趋于稳定，接近于负前角的状态。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)5.5.刀尖圆弧半径刀

67、尖圆弧半径r r的影响的影响（1 1）r r对对F Fc c影响很小影响很小（2 2）F Fp p随随 r r增大而增大增大而增大 F Ff f随随 r r增大而减小增大而减小r r增大相当于增大相当于r r减小的影响减小的影响现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)（六）刀具材料的影响（六）刀具材料的影响按立方氮化硼、陶瓷、涂层、硬质合金、高速钢顺序，切削力依次增大。（五）切削液的影响（五）切削液的影响切削液润滑作用越好，切削力减小越显著，低速时更突出。（四）刀具磨损的影响（四）刀具磨损的影响后刀面平均磨损

68、带宽度VB越大，摩擦越强烈，切削力也越大。VB对背向力对背向力Fp影响最显著影响最显著现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.3 1.3 1.3 1.3 切削温度切削温度切削温度切削温度1.3.1 1.3.1 切削热的产生和传导切削热的产生和传导切削热产生于三个变形区，切削过程中消耗的能量约98%转换为热能，切削热 qPcFcv =Cfcapf 0.75v-0.15KFcv= Cfcapf 0.75v0.85KFc切削热通过切屑、工件、刀具和周围介质向外传出现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械

69、工程学院 (School of mechanical engineering)1.3.2 1.3.2 1.3.2 1.3.2 切削温度的测量切削温度的测量切削温度的测量切削温度的测量 切削温度是指切削区域的平均温度平均温度，一般用前刀面与切屑接触区的平均温度近似代替。 切削温度的测量方法目前主要有自然热电偶法、人自然热电偶法、人工热电偶法和半人工热电偶法。工热电偶法和半人工热电偶法。一、自然热电偶法一、自然热电偶法 原理：原理：利用刀具和工件材料化学成分的不同构成热电偶，将刀具和工件作为热电偶的两极，组成热电回路测量切削温度的方法。 特点：特点：利用自然热电偶可以测量切削区的平均温度，但是不能

70、测出切削区指定点的温度。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)二、人工热电偶法二、人工热电偶法 原理：原理：将两种预先经过标定的金属丝组成热电偶，热电偶的热端焊接在刀具或工件预定要测量的点上，冷端通过导线串接电位计或毫伏计，根据表上的数值和热电偶标定曲线，可以获得焊接点上的温度。 特点：特点：利用人工热电偶法只能测得距前刀面有一定距离的某点温度，而不能测出前刀面上的温度。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.3.3、

71、切削温度的分布规律、切削温度的分布规律 红外胶片法测得切钢料的温度场，分析归纳切削温度分布红外胶片法测得切钢料的温度场，分析归纳切削温度分布规律：规律： 1.剪切面上各点的温度基本一致; 2.前、后刀面上的最高温度都处于离刀刃一定距离的地方；后刀面的温度降低和升高在极短时间内完成； 3.在剪切区域内，垂直于剪切方向上的温度梯度较大；垂直于前刀面的切屑底层的温度梯度较大； 4.工件材料塑性越大，前刀面与切屑的接触长度越长，温度分布越均匀；工件材料脆性越大，最高温度所在的点离刀刃越近；工件材料导热系数越低，前、后刀面上的温度越高。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (Scho

72、ol of mechanical engineering)现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.3.4 1.3.4 影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素两个方面：切削热的产生与传出两个方面：切削热的产生与传出（一）切削用量的影响（一）切削用量的影响由由实验得出切削温度经验公式如下 C v z f y ap x式中系数及指数见表1-4,由表中数据看出： z在0.30.5之间，y在0.150.3，x在0.050.1切削用量时切削温度 ，其中v 对影响最大，进给量 f 的影响比v 小，背吃刀量ap的影

73、响很小。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)（二）刀具几何参数的影响（二）刀具几何参数的影响1. 1. 前角前角0 0 的影响的影响0 变形程度F q ，但0 20时，因散热面积，对的影响减小2. 2. 主偏角主偏角r r的影响的影响r ，切削宽度aw ，散热面积 3. 3. 负倒棱和刀尖圆弧半径的影响负倒棱和刀尖圆弧半径的影响b1 、r，切屑变形程度q 同时散热条件改善，两者趋于平衡对对影响很小影响很小现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical

74、engineering)（三）工件材料的影响三）工件材料的影响强度硬度、塑性和韧性越大，切削力越大，切削温度升高，导热率大，散热快，温度下降。（四）刀具磨损的影响（四）刀具磨损的影响后刀面磨损增大，切削温度升高; VB达一定值影响加剧;v越高刀磨损对影响越显著。（五）切削液的影响（五）切削液的影响浇切削液对切削温度刀具磨损加工质量有明显效果。热导率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越显著。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.4 1.4 刀具磨损、破损和刀具耐用度刀具磨损、破损和刀具耐用度u内容提要

75、内容提要内容提要内容提要1.4.11.4.11.4.11.4.1刀具磨损的形态及原因刀具磨损的形态及原因刀具磨损的形态及原因刀具磨损的形态及原因1.4.21.4.21.4.21.4.2刀具磨损过程及磨钝标准刀具磨损过程及磨钝标准刀具磨损过程及磨钝标准刀具磨损过程及磨钝标准1.4.31.4.31.4.31.4.3刀具耐用度及其经验公式刀具耐用度及其经验公式刀具耐用度及其经验公式刀具耐用度及其经验公式1.4.41.4.41.4.41.4.4刀具破损的形态及原因刀具破损的形态及原因刀具破损的形态及原因刀具破损的形态及原因现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of

76、mechanical engineering)u概述概述 刀具在切削工件材料的过程中，本身也发生损坏。刀具刀具在切削工件材料的过程中，本身也发生损坏。刀具的损坏分为磨损和破损。的损坏分为磨损和破损。 刀具的磨损表现为连续的逐渐磨损，刀具磨损时存在着刀具的磨损表现为连续的逐渐磨损，刀具磨损时存在着机械、热和化学变化，表现为摩擦、黏结和扩散等现象。机械、热和化学变化，表现为摩擦、黏结和扩散等现象。 刀具的破损表现为突然发生，包括崩刃、碎断、剥落、刀具的破损表现为突然发生，包括崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等。裂纹破损等。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of m

77、echanical engineering)1.4.1 1.4.1 1.4.1 1.4.1 刀具磨损机理刀具磨损机理刀具磨损机理刀具磨损机理一、刀具磨损的形态一、刀具磨损的形态（一）前刀面磨损（一）前刀面磨损 产生机理：产生机理：切塑性材料，切塑性材料，v v 和和a ac c较大时，切屑与前刀面完全是新鲜的较大时，切屑与前刀面完全是新鲜的表面接触和摩擦，化学反应强烈；高表面接触和摩擦，化学反应强烈；高温高压下，切削液难以进入刀屑接触温高压下，切削液难以进入刀屑接触区，产生前刀面磨损。区，产生前刀面磨损。 磨损形态：磨损形态：在前刀面上形成月牙在前刀面上形成月牙洼磨损。洼磨损。 尺寸指标：尺寸

78、指标：前刀面的磨损值以月前刀面的磨损值以月牙凹最大深度牙凹最大深度KT KT 表示。表示。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)（三）边界磨损（三）边界磨损 磨损形态：磨损形态：切钢料时，主刃、副刃与工件待加工表面或已加切钢料时，主刃、副刃与工件待加工表面或已加工表面接触处磨出沟纹，称为边界磨损。工表面接触处磨出沟纹，称为边界磨损。 产生机理产生机理：边界处的加工硬化层、硬质点、较大的应力梯度边界处的加工硬化层、硬质点、较大的应力梯度和温度梯度所造成。和温度梯度所造成。（二）后刀面磨损（磨损带磨损）（二）后

79、刀面磨损（磨损带磨损） 产生机理：产生机理：切铸铁或切铸铁或v v 和和a ac c较小切塑性材料时，由于刀具后较小切塑性材料时，由于刀具后刀面与工件已加工表面接触区的挤压和摩擦而造成后刀面磨损。刀面与工件已加工表面接触区的挤压和摩擦而造成后刀面磨损。 磨损形态磨损形态：高速切削有时呈面包状，一般情况下呈带状：高速切削有时呈面包状，一般情况下呈带状。 尺寸指标：尺寸指标：后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为值为VCVC；中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以；中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以VBVB表示；边界处表示；边界处磨损严重，以磨损严重，

80、以VNVN表示。表示。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)二、刀具磨损的原因二、刀具磨损的原因 从对温度的依赖程度看，刀具正常磨损的主要原因是：从对温度的依赖程度看，刀具正常磨损的主要原因是：（1）机械磨损：工件材料中硬质点的刻划作用而引起的磨损。）机械磨损：工件材料中硬质点的刻划作用而引起的磨损。（2）热化学磨损：粘结、扩散、腐蚀等引起的磨损）热化学磨损：粘结、扩散、腐蚀等引起的

81、磨损（一）机械磨损（磨料磨损、硬质点磨损）（一）机械磨损（磨料磨损、硬质点磨损） 切屑或工件表面上的硬质点（碳化物、氧化物、积屑瘤碎片切屑或工件表面上的硬质点（碳化物、氧化物、积屑瘤碎片等）对刀具表面刻划作用造成的机械磨损。等）对刀具表面刻划作用造成的机械磨损。 影响硬质点磨损的原因有：材料表面的显微硬度、磨粒硬度、影响硬质点磨损的原因有：材料表面的显微硬度、磨粒硬度、材料表面的硬度（热处理状态、加工硬化程度等）。材料表面的硬度（热处理状态、加工硬化程度等）。 刀具在各种切削速度下都存在硬质点磨损，但它是低速切削刀具在各种切削速度下都存在硬质点磨损，但它是低速切削时刀具磨损的主要原因。时刀具磨

82、损的主要原因。 HSSHSS刀具发生硬质点磨损的几率较大。刀具发生硬质点磨损的几率较大。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)（二）粘结磨损（二）粘结磨损 刀具与切屑、工件间存在高温高压和强烈摩擦，接触到原刀具与切屑、工件间存在高温高压和强烈摩擦，接触到原子间结合距离而产生粘结现象，又称为冷焊。子间结合距离而产生粘结现象，又称为冷焊。 两摩擦表面的粘结点因相对运动、晶粒或晶粒群受剪或受两摩擦表面的粘结点因相对运动、晶粒或晶粒群受剪或受拉而被工件材料带走是造成粘结磨损的原因。拉而被工件材料带走是造成粘结磨损的

83、原因。 粘结点的破裂一般发生在材料比较软的一方，但是由于刀粘结点的破裂一般发生在材料比较软的一方，但是由于刀具材料往往组织不均匀，存在内应力、微裂纹、空隙、局部软具材料往往组织不均匀，存在内应力、微裂纹、空隙、局部软点等缺陷，使得刀具材料也会被带走。点等缺陷，使得刀具材料也会被带走。 粘结程度取决于切削温度、粘结程度取决于切削温度、刀具与工件材料之间的亲和力、刀具与工件材料之间的亲和力、刀屑接触面的清洁程度、刀具和工件材料的硬度比、刀具表面刀屑接触面的清洁程度、刀具和工件材料的硬度比、刀具表面形状与组织、切削条件等。形状与组织、切削条件等。 而切削温度是影响粘结磨损的主要因素。而切削温度是影响

84、粘结磨损的主要因素。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)（三）扩散磨损（三）扩散磨损 刀具与切屑、工件接触处由于高温作用，双方化学元素在刀具与切屑、工件接触处由于高温作用，双方化学元素在固态下互相扩散，使刀材成分、结构改变造成磨损。固态下互相扩散，使刀材成分、结构改变造成磨损。 切削温度越高、刀具与工材料亲合力越大，扩散越快切削温度越高、刀具与工材料亲合力越大，扩散越快； 高速切削时，刀具与工件接触区的温度大于硬质合金与钢高速切削时，刀具与工件接触区的温度大于硬质合金与钢作用的正常温度，引起摩擦副金属间的

85、相互溶解和扩散。因此作用的正常温度，引起摩擦副金属间的相互溶解和扩散。因此高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。 几种刀具材料与铁相互扩散强度的大小顺序为：几种刀具材料与铁相互扩散强度的大小顺序为： 金刚石金刚石碳化硅碳化硅立方氮化硼立方氮化硼氧化铝氧化铝 而与钛合金相互扩散强度的大小顺序为：而与钛合金相互扩散强度的大小顺序为： 氧化铝氧化铝立方氮化硼立方氮化硼碳化硅碳化硅金刚石金刚石现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)（四）化学磨损（四）化学磨损 一定温度下，刀

86、材与空气中的氧、切削液中的硫、氯起化学一定温度下，刀材与空气中的氧、切削液中的硫、氯起化学作用，生成较软的化合物，造成刀具磨损。作用，生成较软的化合物，造成刀具磨损。 化学磨损是边界磨损原因之一，主要发生在较高速切削条件化学磨损是边界磨损原因之一，主要发生在较高速切削条件下。下。（五）热电磨损（五）热电磨损 切削区高温，在刀工间产生热电势加快扩散加剧刀具磨损。切削区高温，在刀工间产生热电势加快扩散加剧刀具磨损。 现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)小结：小结：1.1.对一定的刀具和工件材料，起主导作用的是

87、切削对一定的刀具和工件材料，起主导作用的是切削温度。低温区以机械磨损（硬质点磨损）为主，高温度。低温区以机械磨损（硬质点磨损）为主，高温区以热化学磨损为主。温区以热化学磨损为主。2.2.对耐热性较低的高速钢，其磨损主要是硬质点磨对耐热性较低的高速钢，其磨损主要是硬质点磨损和粘结磨损；对于硬质合金，主要是粘结磨损和损和粘结磨损；对于硬质合金，主要是粘结磨损和扩散磨损。扩散磨损。3.3.加工钢时，氧化铝刀具主要是硬质点磨损和粘结加工钢时，氧化铝刀具主要是硬质点磨损和粘结磨损。磨损。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineer

88、ing)1.4.21.4.21.4.21.4.2刀具磨损过程及磨钝标准刀具磨损过程及磨钝标准刀具磨损过程及磨钝标准刀具磨损过程及磨钝标准（一）刀具磨损过程（一）刀具磨损过程1. 初期磨损阶段初期磨损阶段 与刀具刃磨质量有关与刀具刃磨质量有关2. 正常磨损阶段正常磨损阶段 VB与切削时间近似正比与切削时间近似正比 斜率表示磨损强度斜率表示磨损强度3. 急剧磨损阶段急剧磨损阶段 切削力、温度急升，刀切削力、温度急升，刀 具磨损加剧，之前换刀具磨损加剧，之前换刀现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)（二）刀具磨损

89、标准（二）刀具磨损标准 刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损限度称为刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。磨钝标准。 1.小厂、有经验工人根据一些现象来判断刀具是否磨钝；小厂、有经验工人根据一些现象来判断刀具是否磨钝； 2.ISO标准规定以标准规定以1/2 ap处的处的VB值值作为刀具的磨钝标准；在不作为刀具的磨钝标准；在不同的加工条件下，磨钝标准的具体数值是不同的。同的加工条件下，磨钝标准的具体数值是不同的。 粗车碳素钢粗车碳素钢0.60.8 粗车铸铁粗车铸铁0.81.2 粗车合金钢粗车合金钢0.40.5 精车碳钢精车碳钢0.10.3 系统刚性大、系统刚性大、

90、HSS ， VB值较大；值较大； 系统刚性小、系统刚性小、Y合金，合金，VB值较小值较小 3.自动化精加工刀具，以径向磨损量自动化精加工刀具，以径向磨损量NB作为磨钝标准。作为磨钝标准。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.4.3 1.4.3 刀具耐用度及其经验公式刀具耐用度及其经验公式刀具耐用度及其经验公式刀具耐用度及其经验公式（一）刀具耐用度（一）刀具耐用度T T 刀具刃磨后开始切削到磨损量达到磨钝标准为止的切削时刀具刃磨后开始切削到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间称为刀具耐用度（刀具使用寿命）。间

91、称为刀具耐用度（刀具使用寿命）。 刀具总使用寿命：刀具从开始使用到报废为止的总切削时刀具总使用寿命：刀具从开始使用到报废为止的总切削时间。间。 刀具总使用寿命刀具耐用度刀具总使用寿命刀具耐用度刃磨次数刃磨次数（二）刀具耐用度经验公式的建立（二）刀具耐用度经验公式的建立现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of

92、mechanical engineering)现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)（三）对经验公式的分析与讨论（三）对经验公式的分析与讨论 1.1.上述经验公式是在常用的切削速度范围内讨论的，而在较宽上述经验公式是在常用的切削速度范围内讨论的，而在较宽的切削速度范围内，特别是在低速区，由于积屑瘤的不稳定性会加的切削速度范围内，特别是在低速区，由于积屑瘤的不稳定性会加速刀具的磨损，该

93、经验公式不适用。速刀具的磨损，该经验公式不适用。 2.2.上述经验公式是在正常磨损范围内讨论的，对于以破损为主上述经验公式是在正常磨损范围内讨论的，对于以破损为主的刀具失效形式，该经验公式不适用。的刀具失效形式，该经验公式不适用。 3.3.上述经验公式是以刀具的平均耐用度为依据建立的。实际上，上述经验公式是以刀具的平均耐用度为依据建立的。实际上，由于刀具和刀具材料性能的分散性，加工条件（机床及工艺系统、由于刀具和刀具材料性能的分散性，加工条件（机床及工艺系统、静态性能的差别、工件毛坯余量不均匀）的变化，刀具的耐用度是静态性能的差别、工件毛坯余量不均匀）的变化，刀具的耐用度是随机变量，试验表明其

94、分布为正态分布。随机变量，试验表明其分布为正态分布。 4.4.切削速度对刀具耐用度的影响最大、进给量次之、背吃刀量切削速度对刀具耐用度的影响最大、进给量次之、背吃刀量最小。因此在考虑刀具耐用度的情况下，首先选用较大的背吃刀量最小。因此在考虑刀具耐用度的情况下，首先选用较大的背吃刀量。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.4.4 1.4.4 刀具破损的形态及原因刀具破损的形态及原因刀具破损的形态及原因刀具破损的形态及原因一、刀具脆性破损一、刀具脆性破损1.崩刃：在切削刃上产生小缺口，是一种早期破损的形式崩

95、刃：在切削刃上产生小缺口，是一种早期破损的形式2.碎断：在切削刃上发生小块碎裂和大块断裂。碎断：在切削刃上发生小块碎裂和大块断裂。3.剥落：在前后刀面几乎平行于切削刃而剥下的一层碎片。剥落：在前后刀面几乎平行于切削刃而剥下的一层碎片。4.裂纹破损：刀具在较长时间断续切削后，由于疲劳而引起裂纹破损：刀具在较长时间断续切削后，由于疲劳而引起裂纹的磨损。裂纹的磨损。二、刀具塑性破损二、刀具塑性破损 切削时，由于高温高压的作用，在前后刀面和茄屑的接切削时，由于高温高压的作用，在前后刀面和茄屑的接触层上，刀具表面材料发生塑性流动而丧失切削能力。触层上，刀具表面材料发生塑性流动而丧失切削能力。现代切削加工

96、技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)三、刀具脆性破损的原因三、刀具脆性破损的原因 发生破损的原因主要有：冲击、机械疲劳和热疲劳。发生破损的原因主要有：冲击、机械疲劳和热疲劳。 1.1.引起早期破损的原因主要是机械冲击造成的结果。引起早期破损的原因主要是机械冲击造成的结果。 2.2.刀具后期疲劳破损的原因是在机械与热冲击作用下，刀具后期疲劳破损的原因是在机械与热冲击作用下，刀具内裂纹失稳扩展所致。刀具内裂纹失稳扩展所致。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical

97、 engineering)1.4.5 1.4.5 刀具耐用度的选择原则刀具耐用度的选择原则刀具耐用度的选择原则刀具耐用度的选择原则一、最高生产率耐用度一、最高生产率耐用度以单位时间生产最多数量产品或加工单个产品所消耗的时间最少来衡量。二、最低成本耐用度二、最低成本耐用度根据每件产品的加工费为最低的原则制定现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)最高生产率耐用度比最低成本耐用度低，一般多采用最最高生产率耐用度比最低成本耐用度低，一般多采用最低成本耐用度，只有当生产任务紧迫或生产中出现不平低成本耐用度，只有当生产

98、任务紧迫或生产中出现不平衡的薄弱环节时，才采用最高生产率耐用度。衡的薄弱环节时，才采用最高生产率耐用度。选择刀具耐用度时应该注意几点：选择刀具耐用度时应该注意几点：制造刃磨方面：刀具越简单，制造刃磨方面：刀具越简单，T取小取小装夹调整方面：越复杂，装夹调整方面：越复杂，T取大取大大型工件：大型工件：T取大取大现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.5 已加工表面质量已加工表面质量u内容提要内容提要1.5.1 1.5.1 已加工表面质量的概念已加工表面质量的概念已加工表面质量的概念已加工表面质量的概念1.5

99、.2 1.5.2 已加工表面质量的形成过程已加工表面质量的形成过程已加工表面质量的形成过程已加工表面质量的形成过程1.5.3 1.5.3 已加工表面粗糙度已加工表面粗糙度已加工表面粗糙度已加工表面粗糙度1.5.4 1.5.4 加工硬化加工硬化加工硬化加工硬化1.5.5 1.5.5 残余应力残余应力残余应力残余应力现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)u概述：概述： 已加工表面质量对机器零件的使用性能以及机器的可靠已加工表面质量对机器零件的使用性能以及机器的可靠性能有着重要的影响，要保证工件的表面质量，必须研

100、究已性能有着重要的影响，要保证工件的表面质量，必须研究已加工表面的形成过程，以及影响表面质量的各种因素。加工表面的形成过程，以及影响表面质量的各种因素。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.5.1 1.5.1 已加工表面质量的概念已加工表面质量的概念已加工表面质量的概念已加工表面质量的概念一、已加工表面质量的内涵一、已加工表面质量的内涵 已加工表面质量（已加工表面质量（Surface quality），也成为表面完整性（），也成为表面完整性（Surface integrity）,包含两方面内容：包含两方

101、面内容：1. 表面的几何形状特征表面的几何形状特征（1）表面粗糙度：微观误差波距）表面粗糙度：微观误差波距1mm。（2）表面波度：微观与宏观之间波距）表面波度：微观与宏观之间波距110mm。2. 表面层材质的变化表面层材质的变化 零件加工后在一定深度表面层零件加工后在一定深度表面层内出现变质层，其特性可以用塑内出现变质层，其特性可以用塑性变形、微观裂纹、加工硬化、性变形、微观裂纹、加工硬化、残余应力、晶粒变化等来描述残余应力、晶粒变化等来描述。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)二、已加工表面质量对零件使

102、用性能的影响二、已加工表面质量对零件使用性能的影响1.表面质量对零件耐磨性的影响表面质量对零件耐磨性的影响零件磨损三个阶段：零件磨损三个阶段：初期磨损阶段正常磨损阶段剧烈磨损阶段表面金相组织表面金相组织的变化会导致表层硬度发生变化，影响零件的耐磨性。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)2.2.表面质量对疲劳强度的影响表面质量对疲劳强度的影响表面粗糙度值越大，抗疲劳破坏能力越差；表面粗糙度值越大，抗疲劳破坏能力越差；表面残余拉应力促使裂纹扩展，压应力阻止裂纹扩展；表面残余拉应力促使裂纹扩展，压应力阻止裂纹扩

103、展；表层加工硬化适度会提高疲劳强度，过大易产生裂纹。表层加工硬化适度会提高疲劳强度，过大易产生裂纹。3.3.表面质量对耐腐蚀性的影响表面质量对耐腐蚀性的影响表面粗糙度值越大，抗腐蚀性越差表面粗糙度值越大，抗腐蚀性越差；表层加工硬化及金相组织变化易产生内应力，导致应力腐蚀开裂，表层加工硬化及金相组织变化易产生内应力，导致应力腐蚀开裂，降低零件腐蚀性，而压应力有利微裂纹闭合。降低零件腐蚀性，而压应力有利微裂纹闭合。4. 表面质量对配合质量的影响表面质量对配合质量的影响表面粗糙度值越大，零件配合精度越低。表面粗糙度值越大，零件配合精度越低。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (

104、School of mechanical engineering)三、已加工表面面质量的评定指标三、已加工表面面质量的评定指标1.表面粗糙度。表面粗糙度。2.表面层的加工硬化程度和硬化层深度。表面层的加工硬化程度和硬化层深度。3.表面层以及一定深度层的残余应力大小及分布。表面层以及一定深度层的残余应力大小及分布。4.表面层金相组织的变化情况。表面层金相组织的变化情况。由于第由于第4项的变化结果均反映在表层的加工硬化和残余应项的变化结果均反映在表层的加工硬化和残余应力上，故已加工表面质量的评定指标就是力上，故已加工表面质量的评定指标就是1、2、3项。项。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学

105、院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.5.2 1.5.2 已加工表面质量的形成过程已加工表面质量的形成过程已加工表面质量的形成过程已加工表面质量的形成过程一、已加工表面质量形成的条件一、已加工表面质量形成的条件现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)2.2.由于刀刃钝圆半径的关系，切削层金属发生了分离，上部分沿前由于刀刃钝圆半径的关系，切削层金属发生了分离，上部分沿前刀面流出，下部分受到刀刃的挤压留在加工表面上；刀面流出，下部分受到刀刃的挤压留在加工表面上；3

106、.3.留在加工表面受到挤压的金属层再一次受到后刀面被磨损的棱面留在加工表面受到挤压的金属层再一次受到后刀面被磨损的棱面的挤压、摩擦，弹性变形并恢复，继续与后刀面挤压摩擦，最终形的挤压、摩擦，弹性变形并恢复，继续与后刀面挤压摩擦，最终形成已加工表面。成已加工表面。二、已加工表面的形成过程二、已加工表面的形成过程1.1.当切削层金属以速度当切削层金属以速度v v逐渐逐渐接近刀刃时，便发生压缩与剪接近刀刃时，便发生压缩与剪切变形，最终沿切变形，最终沿 剪切面方向剪切面方向剪切滑移而形成切屑；剪切滑移而形成切屑；现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mecha

107、nical engineering)1.5.3 1.5.3 已加工表面粗糙度已加工表面粗糙度已加工表面粗糙度已加工表面粗糙度一、表面粗糙度产生的原因一、表面粗糙度产生的原因（1 1）几何因素产生的粗糙度。主要取决于残留面积的高度；）几何因素产生的粗糙度。主要取决于残留面积的高度；（2 2）由于切削过程的不稳定性产生的粗糙度。其中包括积屑）由于切削过程的不稳定性产生的粗糙度。其中包括积屑瘤、鳞刺、切削变形、刀具的边界磨损等。瘤、鳞刺、切削变形、刀具的边界磨损等。1.1.残留面积残留面积 切削时，由于刀具与工件的相对运动及刀具几何形状的关切削时，由于刀具与工件的相对运动及刀具几何形状的关系，有一小

108、部分金属未被切削下来而留在已加工表面上，系，有一小部分金属未被切削下来而留在已加工表面上， 直直接影响到已加工表面的横向粗糙度。接影响到已加工表面的横向粗糙度。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)（a）（b）现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)2.2.积屑瘤的成长与分裂对表面粗糙度的影响积屑瘤的成长与分裂对表面粗糙度的影响3.3.鳞刺鳞刺鳞刺现象：鳞刺现象：在已加工表面出现的鳞片状的毛刺。在已加工表面出现的鳞片状的毛

109、刺。产生条件：产生条件：中低切削速度，切削塑性金属。中低切削速度，切削塑性金属。鳞刺形貌：鳞刺形貌：其晶粒和基体材料的晶粒相互交错，鳞刺与基体材料其晶粒和基体材料的晶粒相互交错，鳞刺与基体材料之间没有分界线，其表面微观特征是鳞片状。之间没有分界线，其表面微观特征是鳞片状。积屑瘤与鳞刺的关系：积屑瘤与鳞刺的关系：积屑瘤的顶部不稳定的成长与分裂，形成了鳞刺；积屑瘤的顶部不稳定的成长与分裂，形成了鳞刺；鳞刺是由积屑瘤经过鳞刺是由积屑瘤经过抹拭、导裂、层积、切顶抹拭、导裂、层积、切顶四个阶段形成的。四个阶段形成的。在切削塑性金属材料时，无论有无积屑瘤，都有可能产生鳞刺在切削塑性金属材料时，无论有无积屑

110、瘤，都有可能产生鳞刺。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)4.4.切削过程中的变形切削过程中的变形 挤列或单元切屑的形成中，由于切屑单元带有周期性的挤列或单元切屑的形成中，由于切屑单元带有周期性的断裂，当这种断裂延伸到切削表面下时，在加工表面留下挤断裂，当这种断裂延伸到切削表面下时，在加工表面留下挤裂的痕迹而成为波浪形。裂的痕迹而成为波浪形。 在崩碎切屑的形成中，从主切削刃处开始的裂纹在接近在崩碎切屑的形成中，从主切削刃处开始的裂纹在接近主应力方向斜向下延伸形成过切，造成加工表面凸凹不平。主应力方向斜向下

111、延伸形成过切，造成加工表面凸凹不平。5.5.刀具的边界磨损刀具的边界磨损 在副后刀面上产生的沟槽形边界磨损，在已加工表面上在副后刀面上产生的沟槽形边界磨损，在已加工表面上形成锯齿状的凸出部分，粗糙度增大。形成锯齿状的凸出部分，粗糙度增大。6.6.刀刃与工件相对位置的变动刀刃与工件相对位置的变动（1 1）运动机构发生跳动；（）运动机构发生跳动；（2 2）切削过程的波动。）切削过程的波动。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)二、减小粗糙度的措施二、减小粗糙度的措施1.1.刀具方面刀具方面2.2.工件方面工件方

112、面改善工件材料的塑性和金相组织。改善工件材料的塑性和金相组织。3.3.切削条件方面切削条件方面切削塑性材料时，提高切削速度可以减小表面粗糙度；切削塑性材料时，提高切削速度可以减小表面粗糙度；减小进给量；减小进给量；采用高效切削液。采用高效切削液。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.5.4 1.5.4 加工硬化加工硬化一、加工硬化产生的原因一、加工硬化产生的原因 一方面，已加工表

113、面的形成过程中，表面金属层经受了一方面，已加工表面的形成过程中，表面金属层经受了复杂的塑性变形。复杂的塑性变形。 另一方面，低于相变温度的切削温度使金属弱化，更高另一方面，低于相变温度的切削温度使金属弱化，更高的切削温度使金属发生相变。的切削温度使金属发生相变。 已加工表面就是上述两个方面的综合结果。已加工表面就是上述两个方面的综合结果。 如果是塑性变形占主导地位，产生加工硬化，即强化作如果是塑性变形占主导地位，产生加工硬化，即强化作用；用； 如果是切削温度占主导地位，当切削温度引起退火时，如果是切削温度占主导地位，当切削温度引起退火时，产生弱化作用；当切削温度引起淬火时，产生强化作用。产生弱

114、化作用；当切削温度引起淬火时，产生强化作用。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)二、加工硬化的度量指标二、加工硬化的度量指标现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)三、影响加工硬化的因素三、影响加工硬化的因素1.1.刀具方面刀具方面2.2.工件方面工件方面3.3.切削条件方面切削条件方面现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)现代切削加

115、工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.5.5 1.5.5 残余应力残余应力残余应力残余应力残余应力：残余应力：在没有外力的作用下，在物体内部保持平衡而存在没有外力的作用下，在物体内部保持平衡而存留的应力。残余应力分为残余拉应力（留的应力。残余应力分为残余拉应力（+）和残余压应力（）和残余压应力（- ）。）。一、残余应力产生的原因一、残余应力产生的原因1.1.塑性变形引起的机械应力塑性变形引起的机械应力：在切屑分离处，其水平方向的在切屑分离处，其水平方向的晶粒受压，垂直方向的晶粒受拉；表层金属与后刀面挤压摩晶粒受压

116、，垂直方向的晶粒受拉；表层金属与后刀面挤压摩擦产生拉伸塑性变形，与刀具脱离后，在里层金属的弹性回擦产生拉伸塑性变形，与刀具脱离后，在里层金属的弹性回复作用下，表层呈残余拉应力。复作用下，表层呈残余拉应力。2 2. .切削温度引起的热应力：切削温度引起的热应力：切削时，由于强烈的塑性变形和切削时，由于强烈的塑性变形和摩擦，使已加工表层的温度比里层高，形成不均匀的温度分摩擦，使已加工表层的温度比里层高，形成不均匀的温度分布。表层金属膨胀与收缩都受里层金属的阻碍，从而产生热布。表层金属膨胀与收缩都受里层金属的阻碍，从而产生热应力。应力。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (Sc

117、hool of mechanical engineering)3.3.相变引起的体积应力：相变引起的体积应力：当以加工表面的表层金属高于相变温当以加工表面的表层金属高于相变温度后，则表层组织可能发生相变，由于各种金相组织的不同，度后，则表层组织可能发生相变，由于各种金相组织的不同，从而产生残余应力。从而产生残余应力。 例：例：由奥氏体转变为马氏体，体积增大，表层产生残余压由奥氏体转变为马氏体，体积增大，表层产生残余压应力，里层产生残余拉应力。应力，里层产生残余拉应力。 由马氏体转变为屈氏体或索氏体，体积减小，表层产生残由马氏体转变为屈氏体或索氏体，体积减小，表层产生残余拉应力，里层产生残余亚应

118、力。余拉应力，里层产生残余亚应力。小结：小结： 已加工表面层内呈现的残余应力，是由上述诸原因所导已加工表面层内呈现的残余应力，是由上述诸原因所导致残余应力的综合结果，最后已加工表面层内残余应力的大致残余应力的综合结果，最后已加工表面层内残余应力的大小及符号是由其中起主导作用的因素决定的。因此已加工表小及符号是由其中起主导作用的因素决定的。因此已加工表层最终可能存留残余拉应力，也可能是残余压应力。层最终可能存留残余拉应力，也可能是残余压应力。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)二、影响因素及控制措施二、影响

119、因素及控制措施1.1.工件材料方面工件材料方面塑性大的金属材料，一般会产生拉应力，塑性越大，拉应力越塑性大的金属材料，一般会产生拉应力，塑性越大，拉应力越大，切削脆性材料时通常产生残余压应力。大，切削脆性材料时通常产生残余压应力。2.2.刀具方面：刀具方面：现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)3.3.切削用量方面切削用量方面小结：小结：总之，凡能减小塑性变形和降低切削温度的因素都能使已加总之，凡能减小塑性变形和降低切削温度的因素都能使已加工表面的残余应力减小。工表面的残余应力减小。现代切削加工技术现代切削

120、加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.6 1.6 1.6 1.6 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性1.6.1 1.6.1 工件材料切削加工性的概念和衡量指工件材料切削加工性的概念和衡量指工件材料切削加工性的概念和衡量指工件材料切削加工性的概念和衡量指 工件材料切削加工性工件材料切削加工性 在一定切削条件下，对工件材料进在一定切削条件下，对工件材料进行加工的难易程度，是一个相对的概念行加工的难易程度，是一个相对的概念。一、衡量材料切削加工性的指标一、衡量材料切削加工性的指标1.1.

121、以加工质量衡量切削加工性以加工质量衡量切削加工性 一般零件精加工，以表面粗糙度衡量其切削加工性，易获一般零件精加工，以表面粗糙度衡量其切削加工性，易获得较小的加工表面粗糙度的材料，切削加工性好；得较小的加工表面粗糙度的材料，切削加工性好； 特殊精密零件或特殊要求零件，以已加工表面变质层的深特殊精密零件或特殊要求零件，以已加工表面变质层的深度，残余应力与加工硬化程度来衡量其切削加工性。度，残余应力与加工硬化程度来衡量其切削加工性。 已加工表面质量越高，切削加工性越好。已加工表面质量越高，切削加工性越好。 现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechan

122、ical engineering)2. 2. 以刀具耐用度衡量切削加工性以刀具耐用度衡量切削加工性其含义包括其含义包括： （1）在保证相同的刀具耐用度的前提下，考察切削这种工）在保证相同的刀具耐用度的前提下，考察切削这种工件材料所允许的切削速度的高低；件材料所允许的切削速度的高低； （2）在保证相同的切削条件下，考察切削这种工件材料时）在保证相同的切削条件下，考察切削这种工件材料时刀具耐用度的大小；刀具耐用度的大小； （3）在相同的切削条件下，看保证切削这种工件材料时达）在相同的切削条件下，看保证切削这种工件材料时达到默顿标准时所切除的金属的体积的多少。到默顿标准时所切除的金属的体积的多少。

123、最常用的衡量切削加工性的指标是：在保证相同刀具耐用最常用的衡量切削加工性的指标是：在保证相同刀具耐用度的前提下，切削某种工件材料所允许的切削速度，以度的前提下，切削某种工件材料所允许的切削速度，以vT 表示表示。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)3. 以单位切削力或平均切削温度衡量切削加工性以单位切削力或平均切削温度衡量切削加工性 在相同的切削条件下，切削力越大、切削温度越高的工件在相同的切削条件下，切削力越大、切削温度越高的工件材料切削加工性差，在粗加工和工艺系统刚性不足时，可采用材料切削加工性差，在

124、粗加工和工艺系统刚性不足时，可采用这种指标。这种指标。4. 以断屑性能衡量切削加工性以断屑性能衡量切削加工性 对断屑性能要求高的机床或工序，采用这种衡量指标。对断屑性能要求高的机床或工序，采用这种衡量指标。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)二二 、相对、相对加工性加工性Kv： 以以b=0.637GPa的的45钢的钢的v60作为基准，写作作为基准，写作(v60 )j ，将，将某某种材料的种材料的v60与其相比的比值，即与其相比的比值，即 Kv v60 / (v60 )j Kv仅反映不同材料对刀具使用寿命的

125、影响程度，并未反映仅反映不同材料对刀具使用寿命的影响程度，并未反映表面粗糙度和断屑问题，仅对选择切削速度有指导意义。若以表面粗糙度和断屑问题，仅对选择切削速度有指导意义。若以某材料的某材料的Kv 乘以乘以45钢的切削速度即得该材料的许用切削速度。钢的切削速度即得该材料的许用切削速度。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.6.2 1.6.2 影响工件材料切削加工性的因素及改善途径影

126、响工件材料切削加工性的因素及改善途径影响工件材料切削加工性的因素及改善途径影响工件材料切削加工性的因素及改善途径一、影响工件材料切削加工性的因素一、影响工件材料切削加工性的因素1. 工件材料的物理力学性能工件材料的物理力学性能u工件材料的硬度工件材料的硬度对切削加工性的影响对切削加工性的影响 同类材料中硬度高的切削加工性低。同类材料中硬度高的切削加工性低。1）工件材料的常温硬度工件材料的常温硬度越高，切削加工性越低。越高，切削加工性越低。2）工件材料的高温硬度工件材料的高温硬度越高，切削加工性越低。越高，切削加工性越低。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School

127、of mechanical engineering)3）工件材料中硬质点工件材料中硬质点越多，形状越尖锐，分布越广，则工件越多，形状越尖锐，分布越广，则工件材料的切削加工性越低。材料的切削加工性越低。4）材料的加工硬化性能材料的加工硬化性能越高，切削加工性越低。越高，切削加工性越低。u工件材料的强度工件材料的强度越高，切削加工性越低。越高，切削加工性越低。1.工件材料的塑性与韧性工件材料的塑性与韧性越高，剪切变形功增大，断屑困难，越高，剪切变形功增大，断屑困难，切削加工性降低。切削加工性降低。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical

128、engineering)2. 铸铁的化学成分的影响铸铁的化学成分的影响u铸铁化学成分中，凡能促进石墨化的元素（铸铁化学成分中，凡能促进石墨化的元素（Al、Si、Ni、Cu、Ti等），都能提高材料的切削加工性；凡能阻碍石墨化的元素等），都能提高材料的切削加工性；凡能阻碍石墨化的元素（Cr、V、Mn、Co、P、S等）都会降低材料的切削加工性。等）都会降低材料的切削加工性。3. 金属组织对切削加工性的影响金属组织对切削加工性的影响u钢的不同组织对切削加工性的影响钢的不同组织对切削加工性的影响（1）珠光体）珠光体（2）奥氏体）奥氏体（3）马氏体、回火马氏体、索氏体）马氏体、回火马氏体、索氏体现代切削加

129、工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)u铸铁的金属组织对切削加工性的影响铸铁的金属组织对切削加工性的影响（1）白口铁：少量碳化物，其余为细粒珠光体）白口铁：少量碳化物，其余为细粒珠光体（2）灰铸铁：铁素体）灰铸铁：铁素体+石墨、铁素体石墨、铁素体+珠光体珠光体+石墨石墨（3）球墨铸铁：球状石墨）球墨铸铁：球状石墨4. 切削条件对切削加工性的影响切削条件对切削加工性的影响 主要是切削速度。主要是切削速度。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical enginee

130、ring)现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)二、改善工件材料切削加工性的途径二、改善工件材料切削加工性的途径1. 调整材料的化学成分调整材料的化学成分 钢中加硫、铅等元素；铸铁中增加石墨成分。钢中加硫、铅等元素；铸铁中增加石墨成分。2. 进行适当的热处理进行适当的热处理 低、中碳钢低、中碳钢宜选正火处理，均匀组织，调整硬度塑性；宜选正火处理，均匀组织，调整硬度塑性； 高碳钢高碳钢宜用球化退火宜用球化退火,降低硬度降低硬度,均匀组织均匀组织,改善加工性；改善加工性； 中碳以上的合金钢中碳以上的合金钢硬度较

131、高，需退火以降低硬度；硬度较高，需退火以降低硬度； 不锈钢不锈钢常要进行调质处理，降低塑性，以便加工；常要进行调质处理，降低塑性，以便加工； 铸铁铸铁需进行退火处理，降低表皮硬度，消除内应力需进行退火处理，降低表皮硬度，消除内应力现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)3 . 改善切削加工条件改善切削加工条件1) 选择合适的刀具材料和切削用量选择合适的刀具材料和切削用量 难加工材料，导热性差，选难加工材料，导热性差，选YG、YW合金或涂层刀片；合金或涂层刀片； 刀具合理几何参数，断屑槽、卷屑槽，控制排屑；刀具

132、合理几何参数，断屑槽、卷屑槽，控制排屑； 选择合理切削用量等。选择合理切削用量等。2) 选用合适的设备和加工方法选用合适的设备和加工方法 难加工材料加工，机床要有足够的功率和刚性难加工材料加工，机床要有足够的功率和刚性; 选择合适的切削液，供给充足；选择合适的切削液，供给充足； 高硬度材料加工采用磨削加工更容易；高硬度材料加工采用磨削加工更容易；3) 选择切削加工性好的材料状态选择切削加工性好的材料状态 低碳钢选冷拔状态；中碳钢选热轧状态低碳钢选冷拔状态；中碳钢选热轧状态现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering

133、)1.7 切削加工理论应用实例切削加工理论应用实例1.7.1 1.7.1 切削条件的合理选择及切削力的计算切削条件的合理选择及切削力的计算切削条件的合理选择及切削力的计算切削条件的合理选择及切削力的计算【例例例例】用车刀车削一长度为用车刀车削一长度为用车刀车削一长度为用车刀车削一长度为400mm400mm，直径为，直径为，直径为，直径为30mm30mm的轴类零件，的轴类零件，的轴类零件，的轴类零件， 已知已知已知已知: :现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)（1） 合理选择粗、精加工的切削用量。合理选择粗

134、、精加工的切削用量。（2） 合理选择粗、精加工时的刀具材料。合理选择粗、精加工时的刀具材料。（3） 合理选择粗、精加工时的刀具角度。合理选择粗、精加工时的刀具角度。（4） 查表计算粗加工时的切削力查表计算粗加工时的切削力Fc、Fp、Ff。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engi

135、neering)思考题思考题3现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)1.7.2 1.7.2 难加工材料的切削加工难加工材料的切削加工难加工材料的切削加工难加工材料的切削加工【例例例例1 1】高强度钢的切削加工高强度钢的切削加工高强度钢的切削加工高强度钢的切削加工（1 1）切削加工性分析）切削加工性分析）切削加工性分析）切削加工性分析 高强度钢的室温强度较高，抗拉强度在高强度钢的室温强度较高，抗拉强度在高强度钢的室温强度较高，抗拉强度在高强度钢的室温强度较高，抗拉强度在1.177GPa 1.177GPa 以上

136、，以上，以上，以上，低合金和中合金高强度钢，经淬火及回火获得所需的高强度低合金和中合金高强度钢，经淬火及回火获得所需的高强度低合金和中合金高强度钢，经淬火及回火获得所需的高强度低合金和中合金高强度钢，经淬火及回火获得所需的高强度及硬度，硬度为及硬度，硬度为及硬度，硬度为及硬度，硬度为404058HRC58HRC。高的室温硬度和强度是影响切。高的室温硬度和强度是影响切。高的室温硬度和强度是影响切。高的室温硬度和强度是影响切削加工性的主要因素。高强度钢的高硬组织在切削时，使刀削加工性的主要因素。高强度钢的高硬组织在切削时，使刀削加工性的主要因素。高强度钢的高硬组织在切削时，使刀削加工性的主要因素。

137、高强度钢的高硬组织在切削时，使刀刃的应力增大，切削温度升高，刀具磨损加剧。所以高强度刃的应力增大，切削温度升高，刀具磨损加剧。所以高强度刃的应力增大，切削温度升高，刀具磨损加剧。所以高强度刃的应力增大，切削温度升高，刀具磨损加剧。所以高强度钢在退火状态下比较容易切削。钢在退火状态下比较容易切削。钢在退火状态下比较容易切削。钢在退火状态下比较容易切削。根据资料介绍，切削高强度根据资料介绍，切削高强度根据资料介绍，切削高强度根据资料介绍，切削高强度钢所用的切削速度反比于其强度的平方。钢所用的切削速度反比于其强度的平方。钢所用的切削速度反比于其强度的平方。钢所用的切削速度反比于其强度的平方。现代切削

138、加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)（2）切削条件的合理选择）切削条件的合理选择刀具材料：刀具材料：刀具材料：刀具材料：要求耐磨、强度高、耐热冲击。如要求耐磨、强度高、耐热冲击。如要求耐磨、强度高、耐热冲击。如要求耐磨、强度高、耐热冲击。如YWYW类和类和类和类和YNYN类类类类硬质合金。选用高温高硬度的高钒高钻高速钢；或选用碳化物硬质合金。选用高温高硬度的高钒高钻高速钢；或选用碳化物硬质合金。选用高温高硬度的高钒高钻高速钢；或选用碳化物硬质合金。选用高温高硬度的高钒高钻高速钢；或选用碳化物细小均匀的钼系高速钢以

139、避免崩刃；细小均匀的钼系高速钢以避免崩刃；细小均匀的钼系高速钢以避免崩刃；细小均匀的钼系高速钢以避免崩刃；切削用量：切削用量：切削用量：切削用量：为普通结构钢的为普通结构钢的为普通结构钢的为普通结构钢的1/81/81/21/2左右，当材料强度左右，当材料强度左右，当材料强度左右，当材料强度 b b=1.47=1.471.666Gpa1.666Gpa时，切削速度时，切削速度时，切削速度时，切削速度v=40v=4065m/min65m/min，材料强度增，材料强度增，材料强度增，材料强度增大时，切削速度按反比于其强度的平方进行修正；用高速钢刀大时，切削速度按反比于其强度的平方进行修正；用高速钢刀大

140、时，切削速度按反比于其强度的平方进行修正；用高速钢刀大时，切削速度按反比于其强度的平方进行修正；用高速钢刀具时，切削速度很低，一般具时，切削速度很低，一般具时，切削速度很低，一般具时，切削速度很低，一般v=3v=310m/min10m/min。进给量一般要大于。进给量一般要大于。进给量一般要大于。进给量一般要大于0.05 mm / r 0.05 mm / r ；刀具参数：刀具参数：刀具参数：刀具参数：为了防止崩刃，增强刀刃，前角应选小值或选负为了防止崩刃，增强刀刃，前角应选小值或选负为了防止崩刃，增强刀刃，前角应选小值或选负为了防止崩刃，增强刀刃，前角应选小值或选负值，刀刃的粗糙度应该很小，刀

141、刃刃形上不应有尖角，尖角必值，刀刃的粗糙度应该很小，刀刃刃形上不应有尖角，尖角必值，刀刃的粗糙度应该很小，刀刃刃形上不应有尖角，尖角必值，刀刃的粗糙度应该很小，刀刃刃形上不应有尖角，尖角必须用圆弧代替，刀尖圆弧半径在须用圆弧代替，刀尖圆弧半径在须用圆弧代替，刀尖圆弧半径在须用圆弧代替，刀尖圆弧半径在0.8mm0.8mm以上；以上；以上；以上；现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)切削液：切削液：充分冷却，使用硬质合金刀具时不宜使用水溶性充分冷却，使用硬质合金刀具时不宜使用水溶性充分冷却，使用硬质合金刀具时不

142、宜使用水溶性充分冷却，使用硬质合金刀具时不宜使用水溶性切削液，以免刀刃承受较大的热冲击，引起崩刃；切削液，以免刀刃承受较大的热冲击，引起崩刃；切削液，以免刀刃承受较大的热冲击，引起崩刃；切削液，以免刀刃承受较大的热冲击，引起崩刃；切削加工性改善：切削加工性改善：荒车及粗车一般应在退火或退火状态下荒车及粗车一般应在退火或退火状态下荒车及粗车一般应在退火或退火状态下荒车及粗车一般应在退火或退火状态下进行，同时要注意断屑问题。进行，同时要注意断屑问题。进行，同时要注意断屑问题。进行，同时要注意断屑问题。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanica

143、l engineering)【例例2】高温合金的切削加工高温合金的切削加工u切削加工性分析切削加工性分析 高温合金按基体金属可分为铁基高温合金，镍基高温合金和钻基高温合金，高温合金按基体金属可分为铁基高温合金，镍基高温合金和钻基高温合金，高温合金按基体金属可分为铁基高温合金，镍基高温合金和钻基高温合金，高温合金按基体金属可分为铁基高温合金，镍基高温合金和钻基高温合金，按生产工艺及其性能和用途，可分为变形高温合金和铸造高温合金两大类。按生产工艺及其性能和用途，可分为变形高温合金和铸造高温合金两大类。按生产工艺及其性能和用途，可分为变形高温合金和铸造高温合金两大类。按生产工艺及其性能和用途，可分为

144、变形高温合金和铸造高温合金两大类。 1. 1. 铁基高温合金：我国常用的铁基高温合金牌号有铁基高温合金：我国常用的铁基高温合金牌号有铁基高温合金：我国常用的铁基高温合金牌号有铁基高温合金：我国常用的铁基高温合金牌号有 GH36 ( 4 GH36 ( 4 CrlCrl 2 2 Ni8Mn8MoVNb Ni8Mn8MoVNb ）及）及）及）及 GH 135 ( Cr GH 135 ( Cr 巧巧巧巧 Ni35WZMoZAiZ . STi2 Ni35WZMoZAiZ . STi2 ）等，这些都是）等，这些都是）等，这些都是）等，这些都是变变变变形铁基形铁基形铁基形铁基高温合金。还有铸造铁基高温合金如

145、高温合金。还有铸造铁基高温合金如高温合金。还有铸造铁基高温合金如高温合金。还有铸造铁基高温合金如 K13 K13 、 K14 K14 等。铁基高温合金的抗等。铁基高温合金的抗等。铁基高温合金的抗等。铁基高温合金的抗氧化性能不如镍基合金，高温强度不如钴基合金，但比较容易切削，价格也较氧化性能不如镍基合金，高温强度不如钴基合金，但比较容易切削，价格也较氧化性能不如镍基合金，高温强度不如钴基合金，但比较容易切削，价格也较氧化性能不如镍基合金，高温强度不如钴基合金，但比较容易切削，价格也较为低廉。铁基高温合金的组织是奥氏体，但比之于奥氏体不锈钢，表为低廉。铁基高温合金的组织是奥氏体，但比之于奥氏体不锈

146、钢，表为低廉。铁基高温合金的组织是奥氏体，但比之于奥氏体不锈钢，表为低廉。铁基高温合金的组织是奥氏体，但比之于奥氏体不锈钢，表 7 7 一一一一 4 4 所所所所列各项影响切削加工性的因素对降低切削加工性的作用更为严重。所以铁基高列各项影响切削加工性的因素对降低切削加工性的作用更为严重。所以铁基高列各项影响切削加工性的因素对降低切削加工性的作用更为严重。所以铁基高列各项影响切削加工性的因素对降低切削加工性的作用更为严重。所以铁基高温合金的相对加工性仅为奥氏体不锈钢的温合金的相对加工性仅为奥氏体不锈钢的温合金的相对加工性仅为奥氏体不锈钢的温合金的相对加工性仅为奥氏体不锈钢的 1 / 2 1 /

147、2 左右。改善铁基高温合金切削加左右。改善铁基高温合金切削加左右。改善铁基高温合金切削加左右。改善铁基高温合金切削加工性的热处理方法是工性的热处理方法是工性的热处理方法是工性的热处理方法是“ “退火退火退火退火” ”处理。退火处理可使铁基高温合金的处理。退火处理可使铁基高温合金的处理。退火处理可使铁基高温合金的处理。退火处理可使铁基高温合金的“ “奥氏体一奥氏体一奥氏体一奥氏体一碳化物碳化物碳化物碳化物” ”型组织的固溶体稳定性增加，在切削加工时碳化物少析出或不析出，型组织的固溶体稳定性增加，在切削加工时碳化物少析出或不析出，型组织的固溶体稳定性增加，在切削加工时碳化物少析出或不析出，型组织的

148、固溶体稳定性增加，在切削加工时碳化物少析出或不析出，从而使硬化减少，改善了切削加工性。从而使硬化减少，改善了切削加工性。从而使硬化减少，改善了切削加工性。从而使硬化减少，改善了切削加工性。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)2 2 2 2镍基高温合金：镍基高温合金又分为变形合金和铸造合金镍基高温合金：镍基高温合金又分为变形合金和铸造合金镍基高温合金：镍基高温合金又分为变形合金和铸造合金镍基高温合金：镍基高温合金又分为变形合金和铸造合金两种。常用的变形合金的牌号是两种。常用的变形合金的牌号是两种。常用的变形

149、合金的牌号是两种。常用的变形合金的牌号是 GH33 ( Cr20Ni77AITiZ . GH33 ( Cr20Ni77AITiZ . 5 ) 5 ) ，铸造合金的牌号是，铸造合金的牌号是，铸造合金的牌号是，铸造合金的牌号是 K3 ( K3 ( 17Cr12Ni68WSMo4Co5A15Ti3 ) 17Cr12Ni68WSMo4Co5A15Ti3 ) 等。奥氏体不锈钢仅在等。奥氏体不锈钢仅在等。奥氏体不锈钢仅在等。奥氏体不锈钢仅在 650 650 以下具有抗氧化性，在温度更高的工作条件下，应以下具有抗氧化性，在温度更高的工作条件下，应以下具有抗氧化性，在温度更高的工作条件下，应以下具有抗氧化性，

150、在温度更高的工作条件下，应该采用镍基高温合金。镍基高温合金导热性低，加工硬化该采用镍基高温合金。镍基高温合金导热性低，加工硬化该采用镍基高温合金。镍基高温合金导热性低，加工硬化该采用镍基高温合金。镍基高温合金导热性低，加工硬化严重，切削时与刀具粘结现象严重，故切削非常困难。严重，切削时与刀具粘结现象严重，故切削非常困难。严重，切削时与刀具粘结现象严重，故切削非常困难。严重，切削时与刀具粘结现象严重，故切削非常困难。现代切削加工技术现代切削加工技术机械工程学院机械工程学院 (School of mechanical engineering)uu切削条件的合理选择切削条件的合理选择切削条件的合理选

151、择切削条件的合理选择n n1.1.刀具的选择刀具的选择 n n刀具的刀刃应该始终保持锋利。前角应为正值，但不能过大，后角一刀具的刀刃应该始终保持锋利。前角应为正值，但不能过大，后角一般应稍大一些。般应稍大一些。 n n2 2 切削用量的合理选择很重要，一般是低切削速度，中等偏小的进切削用量的合理选择很重要，一般是低切削速度，中等偏小的进给量，较大的背吃刀量。应该使刀刃在冷硬层以下进行切削。镍含量给量，较大的背吃刀量。应该使刀刃在冷硬层以下进行切削。镍含量对镍基高温合金的切削速度影响很大。镍含量较低时，切削速度可稍对镍基高温合金的切削速度影响很大。镍含量较低时，切削速度可稍高一些。例如含镍高一些

152、。例如含镍 60 60 时，时， v = 13m v = 13m 八八 11in 11in ；含镍；含镍 50 50 时，时， v = 20m / n v = 20m / n linlin ；含镍；含镍 45 45 时，时， v = 26m v = 26m 】 min min 。 n n3 3 应该选择合适的切削液。对于镍基高温合金应避免使用含硫的切应该选择合适的切削液。对于镍基高温合金应避免使用含硫的切削液，否则会对工件造成应力腐蚀，影咆零件的疲劳强度。削液，否则会对工件造成应力腐蚀，影咆零件的疲劳强度。n n 4 4 工艺系统刚性要高，机床功率应足够大。工艺系统刚性要高，机床功率应足够大。