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1、金属切削基础知识第1页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础2本章的学习要求本章的学习要求(1)(1)掌掌掌掌握握握握切切切切削削削削运运运运动动动动、加加加加工工工工表表表表面面面面、切切切切削削削削用用用用量量量量及及及及切切切切削削削削层层层层参参参参数数数数概念和分析方法；概念和分析方法；概念和分析方法；概念和分析方法；(2)(2)掌掌掌掌握握握握刀刀刀刀具具具具刀刀刀刀具具具具角角角角度度度度和和和和工工工工作作作作角角角角度度度度的的的的概概概概念念念念、合合合合理理理理选选选选择择择择刀刀刀刀具具具具角度，常用刀具材料的性质与选用；角度，常用刀具材料的性质与选用；角度，
2、常用刀具材料的性质与选用；角度，常用刀具材料的性质与选用；(3)(3)掌握切削过程中的掌握切削过程中的掌握切削过程中的掌握切削过程中的物理物理物理物理现象及其对加工过程的影响；现象及其对加工过程的影响；现象及其对加工过程的影响；现象及其对加工过程的影响；(4)(4)掌握切削液的作用，合理选用切削液。掌握切削液的作用，合理选用切削液。掌握切削液的作用，合理选用切削液。掌握切削液的作用，合理选用切削液。重点和难点：重点和难点：重点和难点：重点和难点：刀具角度和切削过程中的物理现象刀具角度和切削过程中的物理现象刀具角度和切削过程中的物理现象刀具角度和切削过程中的物理现象切切削削加加工工基基础础知知识
3、识第2页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础3切切削削运运动动及及切切削削要要素素1.1 1.1 切削加工的运动分析及切削要素切削加工的运动分析及切削要素 回回回回转转转转体体体体表表表表面面面面：是是是是以以以以直直直直线线线线为为为为母母母母线线线线作作作作旋旋旋旋转转转转运运运运动动动动所所所所形形形形成成成成的的的的表面；表面；表面；表面；成成成成型型型型方方方方法法法法：车车车车削削削削、钻钻钻钻孔孔孔孔、扩扩扩扩孔孔孔孔、镗镗镗镗孔孔孔孔、铰铰铰铰孔孔孔孔、内内内内外外外外圆圆圆圆磨削等。磨削等。磨削等。磨削等。1.1.1零件表面的形成零件表面的形成平面平面：是以直线为
4、母线作直线运动形成的表面是以直线为母线作直线运动形成的表面；成型方法：成型方法：铣削、刨削、平面磨削等。铣削、刨削、平面磨削等。曲面曲面：是以曲线为母线作旋转或平移所形成的表是以曲线为母线作旋转或平移所形成的表面；面；成型方法：成型方法：铣削、成形磨削、数控铣削、电火花加铣削、成形磨削、数控铣削、电火花加工、激光加工等。工、激光加工等。第3页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础41.1.2切削运动切削运动l分类：1）主运动：切除切屑所需的基本运动。3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。l概念：刀具与工件间的相对运动，以切除多余的金属 2）进给运动：使金属层不断投入被切削的运动。
5、3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或多个。3）其它运动：吃刀运动 分度运动切切削削运运动动及及切切削削要要素素第4页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础5常见机床的切削运动常见机床的切削运动机床名称机床名称主运动主运动进给运动进给运动卧式车床卧式车床工件旋转工件旋转车刀纵向、横向移动车刀纵向、横向移动切切削削运运动动及及切切削削要要素素钻床钻床钻头旋转钻头旋转钻头轴向移动钻头轴向移动铣床铣床铣刀旋转铣刀旋转工件纵向、横向、垂直方向移动工件纵向、横向、垂直方向移动牛头刨床牛头刨床刨刀往复刨刀往复工件横向、垂直方向间隙移动工件横向、垂直方向间隙移动外圆磨床外圆磨床砂轮旋转砂轮
6、旋转 工件旋转、工件往复或砂轮横向移动工件旋转、工件往复或砂轮横向移动平面磨床平面磨床砂轮旋转砂轮旋转 工件往复移动，砂轮横向、垂直移动工件往复移动，砂轮横向、垂直移动镗床镗床镗刀旋转镗刀旋转镗刀轴向移动、工件轴向移动镗刀轴向移动、工件轴向移动龙门刨床龙门刨床工件往复工件往复刨刀横向、垂直方向间隙移动刨刀横向、垂直方向间隙移动第5页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础6正在加工的工件表面，根据其所处的状态分为：正在加工的工件表面，根据其所处的状态分为：正在加工的工件表面，根据其所处的状态分为：正在加工的工件表面，根据其所处的状态分为：已加工表面已加工表面已加工表面已加工表面：已经加
7、工完成的表面。：已经加工完成的表面。：已经加工完成的表面。：已经加工完成的表面。加工表面（过渡表面）加工表面（过渡表面）加工表面（过渡表面）加工表面（过渡表面）：切削刀具正在进行切削加工的：切削刀具正在进行切削加工的：切削刀具正在进行切削加工的：切削刀具正在进行切削加工的表面。表面。表面。表面。待加工表面待加工表面待加工表面待加工表面：即将进入切削加工的表面。：即将进入切削加工的表面。：即将进入切削加工的表面。：即将进入切削加工的表面。l l加工表面加工表面切切削削运运动动及及切切削削要要素素第6页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础7切切削削运运动动及及切切削削要要素素第7页，本
8、讲稿共43页2022/11/29机械制造基础81.1.3切削要素切削要素l l l l切削用量三要素：切削用量三要素：切削速度切削速度切削速度切削速度v v v vc c c c:主运动的线速度主运动的线速度主运动的线速度主运动的线速度(mm/min)(mm/min)圆周运动：圆周运动：圆周运动：圆周运动：Vc=DnVc=Dnw w直线往复：直线往复：直线往复：直线往复：Vc=2LnVc=2Lnr r进给量：进给量：刀具相对工件沿进给方向移动的距离。刀具相对工件沿进给方向移动的距离。1）（周期）进给量）（周期）进给量f(mm/r)f(mm/r)：主运动一个循环主运动一个循环2）进给速度）进给速
9、度v vf f(mm/min)(mm/min)：单位时间内单位时间内3）每齿进给量）每齿进给量a af f(mm/z)(mm/z)：刀具每个刀齿刀具每个刀齿切切削削运运动动及及切切削削要要素素背吃刀量（切削深度）背吃刀量（切削深度）a ap p(mm):(mm):已加工表面与待加工表面已加工表面与待加工表面间的距离。间的距离。补充定义：补充定义：在垂直于进给运动方向上测量的主切削刃在垂直于进给运动方向上测量的主切削刃切入工件的深度。切入工件的深度。第8页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础9切削层：切削层：切削层：切削层：主运动一个周期，相邻两加工表面（切削刃）主运动一个周期，相邻
10、两加工表面（切削刃）主运动一个周期，相邻两加工表面（切削刃）主运动一个周期，相邻两加工表面（切削刃）之间的材料截面。之间的材料截面。之间的材料截面。之间的材料截面。l l切削层尺寸平面要素切削层尺寸平面要素l切削层公称厚度切削层公称厚度h hD D（老标准老标准a ac c）：）：h hD D=f=f sinK sinKr rl切削层公称宽度切削层公称宽度b bD D（老标准老标准a aw w）:b bD D=a=ap p/sinK/sinKr rl切削层公称截面积切削层公称截面积A AD D：A AD D=a=ap p f=bf=bD D h hD Dl残留面积残留面积A AD D残留面积高
11、度残留面积高度：H=f/(ctgKr+ctgKr)r=0H=f2/8rr0切切削削运运动动及及切切削削要要素素第9页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础10切切削削运运动动及及切切削削要要素素r r=0=0时，在时，在时，在时，在ABDABD和和和和ACDACD中中中中BD=HctgKrDC=HctgKrBD=HctgKrDC=HctgKrBD+DC=fBD+DC=fH(ctgKr+ctgKr)=fH(ctgKr+ctgKr)=f残留面积高度：残留面积高度：残留面积高度：残留面积高度：H=f/(ctgKr+ctgKr)H=f/(ctgKr+ctgKr)第10页，本讲稿共43页202
12、2/11/29机械制造基础11切切削削运运动动及及切切削削要要素素r0时时 H=BD=BE-DEH=BD=BE-DE移项后两边平方移项后两边平方,并忽略并忽略H2(Hr)：残留面积高度残留面积高度：H=f2/8r第11页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础12金金属属切切削削刀刀具具l刀具结构及其几何形状刀具结构及其几何形状1.2金属切削刀具1.2.1刀具切削部分的基本定义刀具分类：刀具分类：刀具分类：刀具分类：按工种按工种按工种按工种：车刀、铣刀、刨刀、滚刀等。：车刀、铣刀、刨刀、滚刀等。：车刀、铣刀、刨刀、滚刀等。：车刀、铣刀、刨刀、滚刀等。按按按按功功功功能能能能：车车车车刀
13、刀刀刀、切切切切断断断断刀刀刀刀、螺螺螺螺纹纹纹纹刀刀刀刀、偏偏偏偏刀刀刀刀、尖尖尖尖刀刀刀刀、镗孔刀、成形刀等。镗孔刀、成形刀等。镗孔刀、成形刀等。镗孔刀、成形刀等。结结结结构构构构形形形形式式式式：整整整整体体体体式式式式、焊焊焊焊接接接接式式式式、机机机机械械械械安安安安装装装装式式式式（压压压压板板板板压紧）压紧）压紧）压紧）前刀面前刀面Ar主切削刃主切削刃S主后面主后面Aa刀尖刀尖副后面副后面Aa副切削刃副切削刃S l 切削部分组成切削部分组成第12页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础13l l刀具的静止参考系（刀具的静止参考系（PrPsPoPrPsPo系系正正正正交平
14、面参照系）交平面参照系）交平面参照系）交平面参照系）（1）静止参照系的假设条件：）静止参照系的假设条件：）静止参照系的假设条件：）静止参照系的假设条件：假定运动条件：进给量假定运动条件：进给量假定运动条件：进给量假定运动条件：进给量f=0f=0假定安装条件：刀尖与工件回转中心等高；假定安装条件：刀尖与工件回转中心等高；假定安装条件：刀尖与工件回转中心等高；假定安装条件：刀尖与工件回转中心等高；刀杆方向与进给方向垂直。刀杆方向与进给方向垂直。刀杆方向与进给方向垂直。刀杆方向与进给方向垂直。（2）辅助平面：）辅助平面：切削平面切削平面Ps：过切削刃上一点，与加工表面相切的平面。过切削刃上一点，与加
15、工表面相切的平面。基基面面Pr：过过切切削削刃刃上上同同一一点点，与与切切削削速速度度相相垂垂直直的的平面。平面。正正交交平平面面Po（主主剖剖面面）：过过切切削削刃刃上上同同一一点点，与与切切削削平平和基面相垂直的平面。和基面相垂直的平面。金金属属切切削削刀刀具具第13页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础14前角的作用：前角的作用：前角前角切屑变形切屑变形切削力切削力刃口强度刃口强度前刀面磨损前刀面磨损导热体积导热体积刀具前角的选用：刀具前角的选用：加工塑性材料选大前角加工塑性材料选大前角加工脆性材料、断续切削选小前角加工脆性材料、断续切削选小前角加工硬材料选用负前角加工硬材料
16、选用负前角刀刀刀刀具具具具的的的的标标标标注注注注角角角角度度度度是是是是指指指指静静静静止止止止状状状状态态态态下下下下，在在在在工工工工程程程程图图图图上上上上标标标标注注注注的的的的刀刀刀刀具角度。（下面以车刀为例介绍刀具的标注角度）具角度。（下面以车刀为例介绍刀具的标注角度）具角度。（下面以车刀为例介绍刀具的标注角度）具角度。（下面以车刀为例介绍刀具的标注角度）1.1.刀刀刀刀具具具具标标标标注注注注前前前前角角角角 0 0：在在在在正正正正交交交交平平平平面面面面内内内内测测测测量量量量的的的的，前前前前刀刀刀刀面面面面与与与与基基基基面的夹角。面的夹角。面的夹角。面的夹角。前角的标
17、注：前角的标注：前角的标注：前角的标注：l刀具标角度的定义刀具标角度的定义金金属属切切削削刀刀具具第14页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础15在正交平面内测量的，后刀面与切削面的夹角。在正交平面内测量的，后刀面与切削面的夹角。在正交平面内测量的，后刀面与切削面的夹角。在正交平面内测量的，后刀面与切削面的夹角。后角的标注：后角的标注：后角的标注：后角的标注：后角的作用：后角的作用：后角后角后刀面与加工表面间的摩擦后刀面与加工表面间的摩擦后刀面后刀面磨损磨损刃口强度刃口强度导热体积导热体积刀具后角的选用：刀具后角的选用：粗加工选小后角粗加工选小后角精加工选大后角精加工选大后角选大前
18、角时选小后角以增大刃口强度选大前角时选小后角以增大刃口强度2.刀具标注注后角刀具标注注后角0 0：金金属属切切削削刀刀具具第15页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础16主偏角的作用：主偏角的作用：主偏角主偏角切削刃工作长度切削刃工作长度刀尖强度刀尖强度导导热体积热体积径向分力径向分力刀具主偏角的选用：刀具主偏角的选用：一般为一般为3075加工细长工件采用加工细长工件采用9093副偏角的作用：副偏角的作用：副偏角副偏角副后面与工件已加工表面摩擦副后面与工件已加工表面摩擦刀尖强度刀尖强度表面粗糙度表面粗糙度刀具副偏角的选用：刀具副偏角的选用：一般为一般为520特殊要求可采用特殊要求可
19、采用Kr=0的修光刃的修光刃在基面内测量的，主切削刃与进给方向的夹角。在基面内测量的，主切削刃与进给方向的夹角。4.副副偏偏角角Kr：在在基基面面内内测测量量的的，副副切切削削刃刃与与进进给给反方向的夹角。反方向的夹角。主偏角和副偏角的标注：主偏角和副偏角的标注：主偏角和副偏角的标注：主偏角和副偏角的标注：3.主偏角主偏角KrKr：金金属属切切削削刀刀具具第16页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础17刀具刃倾角的选用：刀具刃倾角的选用：精加工取精加工取S0粗加工取粗加工取S0加工细长工件采用加工细长工件采用S0刃倾角的作用：刃倾角的作用：（1）影响排屑方向：）影响排屑方向：S0排
20、向待加工表面排向待加工表面；S0排向已加工表面；排向已加工表面；S=0前刀面上卷曲前刀面上卷曲在切削平面内测量的，主切削刃与基面的夹角。在切削平面内测量的，主切削刃与基面的夹角。刃倾角的标注刃倾角的标注刃倾角的标注刃倾角的标注：5.刃倾角刃倾角S：（2）影响切入切出的稳定性）影响切入切出的稳定性（3）影响背向分力大小）影响背向分力大小金金属属切切削削刀刀具具第17页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础181 1）粗粗粗粗加加加加工工工工塑塑塑塑性性性性材材材材料料料料时时时时，选选选选择择择择大大大大前前前前角角角角 0 0，小小小小后后后后角角角角 0 0，小小小小主主主主偏偏偏
21、偏角角角角KrKr，较较较较小小小小或或或或负负负负的的的的刃刃刃刃倾倾倾倾角角角角 s s；加加加加工工工工脆脆脆脆性性性性材材材材料料料料时时时时可可可可适适适适当当当当减减减减小小小小前前前前角角角角 0 0；加加加加工工工工高高高高硬硬硬硬度度度度难难难难加加加加工工工工材材材材料料料料时时时时，采采采采用用用用负负负负前前前前角角角角(0 00)0)。2 2）精加工时，一般选择较大后角）精加工时，一般选择较大后角）精加工时，一般选择较大后角）精加工时，一般选择较大后角 0 0，较小的前角，较小的前角，较小的前角，较小的前角 0 0，非，非，非，非负的刃倾角（负的刃倾角（负的刃倾角（负
22、的刃倾角（s s00），加工细长轴时选择大主偏角），加工细长轴时选择大主偏角），加工细长轴时选择大主偏角），加工细长轴时选择大主偏角KrKr。l刀具角度的选择原则：金金属属切切削削刀刀具具第18页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础19例题：例题：下图为外圆车削示意图，在图上标注：下图为外圆车削示意图，在图上标注：下图为外圆车削示意图，在图上标注：下图为外圆车削示意图，在图上标注：（1 1）主运动、进给运动和背吃刀量；）主运动、进给运动和背吃刀量；）主运动、进给运动和背吃刀量；）主运动、进给运动和背吃刀量；（2 2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；）已加工表面、加工（过渡
23、）表面和待加工表面；）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；（3 3）基面、主剖面和切削平面；）基面、主剖面和切削平面；）基面、主剖面和切削平面；）基面、主剖面和切削平面；（4 4）刀具角度）刀具角度）刀具角度）刀具角度 0 01515 、0 06 6 、KKr r5555 、KKr r 4545 、s s1010 。金金属属切切削削刀刀具具第19页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础20金金属属切切削削刀刀具具第20页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础21金金属属切切削削刀刀具具第21页，本讲稿共43页2022/11/
24、29机械制造基础22金金属属切切削削刀刀具具第22页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础23刀具工作角度通通通通常常常常情情情情况况况况下下下下 工工工工作作作作角角角角与与与与标标标标注注注注角角角角近近近近似似似似相相相相等等等等。如普通车削、镗孔、铣削等。如普通车削、镗孔、铣削等。如普通车削、镗孔、铣削等。如普通车削、镗孔、铣削等。当当当当 较较较较大大大大时时时时或或或或安安安安装装装装误误误误差差差差较较较较大大大大时时时时必必必必须须须须考考考考虑虑虑虑其其其其影影影影响响响响。如如如如：车螺纹、铲背、钻孔等。车螺纹、铲背、钻孔等。车螺纹、铲背、钻孔等。车螺纹、铲背、钻
25、孔等。刀具的安装条件变化也引起了参考系的变化。刀具的安装条件变化也引起了参考系的变化。刀具的安装条件变化也引起了参考系的变化。刀具的安装条件变化也引起了参考系的变化。1.1.刀具工作参考系（刀具工作参考系（PrePsePoe）刀刀具具工工作作角角度度又又称称刀刀具具切切削削角角度度：刀刀具具实实际际切切削削条条件件下下的的实际角度。实际角度。工作参考系与静止参考系的差别工作参考系与静止参考系的差别：工作条件下，合成：工作条件下，合成切削速度为主运动与进给运动的合成速度；而静止切削速度为主运动与进给运动的合成速度；而静止条件下合成速度与切削速度是一致的。条件下合成速度与切削速度是一致的。金金属属
26、切切削削刀刀具具第23页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础24（3）刀刀杆杆中中心心线线与与进进给给方方向向不不垂垂直直时时工工作作角角度度变化变化（2）刀尖安装高低对工作角度的影响）刀尖安装高低对工作角度的影响车车外外圆圆刀刀尖尖安安装装偏偏高高（低低）：工工作作前前角角增增大大（小小），工作后角减小（大）；工作后角减小（大）；镗镗内内孔孔刀刀尖尖安安装装偏偏高高（低低）：工工作作前前角角减减小小（大大），工作后角增大（小），工作后角增大（小）。对工作角度的影响对工作角度的影响（1 1）进给对工作角度的影响）进给对工作角度的影响）进给对工作角度的影响）进给对工作角度的影响横向进
27、给：横向进给：横向进给：横向进给：纵向进给：纵向进给：纵向进给：纵向进给：0e0e0e0e=0 0 0 0+0e0e0e0e=0 0 0 0-工作前角增大，工作后角减小。工作前角增大，工作后角减小。工作前角增大，工作后角减小。工作前角增大，工作后角减小。金金属属切切削削刀刀具具第24页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础251.2.2刀具材料刀具材料l 刀具材料的基本性能刀具材料的基本性能高硬度高硬度高硬度高硬度 高耐热性高耐热性高耐热性高耐热性 足够的强度和韧性足够的强度和韧性足够的强度和韧性足够的强度和韧性 高耐磨性高耐磨性高耐磨性高耐磨性 良好的工艺性良好的工艺性良好的工艺性
28、良好的工艺性五五五五个个个个基基基基本本本本性性性性能能能能相相相相互互互互联联联联系系系系，又又又又相相相相互互互互制制制制约约约约，应应应应根根根根据据据据具具具具体体体体加工条件，抓主要性能，兼顾其它。加工条件，抓主要性能，兼顾其它。加工条件，抓主要性能，兼顾其它。加工条件，抓主要性能，兼顾其它。金金属属切切削削刀刀具具第25页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础26l l常用刀具材料的种类及应用常用刀具材料的种类及应用类型类型硬硬度度强强度度韧韧性性耐耐热热耐耐磨磨工艺工艺应用应用工工具具钢钢碳素工具钢碳素工具钢低低高高高高低低好好差差低低高高差差好好切削加切削加工、热工、
29、热处理、处理、刃磨刃磨手动工具手动工具合金工具钢合金工具钢低速工具低速工具高速钢高速钢复杂刀具复杂刀具硬硬质质合合金金钨钴类钨钴类(YG)KYG)K粉末冶粉末冶金烧结金烧结刃磨刃磨脆性金属脆性金属通用类通用类(YW)MYW)M通用通用钨钛钴钨钛钴(YT)PYT)P塑性金属塑性金属非非金金属属陶瓷陶瓷烧结烧结连续切塑连续切塑性材料性材料立方氮化硼立方氮化硼结晶结晶精密加工精密加工金刚石金刚石结晶结晶精密加工精密加工金金属属切切削削刀刀具具第26页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础271.3切削过程中的物理现象切削过程中的物理现象1.3.1切削过程切削过程l l l l 切屑的形成：
30、切屑的形成：切屑的形成：切屑的形成：推挤作用推挤作用推挤作用推挤作用切割作用切割作用切割作用切割作用崩崩碎碎切切屑屑：不不规规则则屑屑片片，较较低低vc，较较大大ap，f加加工工脆脆性性金金属属时时产生。产生。l切屑的种类（不考虑刀具断屑等因素的影响）切屑的种类（不考虑刀具断屑等因素的影响）带带状状切切屑屑：上上表表面面毛毛茸茸状状，下下表表面面光光滑滑的的连连续续切切屑屑，大大0，高高vc，小小ap，f加工塑性金属时产生。加工塑性金属时产生。节节状状（挤挤裂裂）切切屑屑：上上表表面面锯锯齿齿状状，下下表表面面光光滑滑的的连连续续切切屑屑，较较低低vc，较大较大ap，f加工中等硬度塑性金属时产
31、生。加工中等硬度塑性金属时产生。粒粒状状（单单元元）切切屑屑：菱菱形形单单元元分分离离体体，较较低低vc，较较大大ap，f加工硬度较高塑性较差金属时产生。加工硬度较高塑性较差金属时产生。金金属属切切削削过过程程第27页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础28l l切屑变形切屑变形（1）第第第第I变变形形区区（剪剪切切区区、塑塑性性变变形形区区）：从从开开始发生塑性变形到晶粒剪切滑移基本完成。始发生塑性变形到晶粒剪切滑移基本完成。切切屑屑收收缩缩现现象象：变变形形系系数数 越越大大，切切削削变变形形越越大大，切切削削力力越越大大，消消耗耗功功率率越越大大，切切削削温温度度越越高高，加
32、工表面质量越差。加工表面质量越差。金金属属切切削削过过程程第28页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础29滞滞滞滞流流流流现现现现象象象象:切切切切削削削削塑塑塑塑性性性性金金金金属属属属时时时时，由由由由于于于于切切切切屑屑屑屑底底底底层层层层与与与与刀刀刀刀具具具具的的的的挤挤挤挤压压压压和摩擦，切屑底层金属流速减缓的现象。和摩擦，切屑底层金属流速减缓的现象。和摩擦，切屑底层金属流速减缓的现象。和摩擦，切屑底层金属流速减缓的现象。积积积积屑屑屑屑瘤瘤瘤瘤：在在在在一一一一定定定定温温温温度度度度、压压压压力力力力条条条条件件件件下下下下，滞滞滞滞流流流流层层层层与与与与前前前前
33、刀刀刀刀面面面面之之之之间间间间的的的的摩摩摩摩擦擦擦擦力力力力大大大大于于于于切切切切屑屑屑屑底底底底层层层层内内内内部部部部晶晶晶晶粒粒粒粒的的的的间间间间的的的的亲亲亲亲和和和和力力力力，滞滞滞滞流流流流层层层层部部部部分分分分金金金金属属属属粘粘粘粘结结结结在在在在前前前前刀刀刀刀面面面面切切切切屑屑屑屑刃刃刃刃附附附附近近近近，形形形形成成成成的的的的一一一一块块块块硬硬硬硬的的的的金金金金属属属属层层层层（由由由由于于于于塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形，硬硬硬硬比比比比度度度度比比比比工工工工件件件件材材材材料高料高料高料高2323倍）倍）倍）倍）（2）第第II变形区（摩擦区）变
34、形区（摩擦区）变形区（摩擦区）变形区（摩擦区）金金属属切切削削过过程程第29页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础30n形成条件：形成条件：中低速切削塑性金属中低速切削塑性金属n冷冷焊焊现现象象：挤挤压压与与摩摩擦擦产产生生高高温温高高压压，同同时时摩摩擦擦带带走走杂杂质质，刀刀具具表表面面与与切切屑屑表表面面新新鲜鲜金金属属粒粒子子间间的的亲亲合合力力和和摩摩擦擦力力之之和和大大于于切切屑屑材材料料内内部部粒粒子子间间的的亲亲合合力力，就就会会从切屑上撕下一小块金属粘接在前刀面上，形成积屑瘤。从切屑上撕下一小块金属粘接在前刀面上，形成积屑瘤。n特性：特性：无无有有小小大大脱落脱落
35、周期性周期性n对对切切削削过过程程的的影影响响：保保护护刀刀刃刃；使使工工作作前前角角增增大大，切切削刀减小；切削平稳性差；影响加工精度和表面粗糙度。削刀减小；切削平稳性差；影响加工精度和表面粗糙度。（2 2）第第IIII变形区（摩擦区）变形区（摩擦区）金金属属切切削削过过程程第30页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础31变形强化（加工硬化）变形强化（加工硬化）变形强化（加工硬化）变形强化（加工硬化）成因：成因：成因：成因：1 1）挤压塑性变形）挤压塑性变形）挤压塑性变形）挤压塑性变形2 2）表面相变）表面相变）表面相变）表面相变对加工过程的影响：对加工过程的影响：对加工过程的影
36、响：对加工过程的影响：影响后续加工影响后续加工影响后续加工影响后续加工影响加工表面质量影响加工表面质量影响加工表面质量影响加工表面质量产生残余应力产生残余应力产生残余应力产生残余应力消除变形强化的措施消除变形强化的措施消除变形强化的措施消除变形强化的措施：通过热处理降低材料塑性；通过热处理降低材料塑性；通过热处理降低材料塑性；通过热处理降低材料塑性；采用切削液；采用切削液；采用切削液；采用切削液；加工后通过热处理消除变形强化。加工后通过热处理消除变形强化。加工后通过热处理消除变形强化。加工后通过热处理消除变形强化。（3）第第III变形区（挤压区）变形区（挤压区）金金属属切切削削过过程程第31页
37、，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础321.3.2切削力和切削功率切削力和切削功率l l l l 切削力的来源与分解切削力的来源与分解切削力的来源与分解切削力的来源与分解（1 1）切削力的来源：变形抗力和摩擦阻）切削力的来源：变形抗力和摩擦阻）切削力的来源：变形抗力和摩擦阻）切削力的来源：变形抗力和摩擦阻切削力是所有切削力的合力，为空间交变力。切削力是所有切削力的合力，为空间交变力。切削力是所有切削力的合力，为空间交变力。切削力是所有切削力的合力，为空间交变力。（2 2）切削力的几何分力（车削外圆为例）切削力的几何分力（车削外圆为例）切削力的几何分力（车削外圆为例）切削力的几何分力
38、（车削外圆为例）主切削力主切削力主切削力主切削力F Fc c（主运动方向上的正投影（分力）（主运动方向上的正投影（分力）（主运动方向上的正投影（分力）（主运动方向上的正投影（分力）进给力进给力进给力进给力F Ff f（进给方向上的正投影（分力）（进给方向上的正投影（分力）（进给方向上的正投影（分力）（进给方向上的正投影（分力）背向力背向力背向力背向力F Fp p（垂直于工作平面上的分力）（垂直于工作平面上的分力）（垂直于工作平面上的分力）（垂直于工作平面上的分力）金金属属切切削削过过程程第32页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础331.3.2削力和切削功率削力和切削功率l l切削
39、力估算与切削功率切削力估算与切削功率（1）Fc=kcAD=kcapf其其中中；kc为为单单位位切切削削力力，同同一一材材料料，在在一一定定切切削削条条件件下下kc是不变的，可测定是不变的，可测定（2）切削功率）切削功率Pc=FcVc金金属属切切削削过过程程第33页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础34l影响切削力的因素：（1）工工件件材材料料：材材料料成成分分、组组织织和和力力削削性性能能是是影影响响切切削削力力的的主主要要因因素素。强强度度、硬硬度度、塑塑性性、韧韧性性越越大大切削力越大；切削力越大；（2）切切削削用用量量：影影响响最最大大的的是是ap，其其次次是是f，切切削削
40、速速度度 c最最小小，Fc与与c是是1：1，f影影响响7080%，c影影响响积积屑屑瘤的存在，有积屑瘤时瘤的存在，有积屑瘤时F明显减小。明显减小。（3）刀刀具具几几何何角角度度：0增增大大，刃刃口口锋锋利利、切切削削变变形形小小，摩摩擦擦小小，切切削削力力减减小小；o增增大大、摩摩擦擦减减小小，切切削削力力减减小；小；Kr增大增大Fp减小；正减小；正 s，Fp减小减小Ff增大。增大。（4）其其它它因因素素：切切削削液液使使用用润润滑滑条条件件好好，切切削削力力减减小小，刀具磨损后切削力剧增。刀具磨损后切削力剧增。金金属属切切削削过过程程第34页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础3
41、51.3.3切削热和切削温度l l l l 切削热的来源与传散切削热的来源与传散切削热的来源与传散切削热的来源与传散（1 1）切切切切削削削削热热热热来来来来源源源源于于于于：切切切切削削削削层层层层材材材材料料料料弹弹弹弹、塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形变变变变形形形形热热热热刀刀刀刀具具具具前前前前、后后后后刀刀刀刀面的摩擦面的摩擦面的摩擦面的摩擦摩擦热摩擦热摩擦热摩擦热三个切削变形区是三个主要热源区三个切削变形区是三个主要热源区三个切削变形区是三个主要热源区三个切削变形区是三个主要热源区（2 2）切切切切削削削削热热热热的的的的传传传传散散散散：通通通通过过过过刀刀刀刀具具具具、切切切
42、切屑屑屑屑、工工工工件件件件和和和和周周周周围围围围介介介介质质质质（如如如如：空气、切削液等）散热。空气、切削液等）散热。空气、切削液等）散热。空气、切削液等）散热。l切削温度及其影响因素切削温度及其影响因素切切削削温温度度取取决决于于切切削削热热的的产产生生与与传传热热的的综综合合因因素素，切切削削温温度度太高，工件产生热变形，加工精度下降，刀具寿命降低。太高，工件产生热变形，加工精度下降，刀具寿命降低。影影响响切切削削温温度度的的因因素素：切切削削用用量量、工工件件材材料料、刀刀具具几几何何角角度度、其它条件其它条件切削量中影响最大的是切削速度切削量中影响最大的是切削速度 c，其次是其次
43、是f，ap影响最小影响最小金金属属切切削削过过程程第35页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础361.3.4刀具磨损与刀具寿命l l l l 刀具磨损过程刀具磨损过程刀具磨损过程刀具磨损过程初初初初期期期期磨磨磨磨损损损损阶阶阶阶段段段段：刀刀刀刀具具具具表表表表面面面面粗粗粗粗糙糙糙糙度度度度大大大大、单单单单位位位位面面面面积积积积压压压压力力力力高高高高，磨损快。磨损快。磨损快。磨损快。正常磨损阶段正常磨损阶段正常磨损阶段正常磨损阶段急急急急剧剧剧剧磨磨磨磨损损损损阶阶阶阶段段段段：磨磨磨磨损损损损后后后后切切切切削削削削温温温温度度度度升升升升高高高高，磨磨磨磨损损损损量量
44、量量急急急急剧剧剧剧增增增增加。加。加。加。金金属属切切削削过过程程第36页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础371.3.4刀具磨损与刀具寿命l刀具磨损形式刀具磨损形式（1）后后面面磨磨损损：切切削削脆脆性性材材料料，切切削削塑塑性性材材料料hD0.5mm用用月月牙牙洼最大深度洼最大深度KT表示。表示。（3）前前后后面面同同时时磨磨损损：切切削削塑塑性性材材料料hD在在0.10.5mm之之间间大大多多数数情情况况下下前前、后后刀刀具具都都有有磨磨损损，后后刀刀面面磨磨损损对对加加工工质质量量影影响响最最大大，测测量量方便，通常以方便，通常以VB来表示刀具磨损程度。来表示刀具磨损程
45、度。金金属属切切削削过过程程第37页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础38l l刀具磨损的原因：刀具磨损的原因：1.1.机械摩擦磨损：机械摩擦磨损：机械摩擦磨损：机械摩擦磨损：磨粒磨损、粘结磨损磨粒磨损、粘结磨损磨粒磨损、粘结磨损磨粒磨损、粘结磨损2.2.热效应磨损：热效应磨损：热效应磨损：热效应磨损：相变磨损相变磨损相变磨损相变磨损-高速钢刀具高速钢刀具高速钢刀具高速钢刀具氧化磨损、扩散磨损氧化磨损、扩散磨损氧化磨损、扩散磨损氧化磨损、扩散磨损-硬质合金刀具硬质合金刀具硬质合金刀具硬质合金刀具l刀具寿命及其影响因素刀具寿命及其影响因素磨钝标准：磨钝标准：通常指刀具后刀面允许的最
46、大磨损量。通常指刀具后刀面允许的最大磨损量。刀刀具具寿寿命命T：刀刀具具开开始始切切削削到到达达到到磨磨钝钝标标准准中中切切削削时时间。间。影影响响刀刀具具寿寿命命的的因因素素：切切削削用用量量；工工件件材材料料；刀刀具具材材料及几何角度；其它因素。料及几何角度；其它因素。切切削削量量中中影影响响最最大大的的是是切切削削速速度度 c，其其次次是是f，ap影影响最小。响最小。金金属属切切削削过过程程第38页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础39l l切削用量的选择原则：切削用量的选择原则：1）粗粗加加工工时时，为为提提高高机机械械加加工工效效率率，首首先先选选择择较较大大的的切切削
47、削深深度度，其其次次是是较较大大的的进进给给量量，最最后后选选择择中中低低切切削削速速度，以保证刀具寿命。度，以保证刀具寿命。2）精精加加工工时时，为为保保证证加加工工质质量量，首首先先选选择择较较小小的的切切削削深深度度（保保证证加加工工尺尺寸寸精精度度），其其次次选选择择较较小小的的进进给给量量（保保证证表表面面粗粗糙糙度度要要求求），最最后后选选择择低低速速（高高速速钢钢刀刀具）或高速（硬质合金刀具）切削，以保证刀具寿命。具）或高速（硬质合金刀具）切削，以保证刀具寿命。金金属属切切削削过过程程第39页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础401.4工件材料的切削加工性工件材料的
48、切削加工性1.4.1切削加工性的概念和标志方法切削加工性的概念和标志方法加工性等级加工性等级名称及种类名称及种类相对加工性相对加工性KrKr1 1很易切削材料很易切削材料一般有色金属一般有色金属3.03.02 2容易切削材料容易切削材料易切钢易切钢2.53.02.53.03 3较易切削钢较易切削钢1.62.51.62.54 4普通材料普通材料一般钢与铸铁一般钢与铸铁1.01.61.01.65 5稍难切削材料稍难切削材料0.651.00.651.06 6难切削材料难切削材料较难切削材料较难切削材料0.50.650.50.657 7难切削材料难切削材料0.150.50.150.58 8很难切削材料
49、很难切削材料0.150.15材材料料切切削削加加工工性性第40页，本讲稿共43页2022/11/29机械制造基础41l l 影响因素影响因素影响因素影响因素 材材材材料料料料硬硬硬硬度度度度；材材材材料料料料塑塑塑塑性性性性和和和和韧韧韧韧性性性性；材材材材料料料料强强强强度度度度；弹弹弹弹性性性性模模模模量量量量E E；导热系数；其它因素。；导热系数；其它因素。；导热系数；其它因素。；导热系数；其它因素。l l l l 改善措施改善措施改善措施改善措施（1 1）选用切削性好材料及表面状态好的材料）选用切削性好材料及表面状态好的材料）选用切削性好材料及表面状态好的材料）选用切削性好材料及表面状
50、态好的材料（2 2）热热热热处处处处理理理理改改改改善善善善切切切切削削削削加加加加工工工工性性性性，中中中中、低低低低碳碳碳碳钢钢钢钢正正正正火火火火处处处处理理理理；高高高高碳碳碳碳钢钢钢钢球球球球化化化化退退退退火火火火；（中中中中碳碳碳碳及及及及中中中中碳碳碳碳合合合合金金金金钢钢钢钢）调调调调质质质质钢钢钢钢调调调调质质质质处理。处理。处理。处理。（3 3）选用合理的刀具材料及刀具角度）选用合理的刀具材料及刀具角度）选用合理的刀具材料及刀具角度）选用合理的刀具材料及刀具角度（4 4）特特特特种种种种切切切切削削削削加加加加工工工工：振振振振动动动动切切切切削削削削；加加加加热热热热切