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1、第二第二节 金属切削金属切削过程基本程基本规律律一、金属切削过程一、金属切削过程1.切屑的形成切屑的形成图图3-10金属切削过程中的滑移线和流线金属切削过程中的滑移线和流线1.切屑的形成切屑的形成图图3-12切屑类型切屑类型1.切屑的形成切屑的形成图图3-10金属切削过程中的滑移线和流线金属切削过程中的滑移线和流线1.切屑的形成切屑的形成衡量切屑变形程度的方法衡量切屑变形程度的方法：切屑厚度压缩比切屑厚度压缩比hh 图图3-13切屑厚度压缩比切屑厚度压缩比hh的计算的计算2.积屑瘤积屑瘤图图3-15积屑瘤与切削刃积屑瘤与切削刃的金相显微照片的金相显微照片2.积屑瘤积屑瘤图图3-16积屑瘤高度及
2、其实际工作前角积屑瘤高度及其实际工作前角2.积屑瘤积屑瘤（1）积屑瘤对切削过程的影响：积屑瘤对切削过程的影响：1)1)积积屑屑瘤瘤包包围围着着切切削削刃刃，可可以以代代替替前前面面、后后面面和和切切削削刃刃进进行行切切削削，从从而而保保护护了了刀刀刃刃，减减少少了了刀刀具具的的磨磨损。损。2)2)积积屑屑瘤瘤使使刀刀具具的的实实际际工工作作前前角角增增大大，而而且且，积积屑屑瘤越高，实际工作前角越大，刀具越锋利。瘤越高，实际工作前角越大，刀具越锋利。3)3)积积屑屑瘤瘤前前端端伸伸出出切切削削刃刃外外，直直接接影影响响加加工工尺尺寸寸精精度。度。4)4)积积屑屑瘤瘤直直接接影影响响工工件件加加
3、工工表表面面的的形形状状精精度度和和表表面面粗糙度。粗糙度。2.积屑瘤积屑瘤（2 2）积屑瘤的成因：）积屑瘤的成因：1 1）工件材料的塑性；）工件材料的塑性；2.积屑瘤积屑瘤（2 2）积屑瘤的成因：）积屑瘤的成因：1 1）工件材料的塑性；）工件材料的塑性；2 2）切削速度；）切削速度；图图3-17切削速度对积屑瘤的影响切削速度对积屑瘤的影响2.积屑瘤积屑瘤（2 2）积屑瘤的成因：）积屑瘤的成因：1 1）工件材料的塑性；）工件材料的塑性；2 2）切削速度；）切削速度；3 3）刀具前角；）刀具前角；2.积屑瘤积屑瘤（2 2）积屑瘤的成因：）积屑瘤的成因：1 1）工件材料的塑性；）工件材料的塑性；2
4、 2）切削速度；）切削速度；3 3）刀具前角；）刀具前角；4 4）冷却润滑条件。）冷却润滑条件。二、切削力二、切削力1.1.总切削力的分解和切削功率总切削力的分解和切削功率（1 1）总切削力的分解总切削力的分解 1 1）切削力）切削力FcFc 2 2）背向力）背向力FpFp 3 3）进给力）进给力FfFf 1.1.总切削力的分解和切削功率总切削力的分解和切削功率（1 1）总切削力的分解总切削力的分解 1.1.总切削力的分解和切削功率总切削力的分解和切削功率（2 2）切削功率切削功率 单位：kwFc切削力，单位：N；vc切削速度，单位：m/min。1.1.总切削力的分解和切削功率总切削力的分解和
5、切削功率（2 2）切削功率切削功率 单位：kwc机床传动效率，一般，取c=0.750.85。二、切削力二、切削力 2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式切削力切削力2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式切削力切削力背向力背向力进给力进给力切削时消耗的功率切削时消耗的功率2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式 计算举例计算举例：用用YT5YT5硬硬质质合合金金车车刀刀外外圆圆纵纵车车b=630b=630MPaMPa的的热热轧轧4545钢钢，车车刀刀几几何何参参数数为为g go o=10=10、k kr r=75=75、l ls s=5=5，切切削削用用量量为为aspasp=2mm=2mm、
6、ff=0.3mm/r=0.3mm/r、vcvc=100m/min=100m/min。试计算切削力试计算切削力FcFc、FpFp、F Ff f 及切削功率及切削功率PcPc 。2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式 解解：查表查表3-2得：得：CFC=2795xFC=1.0yFC=0.75zFC=-0.152.2.切削力的经验公式切削力的经验公式 解解：2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式 解解：当当 b=630MPa时时2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式续续：按按k kr=75查表查表3-4，得，得 按按g go=10=10查表查表3-4，得，得按按l ls =-5=-5查表查表3
7、-4，得，得2.2.切削力的经验公式切削力的经验公式续续：二、切削力二、切削力 3.3.影响切削力的因素影响切削力的因素 总切削力的来源有两个方面：总切削力的来源有两个方面：一一是是克克服服被被加加工工材材料料对对弹弹性性变变形形和和塑塑性性变形的抗力；变形的抗力；二二是是克克服服切切屑屑对对刀刀具具前前面面的的摩摩擦擦阻阻力力和和工件表面对刀具后面的摩擦阻力。工件表面对刀具后面的摩擦阻力。3.影响切削力的因素1 1）工件材料的性能对切削力有显著的影响工件材料的性能对切削力有显著的影响。工件材料的硬度或强度愈高，材料的工件材料的硬度或强度愈高，材料的剪切屈服强度也愈高，发生剪切变形的剪切屈服强
8、度也愈高，发生剪切变形的抗力也愈大，故切削力也愈大。抗力也愈大，故切削力也愈大。3.影响切削力的因素2 2）切削用量）切削用量对切削力的影响对切削力的影响。a a）背吃刀量背吃刀量aspasp 和进给量和进给量f f对切削力的影响对切削力的影响;背吃刀量背吃刀量aspasp进给量进给量f fA AD D变形抗力变形抗力摩擦力摩擦力切削力切削力二、切削力二、切削力 标准切削试验：刀具材料P10，工件材料45钢b=650Mpa，车刀几何参数为go=10、kr=45、ls=0。即，即，asp增大一倍，增大一倍，FC也增大一倍；而也增大一倍；而f增大一倍，增大一倍，FC只能增大只能增大68%80。二、
9、切削力二、切削力 由由此此可可见见，从从减减小小切切削削力力和和节节省省动动力力消消耗耗的的观观点点出出发发，在在切切除除相相同同余余量量的的条条件件下，增大下，增大f比增大比增大asp更为有利。更为有利。3.影响切削力的因素2 2）切削用量）切削用量对切削力的影响对切削力的影响。b b）切削速度切削速度VcVc对切削力的影响对切削力的影响;切削塑性材料时切削塑性材料时3.影响切削力的因素2 2）切削用量）切削用量对切削力的影响对切削力的影响。b b）切削速度切削速度VcVc对切削力的影响对切削力的影响;3.影响切削力的因素3 3）刀具几何参数）刀具几何参数对切削力的影响对切削力的影响。a a
10、）前角前角g go o对切削力的影响对切削力的影响;刀刃锋利刀刃锋利前角前角g go o变形抗力变形抗力切削力切削力 3.影响切削力的因素3 3）刀具几何参数）刀具几何参数对切削力的影响对切削力的影响。a a）前角前角g go o对对切削力的影响切削力的影响;图图3-25前角对切削力的影响前角对切削力的影响asp=4mmf=0.25mm/r 3.影响切削力的因素3 3）刀具几何参数）刀具几何参数对切削力的影响对切削力的影响。b b）主偏角主偏角k kr r对切削力的影响对切削力的影响;3.影响切削力的因素3 3）刀具几何参数）刀具几何参数对切削力的影响对切削力的影响。c c）刃倾角刃倾角l l
11、s s对切削力的影响对切削力的影响;l ls s背前角背前角g gp p侧前角侧前角g gf fFpFpFfFf 3.影响切削力的因素3 3）刀具几何参数）刀具几何参数对切削力的影响对切削力的影响。d d）刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r re e对切削力的影响对切削力的影响;3.影响切削力的因素3 3）刀具几何参数）刀具几何参数对切削力的影响对切削力的影响。e e）使用切削液使用切削液对切削力的影响对切削力的影响;三、切削热和切削温度1.1.切削热的来源与传出切削热的来源与传出图图3-29切削热的来源与传出切削热的来源与传出 三、切削热和切削温度1.1.切削热的来源与传出切削热的来源与传出式中式中
12、Q单位时间产生的热量，单位：单位时间产生的热量，单位：J/s；Fc切削力，单位：切削力，单位：N；vc切削速度单位：切削速度单位：m/s。三、切削热和切削温度1.1.切削热的来源与传出切削热的来源与传出图图3-30不同切削速度下的热量传出比例不同切削速度下的热量传出比例 三、切削热和切削温度1.1.切削热的来源与传出切削热的来源与传出加工方法加工方法切屑切屑工件工件刀具刀具车削车削5080%1040%5%铣削铣削70%50%15%磨削磨削4%80%12%三、切削热和切削温度2.2.切削温度的分布切削温度的分布a）法平面内的切削温度分布法平面内的切削温度分布b）刀具前面上的切削温度分布刀具前面上
13、的切削温度分布图图3-33切削温度的分布切削温度的分布 三、切削热和切削温度3.3.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素(1)(1)工件材料工件材料工件材料的强度、硬度越高，总切削力越大，工件材料的强度、硬度越高，总切削力越大，单位时间内产生的热量越多，切削温度也就越高。单位时间内产生的热量越多，切削温度也就越高。工件材料的导热性好，从切屑和工件传出的切工件材料的导热性好，从切屑和工件传出的切削热相应增多，切削区的平均温度降低。削热相应增多，切削区的平均温度降低。例如，合金结构钢的强度普遍高于例如，合金结构钢的强度普遍高于4545钢，而导钢，而导热系数又一般均低于热系数又一般均低于45
14、45钢，所以切削合金结构钢钢，所以切削合金结构钢的切削温度高于切削的切削温度高于切削4545钢的切削温度。钢的切削温度。3.3.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素(2)(2)切削用量切削用量 在切削用量中，在切削用量中，切削速度对切削温度的影响最切削速度对切削温度的影响最大。大。随着切削速度的提高，材料切除率随之成正比随着切削速度的提高，材料切除率随之成正比例的增加。但随着切削速度的提高，切屑变形相应例的增加。但随着切削速度的提高，切屑变形相应减小，所以，切削功和切削热虽然有所增高，但不减小，所以，切削功和切削热虽然有所增高，但不可能成正比例的增高，因此，切削温度也不会成正可能成正比
15、例的增高，因此，切削温度也不会成正比例的增比例的增高。高。3.3.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素(2)(2)切削用量切削用量切削速度切削速度 3.3.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素(2)(2)切削用量切削用量进给量进给量材料切除率材料切除率Q=1000vcaspf3.3.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素(2)(2)切削用量切削用量背吃刀量背吃刀量材料切除率材料切除率Q=1000vcaspf3.3.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素 综上所述，切削用量对切削温度的影响综上所述，切削用量对切削温度的影响程度以切削速度为最大，进给量次之，背吃程度以切
16、削速度为最大，进给量次之，背吃刀量最小。刀量最小。因此，若要切除给定的余量，又要求切因此，若要切除给定的余量，又要求切削温度较低，则在选择切削用量时，应优先削温度较低，则在选择切削用量时，应优先考虑采用大的背吃刀量，然后选择一个适当考虑采用大的背吃刀量，然后选择一个适当的进给量，最后再选择合理的切削速度。的进给量，最后再选择合理的切削速度。上述切削用量选择原则是从最低切削温上述切削用量选择原则是从最低切削温度出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规度出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规程时，确定切削用量的原则。程时，确定切削用量的原则。3.3.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素(3)(3
17、)刀具几何参数刀具几何参数1 1）前角前角2 2）主偏角主偏角3.3.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素(4)(4)切削液切削液4.4.切削温度的试验公式切削温度的试验公式 切削温度的实验公式是由标准切削实验得来的。切削温度的实验公式是由标准切削实验得来的。实验条件如下：实验条件如下：C620-1改装无级调速车床，工件与刀片材料切改装无级调速车床，工件与刀片材料切削对为削对为YT1545钢，切削速度钢，切削速度 vc=60m/min200m/min，进给量进给量f=0.4mm/r0.6mm/r，背吃刀量背吃刀量asp=0.5mm3.0mm。四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命
18、 刀具失效刀具失效 刀具磨损刀具磨损刀具破损刀具破损四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命1.1.刀具磨损的形式刀具磨损的形式图图3-36车刀典型磨损形式示意图车刀典型磨损形式示意图四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命2.2.刀具磨损的原因刀具磨损的原因(1)(1)擦伤磨损擦伤磨损 （任何切削温度）（任何切削温度）(2)(2)粘结磨损粘结磨损 (3)(3)扩散磨损扩散磨损 （高速切削）（高速切削）(4)(4)氧化磨损氧化磨损 （高速切削）（高速切削）四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命2.2.刀具磨损的原因刀具磨损的原因(1)(1)擦伤磨损擦伤磨损 (2)(2)粘结磨损粘
19、结磨损 (3)(3)扩散磨损扩散磨损(4)(4)氧化磨损氧化磨损 图图3-37切削温度对磨损影响的示意图切削温度对磨损影响的示意图擦伤磨损擦伤磨损粘结磨损粘结磨损扩散磨损扩散磨损 氧化磨损氧化磨损四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命3.3.刀具磨损过程及磨钝标准刀具磨损过程及磨钝标准(1)(1)刀具的磨损过程刀具的磨损过程 图图3-38硬质合金车刀的典型磨损曲线硬质合金车刀的典型磨损曲线YD05-30CrMnSiA；gogo=4=4，a ao=8=8，k kr=45，l ls=-4；vc=150m/min，f=0.2mm.r，asp=0.5mm四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿
20、命3.3.刀具磨损过程及磨钝标准刀具磨损过程及磨钝标准(2)(2)刀具的磨钝标准刀具的磨钝标准 刀刀具具允允许许达达到到的的最最大大的的磨磨损损量量，称称为为“磨钝标准磨钝标准”。对对于于一一般般刀刀具具，常常以以后后面面磨磨损损带带高高度度VBVB的的允允许许极极限限值值作作为为磨磨钝钝标标准准，定定尺尺寸寸刀刀具具和和自自动动化化生生产产中中的的精精加加工工刀刀具具，常常以以径径向向磨损量磨损量NBNB的允许值的允许值作为磨钝标准。作为磨钝标准。四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命3.3.刀具磨损过程及磨钝标准刀具磨损过程及磨钝标准(2)(2)刀具的磨钝标准刀具的磨钝标准 图图3-
21、39车刀的径向磨损车刀的径向磨损（2 2）刀具的磨钝标准）刀具的磨钝标准1 1）精加工精加工VBVB0.1 mm0.1 mm0.3mm0.3mm；粗加工粗加工VBVB0.6 mm0.6 mm0.8mm0.8mm。2 2）工工艺艺系系统统刚刚性性较较差差时时，应应规规定定较较小小的的磨磨钝钝标准；标准；3 3）粗粗车车钢钢件件，特特别别是是粗粗车车合合金金钢钢和和高高温温合合金金时，磨钝标准要比粗车铸铁时取得小些。时，磨钝标准要比粗车铸铁时取得小些。4 4）加加工工同同一一种种工工件件材材料料时时，硬硬质质合合金金刀刀具具的的磨钝标准要比高速钢刀具取得小些。磨钝标准要比高速钢刀具取得小些。四、刀
22、具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命4.4.刀具寿命刀具寿命(1)(1)定义定义 刃刃磨磨或或换换刃刃后后的的刀刀具具，自自开开始始切切削削直直到到磨磨损损量量达达到到磨磨钝钝标标准准为为止止的的切切削削时时间间，称称为为刀刀具寿命，符号用具寿命，符号用T T，单位用单位用minmin或或s s。四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命4.4.刀具寿命刀具寿命(2)(2)刀具寿命与切削用量的关系刀具寿命与切削用量的关系 式中，Cv、CT是与切削条件有关的常数；m、n、p为指数其值为：四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命4.4.刀具寿命刀具寿命(2)(2)刀具寿命与切削用量的关系刀
23、具寿命与切削用量的关系 例例如如，当当用用硬硬质质合合金金车车刀刀车车削削s sb=0.65GPa的的中中碳碳钢钢时时，切切削用量与刀具寿命的关系为：削用量与刀具寿命的关系为：四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命4.4.刀具寿命刀具寿命(2)(2)刀具寿命与切削用量的关系刀具寿命与切削用量的关系 切切削削用用量量对对刀刀具具寿寿命命T T的的影影响响程程度度与与切切削削用用量量对对切切削削温温度度的的影影响响程程度度是是一一致致的的，切切削削速速度度对对刀刀具具寿寿命命的的影影响响最最大大，其其次次是是进进给给量量，背背吃吃刀刀量的影响很小。量的影响很小。四、刀具磨损与刀具寿命四、刀具磨损与刀具寿命4.4.刀具寿命刀具寿命(2)(2)刀具寿命与切削用量的关系刀具寿命与切削用量的关系制制订订工工艺艺规规程程时时，如如果果既既要要保保证证较较长长的的刀刀具具寿寿命命，又又要要追追求求较较高高的的切切削削效效益益，那那么么，确确定定切切削削用用量量就就应应该该遵遵循循下下列列原原则则：采采用用尽尽可可能能大大的的背背吃吃刀刀量量，采采用用能能满满足足已已加加工工表表面面粗粗糙糙度度要要求求的的尽尽可可能能大大的的进进给给量量，再再根根据据所所确确定定的的刀刀具具寿寿命命值值，按切削用量与刀具寿命的关系公式计算切削速度。按切削用量与刀具寿命的关系公式计算切削速度。