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1、第三章 金属切削过程的基本规律 主要内容主要内容主要内容主要内容 一一一一、切削变形与切屑形成过程、切削变形与切屑形成过程、切削变形与切屑形成过程、切削变形与切屑形成过程 二二二二、切削力、切削力、切削力、切削力 三三三三、切削热与切削温度、切削热与切削温度、切削热与切削温度、切削热与切削温度 四四四四、刀具磨损与刀具寿命、刀具磨损与刀具寿命、刀具磨损与刀具寿命、刀具磨损与刀具寿命第三章第三章 金属切削过程的基本规律金属切削过程的基本规律 研究金属研究金属切削过程切削过程的意义的意义金属切削加工中各种物理现象金属切削加工中各种物理现象,生产实践中生产实践中出现的许多问题出现的许多问题,都同切削
2、过程有关都同切削过程有关难加工材料的应用愈来愈多，对零件的质难加工材料的应用愈来愈多，对零件的质量要求亦不断提高量要求亦不断提高 研究金属研究金属切削过程切削过程的方法的方法高高频频摄摄影影法法 侧侧面面方方格格变变形形观观察察法法快快速速落落刀刀法法 扫扫描描电电镜镜显显微微观观察察法法 光光弹弹性性、光光塑塑性性试试验验法法 其其他他试试验验方方法法 第一节第一节 切削变形与切屑形成切削变形与切屑形成一、一、变形区的划分变形区的划分 以塑性材料的切屑以塑性材料的切屑形成为例，金属切削区形成为例，金属切削区可大致划分为：可大致划分为：三个变形区三个变形区 第一变形区第一变形区 第二变形区第二
3、变形区 第三变形区第三变形区二、金属在切削过程中的变形二、金属在切削过程中的变形 1第一变形区内金属的剪切变形第一变形区内金属的剪切变形 OA始滑移线始滑移线OM终滑移线终滑移线变形的主要特征：变形的主要特征：剪切滑移变形剪切滑移变形 加工硬化加工硬化一般速度范围内第一区一般速度范围内第一区宽度为宽度为0.020.2mm，速度越高，宽度越小，速度越高，宽度越小，可看作一个可看作一个剪切平面剪切平面金属晶体沿滑移线的剪切变形金属晶体沿滑移线的剪切变形剪切面剪切角剪切面剪切角2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 切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩切屑沿前刀面排出时进一步
4、受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面的金属纤维化，基本与前刀面平行。擦，使靠近前刀面的金属纤维化，基本与前刀面平行。切切削削变变形形金金相相显显微微照照片片3第三变形区内金属的挤压摩擦回弹第三变形区内金属的挤压摩擦回弹 已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化和加工硬化。摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化和加工硬化。三、切屑类型三、切屑类型 从变形观点出发，可将切屑归纳为四种形态：从变形观点出发，可将切屑归纳为四种形态：带状切屑带状切屑节状切屑节状切屑（挤裂切屑）（挤裂切屑）粒状切屑粒状切屑(单元切屑单元切屑)崩碎切
5、屑崩碎切屑 1 1带状切屑带状切屑切削切削层经层经塑性塑性变变形后被形后被刀具切离，其刀具切离，其外形呈延外形呈延绵绵不不断的断的带带状，并状，并沿刀具前面流沿刀具前面流出。出。2 2节状切屑节状切屑（挤裂切屑）（挤裂切屑）切削层切削层在塑性变形在塑性变形过程中，剪过程中，剪切面上局部切面上局部位置处切应位置处切应力达到材料力达到材料强度极限而强度极限而产生局部断产生局部断裂，使切屑裂，使切屑顶面开裂形顶面开裂形成节状。成节状。3 3粒状切屑粒状切屑 (单单元切屑元切屑)在剪切面上产在剪切面上产生的切应力超生的切应力超过材料强度极过材料强度极限，形成的切限，形成的切屑被剪切断裂屑被剪切断裂成颗
6、粒状。成颗粒状。4 4崩碎切屑崩碎切屑 在切削在切削铸铁类铸铁类脆性脆性金属金属时时，切，切屑屑层层未未经经塑塑性性变变形，在形，在材料材料组织组织中中的石墨与的石墨与铁铁素体之素体之间间疏疏松界面上松界面上产产生不生不规则规则断断裂，而形成裂，而形成崩碎切屑。崩碎切屑。四、变形程度的表示方法四、变形程度的表示方法 1、切削厚度压缩比切削厚度压缩比h：切屑厚度与切削层厚度的比切屑厚度与切削层厚度的比值。值。切屑厚度与切削层厚度的比值。切屑厚度与切削层厚度的比值。（3-2）2、剪切角、剪切角：剪切面与切削速度方向之间的夹角。：剪切面与切削速度方向之间的夹角。（3-3）3.相对滑移相对滑移：滑移距
7、离：滑移距离s与单元厚度与单元厚度y之比。之比。=s/y=NP/MK=(NK+KP)/MK=ctg+tan(-0）五、前面上摩擦特点五、前面上摩擦特点 切塑性金属时前刀面上应力切塑性金属时前刀面上应力分布情况分布情况刀刀-屑接触区可分两部分：屑接触区可分两部分：粘接区粘接区lf1:剪切滑移，内摩擦剪切滑移，内摩擦滑动区滑动区lf2:滑动摩擦，外摩擦滑动摩擦，外摩擦一般内摩擦力约占总摩擦力的一般内摩擦力约占总摩擦力的85%(3-4)滞流层：滞流层：接近前刀面的切屑接近前刀面的切屑底层晶粒拉长，形成与前刀底层晶粒拉长，形成与前刀面平行的纤维层，流速很慢，面平行的纤维层，流速很慢，变形程度非常剧烈。
8、变形程度非常剧烈。六、积屑瘤六、积屑瘤 在速度不高切削塑性金属形成在速度不高切削塑性金属形成带状切屑的情况下，滞流层金带状切屑的情况下，滞流层金属粘接在前刀面上，形成硬度属粘接在前刀面上，形成硬度很高的硬块，称为很高的硬块，称为积屑瘤。积屑瘤。积屑瘤对切削过程的影响：积屑瘤对切削过程的影响：1.代替刀具切削，保护刀具代替刀具切削，保护刀具 2.增大前角，减小变形和力增大前角，减小变形和力 3.产生过切及犁沟，产生过切及犁沟，精度精度 4.增大已加工表面粗糙度增大已加工表面粗糙度积屑瘤的产生原因积屑瘤的产生原因切屑底切屑底层产生层产生滞留层滞留层滞留层与切滞留层与切屑分离，粘屑分离，粘结在前刀面
9、结在前刀面前刀面和切前刀面和切屑底面的屑底面的挤挤压和摩擦压和摩擦逐层滞逐层滞留粘结留粘结形成楔块形成楔块冲击冲击振动振动不断破裂，不断破裂，脱落再生脱落再生积屑瘤对精加工是不利的，应避免它产生：积屑瘤对精加工是不利的，应避免它产生：1)1)采用低速或高速切削。采用低速或高速切削。2)2)减小减小进给进给量、增大刀具前角、提高刀具刃磨量、增大刀具前角、提高刀具刃磨质质量量和合理和合理选选用切削液，使摩擦和粘用切削液，使摩擦和粘结结减少，可达到抑减少，可达到抑制制积积屑瘤的作用。屑瘤的作用。3)3)合理合理调调整各切削参数整各切削参数值值，以防止形成中温区域。，以防止形成中温区域。七、已加工表面
10、变形和加工硬化七、已加工表面变形和加工硬化 刀刃钝圆半径刀刃钝圆半径 rn弹性恢复区弹性恢复区CD变形特征：变形特征：挤压、摩擦与回弹挤压、摩擦与回弹 金属进入第一变形区金属进入第一变形区时，晶粒因压缩而变长，时，晶粒因压缩而变长，因剪切滑移而倾斜。因剪切滑移而倾斜。金属层接近刀刃时，晶粒更为伸长，成为包围在刀刃周围的金属层接近刀刃时，晶粒更为伸长，成为包围在刀刃周围的纤维层，最后在纤维层，最后在O点断裂。点断裂。已加工表面的金属纤维被拉伸的又细又长，纤维方向平行于已加工表面的金属纤维被拉伸的又细又长，纤维方向平行于已加工表面，金属晶粒被破坏，发生了剧烈的塑性变形，产生已加工表面，金属晶粒被破
11、坏，发生了剧烈的塑性变形，产生加工硬化，表面残余应力加工硬化，表面残余应力，称之为，称之为加工变质层加工变质层。经过严重塑性变形而使表经过严重塑性变形而使表面层硬度增高的现象称为面层硬度增高的现象称为加工硬化亦称冷硬。加工硬化亦称冷硬。硬化程度的指标硬化程度的指标:加工硬化程度加工硬化程度N N硬化硬化层层深度深度h hD DH H1 1是已加工表面显微硬度，是已加工表面显微硬度，H H是是金属材料基体金属材料基体显显微硬度微硬度减轻硬化程度减轻硬化程度的措施：的措施：1)1)磨出锋利的切削刃磨出锋利的切削刃 2)2)增大前角或后角增大前角或后角 3)3)减小背吃刀量减小背吃刀量a ap p4
12、)4)合理合理选选用切削液用切削液 八、影响切削变形的主要因素八、影响切削变形的主要因素1 1加工材料加工材料强强度度 、硬度、硬度 刀刀-屑面屑面间间正正压压力力 、平均正平均正应应力力avav 则由：则由：(3-4)（3-3）（3-2）2 2前角前角o o 前角前角o o增大，楔角增大，楔角o o减小，切削刃钝圆弧半减小，切削刃钝圆弧半径径r rn n减小，切屑流出阻力小，使摩擦系数减小，切屑流出阻力小，使摩擦系数减减小，剪切角小，剪切角增大，故切削变形减小。增大，故切削变形减小。3 3切削速度切削速度v vc c切削速度是通过切削温度和积屑瘤影响切切削速度是通过切削温度和积屑瘤影响切削变
13、形的。削变形的。4 4进给量进给量f f 当进给量增大时，切屑厚度当进给量增大时，切屑厚度h hD D与切屑厚度与切屑厚度h hchch增加，使前面上正压力增加，使前面上正压力F Frnrn增大，使平均正应增大，使平均正应力力avav增大，因此，摩擦系数增大，因此，摩擦系数减小和切屑厚减小和切屑厚度压缩比度压缩比h 减小。减小。第二节第二节 切削力切削力切屑的弹切屑的弹塑性变形塑性变形抗力抗力工件的弹工件的弹塑性变形塑性变形抗力抗力后刀面与后刀面与工件的摩工件的摩擦力擦力前刀面与前刀面与切屑的摩切屑的摩擦力擦力一、切削力来源、合力及其分力一、切削力来源、合力及其分力1 1、来源来源2、合力合力
14、两者作两者作用在刀用在刀具上的具上的合力为合力为F F 3、分力分力切削力切削力F Fc c(主切削力主切削力F Fz z)在主运动方向上的分力；在主运动方向上的分力；背向力背向力F Fp p(切深抗力切深抗力F Fy y)在垂直于假定工作平面上分力；在垂直于假定工作平面上分力；进给力进给力F Ff f(进给抗力进给抗力F Fx x)在进给运动方向上的分力。在进给运动方向上的分力。（3-5）二、各分力的作用二、各分力的作用 1、切削分力的作用、切削分力的作用-切削力切削力Fc（主切削力（主切削力Fz）它是设计机床主轴、齿轮和计算主运动功率的主要依据，也它是设计机床主轴、齿轮和计算主运动功率的主
15、要依据，也是用于选用刀杆、刀片尺寸、设计夹具和选择切削用量的重是用于选用刀杆、刀片尺寸、设计夹具和选择切削用量的重要依据。使要依据。使车刀产生弯矩，也是计算切削功率的依据车刀产生弯矩，也是计算切削功率的依据2、切削分力的作用、切削分力的作用-背向力背向力Fp（切深抗力（切深抗力Fy）F Fp p使工件产生弯曲，是影响加工工件精度，引起切削振动的主使工件产生弯曲，是影响加工工件精度，引起切削振动的主要原因，是计算系统刚度的依据。要原因，是计算系统刚度的依据。3、切削分力的作用、切削分力的作用-进给力进给力Ff(进给抗力进给抗力Fx)F Ff f作用在机床进给机构上，是计算和检验进给机构薄弱环节作
16、用在机床进给机构上，是计算和检验进给机构薄弱环节零件强度的主要依据。零件强度的主要依据。三、切削力的实验公式三、切削力的实验公式 1 1切削力的测定原理及种类切削力的测定原理及种类(1)(1)电阻应变片式测力仪电阻应变片式测力仪(2)(2)压电晶体测力仪压电晶体测力仪 2 2切削力实验公式切削力实验公式 F Fc c,F,Fp p、F Ff f各切削分力，单位为各切削分力，单位为N N；C CFzFz、C CFpFp、C CFfFf公式中系数，根据加工条件由实验确定；公式中系数，根据加工条件由实验确定；x xF F、y yF F、n nF F表示各因素对切削力的影响程度指数；表示各因素对切削力
17、的影响程度指数；K KFcFc、K KFpFp、K KFfFf不同加工条件对各切削分力的影响修正系数。不同加工条件对各切削分力的影响修正系数。(3-6)3 3单位切削力单位切削力单位切削力是切削单位切削层面积所产生单位切削力是切削单位切削层面积所产生的作用力。的作用力。(3-7)(3-8)4 4切削功率切削功率主运动消耗的切削功率主运动消耗的切削功率Pc(Pc(单位为单位为kW)kW)应为：应为：F Fc c切削力，单位为切削力，单位为N N；v vc c切削速度，单位为切削速度，单位为m/minm/min。P Pc c切削功率，单位为切削功率，单位为kWkW。四、影响切削力的因素四、影响切削
18、力的因素（一）切削用量的影响（一）切削用量的影响 1背吃刀量背吃刀量ap与进给量与进给量f apAc成正比成正比，kc不变，不变，ap的的 指数约等于指数约等于1，因而，因而 切削力成正比增加切削力成正比增加 fAc成正比成正比，但，但 kc略略减小，减小，f 的的 指数小于指数小于1，因而，因而 切削力增加但与切削力增加但与f 不成正比不成正比如果从切削力和切削功率来考虑，如果从切削力和切削功率来考虑，加大进给量比加大切削深度有利。加大进给量比加大切削深度有利。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 变形程度变形程度，F 2)在积屑瘤减小阶段在积屑瘤减小阶段 v
19、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，F,v中速后，温中速后，温度升高，摩擦系数度升高，摩擦系数变形程度变形程度 F 2 2切削速度切削速度v vc c速度速度v 对对F 的影响在无积屑瘤的影响在无积屑瘤阶段，阶段，v 变形程度变形程度切削力减小切削力减小（二）工件材料的影响（二）工件材料的影响（系数（系数C CF F 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。加工脆性金属时，因变形和摩擦均较小，故切削速度对加工脆性金属时，因变形和摩擦均较小，故切削速度对切削力影
20、响不大。切削力影响不大。(三三)刀具几何参数影响刀具几何参数影响 1.1.前角前角0 0加工塑性材料时，加工塑性材料时，0 0 变形变形程度程度F 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 0对对 F F 影响不显著影响不显著0 0 30300 0对对 F F 影响不显著影响不显著2.2.主偏角主偏角r r的影响的影响（1 1）r r对对F Fc c影响较小，影响较小，影响程度不超过影响程度不超过10%10%r r在在60607070之之 间时，间时，F Fc c最小。最小。（2）r r对对F Fp p、F Ff f影响较大影响较大 F Fp p F FD D cosc
21、osr r F Ff f F FD D sinsinr r F Fp p随随r r 增大而减小，增大而减小，F Ff f随随r r 增大而增大增大而增大(四四)其它因素影响其它因素影响 1.1.刃倾角刃倾角s s的影响的影响（1 1）s s对对F Fc c影响很小影响很小（2）s s对对F Fp p、F Ff f影响较大影响较大 F Fp p随随s s增大而减小，增大而减小，F Ff f随随s s增大而增大增大而增大2.2.刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径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
22、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3 3刀具磨损刀具磨损 刀刀具具的的切切削削刃刃及及后后刀刀面面产产生生磨磨损损后后，会会使使切切削时摩擦和挤压加剧，故使切削力削时摩擦和挤压加剧，故使切削力F Fc c和和F Fp p增大。增大。4 4切削液切削液切切削削液液润润滑滑作作用用越越好好，力力减减小小越越显显著著，低低速速时时更突出。更突出。5 5刀具材料刀具材料 各种刀具材料对切削力的影响，是通过刀具各种刀具材料对切削力的影响，是通过刀具材料与工件之间的亲和力、摩擦力和磨损等因材料与工件之间的亲和力、摩擦力和磨损等因素决定的。素决定的。按立方氮化硼、陶瓷、涂
23、层、硬质按立方氮化硼、陶瓷、涂层、硬质合金、高速钢顺序，切削力依次增大。合金、高速钢顺序，切削力依次增大。第三节第三节 切削热与切削温度切削热与切削温度一、切削热的来源与传散一、切削热的来源与传散切削层金属切削层金属发生弹性变形发生弹性变形和塑性变形和塑性变形 切屑与前切屑与前刀面、工件与刀面、工件与后刀面间消耗后刀面间消耗的摩擦功的摩擦功 1、来源、来源（3-10）2、切削热的传出切削热的传出Q切削热切削热Q t刀具刀具Q w工件工件Qc切屑切屑Q m介质介质Q屑屑占占5086、Q刀刀占占1040、Q工工占占39、Q介介占占l 二、切削温度测定原理与切削温度分布二、切削温度测定原理与切削温度
24、分布（一）切削温度测定原理（一）切削温度测定原理 1自然热电偶法自然热电偶法2、人工热电偶法、人工热电偶法(二二)切削温度分布切削温度分布 1)刀刀-屑接触面间摩擦大，屑接触面间摩擦大，热量不易传散，故温度值热量不易传散，故温度值最高最高 温度分布规律温度分布规律 2)切削区域的最高温度点在前面上近切削刃处，切削区域的最高温度点在前面上近切削刃处，在离切削刃在离切削刃1mm处的最高温度约处的最高温度约900，因为，因为在该处热量集中，压力高。在后面上离切削刃在该处热量集中，压力高。在后面上离切削刃约约0.3mm处的最高温度为处的最高温度为700；3)切屑带走热量最多，切屑上平均温度高于刀具切屑
25、带走热量最多，切屑上平均温度高于刀具和工件上的平均温度，因切屑剪切面上塑性变和工件上的平均温度，因切屑剪切面上塑性变形严重，其上各点剪切变形功大致相同。各点形严重，其上各点剪切变形功大致相同。各点温度值也较接近。工件切削层中最高温度在近温度值也较接近。工件切削层中最高温度在近切削刃处，它的平均温度较刀具上最高温度点切削刃处，它的平均温度较刀具上最高温度点低低23倍。倍。三、影响切削温度的因素三、影响切削温度的因素 1切削用量切削用量1）切削速度）切削速度 切削速度切削速度 切削温度切削温度 增加最显增加最显著，但不著，但不成正比的成正比的增加增加2）进给量）进给量 进给量的增大进给量的增大，切
26、削温度上升，但切削温度切削温度上升，但切削温度随进给量增大而升高的幅度不如切削速度那随进给量增大而升高的幅度不如切削速度那样显著。样显著。3）切削深度）切削深度 虽然随着切削深度的增加，切削温度也有所虽然随着切削深度的增加，切削温度也有所增加，但是切削深度增加，但是切削深度ap对切削温度的影响很对切削温度的影响很小小。影响程度规律是：影响程度规律是：vc增加增加1倍，切削温度约增倍，切削温度约增32；进给量增加进给量增加1倍，切削温度增加倍，切削温度增加18；背吃刀量增加背吃刀量增加1倍，切削温度增加倍，切削温度增加7。2工件材料工件材料 强度硬度、塑性强度硬度、塑性和韧性越大，和韧性越大，切
27、削力越大，切切削力越大，切削温度升高。削温度升高。导热率大，散热导热率大，散热快，温度下降快，温度下降3刀具几何参数刀具几何参数 1）前角前角o 的影响的影响o 变形程度变形程度摩擦热摩擦热 但但o 20时，因散时，因散热面积热面积，对，对的影响的影响减小减小2）主偏角主偏角r的影响的影响r，切削刃工作长度切削刃工作长度 刀尖角减小刀尖角减小，散热面积散热面积 3）刀尖圆弧半径、负倒棱的影响刀尖圆弧半径、负倒棱的影响r、b 切屑变形程度切屑变形程度切削热切削热 同时散热条件改善，两者趋于平衡，对同时散热条件改善，两者趋于平衡，对影响很影响很小小4切削液切削液 浇切削液对切削温度浇切削液对切削温
28、度刀具磨损刀具磨损 加工质量加工质量有有明显效果。热导率比热容和流量越大，本身温明显效果。热导率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越显著度越低冷却效果越显著切削热录象临时放置位切削热录象临时放置位第四节第四节 刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命一、刀具磨损一、刀具磨损(一一)刀具磨损形式刀具磨损形式 磨损磨损 （正常工作时逐（正常工作时逐渐产生的损耗）渐产生的损耗）破损破损 （突发的破坏，（突发的破坏，随机的）随机的）1正常磨损正常磨损(1)前面磨损前面磨损切塑性材料，切削速度切塑性材料，切削速度 和切削厚度较大时，和切削厚度较大时，在前刀面上在前刀面上形成形成月牙洼磨损月牙洼磨损，以最
29、大深度以最大深度KT 表示表示(2)主后面磨损主后面磨损切铸铁或切削速度切铸铁或切削速度 和切削厚度较小切塑性材料时，主要和切削厚度较小切塑性材料时，主要发生这种磨损发生这种磨损,而不产生月牙洼磨损。而不产生月牙洼磨损。后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为VC；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VB表示；表示；边界处磨损严重，以边界处磨损严重，以VN表示。表示。(3)副后面磨损副后面磨损在切削过程中因副后角在切削过程中因副后角o及副偏角及副偏角r过过小，致使副后面受到严重摩擦而产生磨损。小，致使副后面受
30、到严重摩擦而产生磨损。2非正常磨损非正常磨损（破损）（破损）(1)沟槽磨损沟槽磨损 因刀具材料耐磨性因刀具材料耐磨性不够，或加工材料不够，或加工材料表面有硬质点摩擦表面有硬质点摩擦等所致。等所致。(2)切削刃细小缺口切削刃细小缺口(3)塑性变形塑性变形 是由于刀片硬度是由于刀片硬度高、脆性增大、切高、脆性增大、切削刃锋利使强度变削刃锋利使强度变差、断续切削或切差、断续切削或切屑碰坏造成的。屑碰坏造成的。切削温度过高和切削温度过高和切削压力过大，刀头切削压力过大，刀头强度和硬度降低。尤强度和硬度降低。尤其在高速钢刀具上较其在高速钢刀具上较易出现。易出现。(4)切削刃崩裂切削刃崩裂在切削刃和前在切
31、削刃和前刀面上受较大刀面上受较大冲击力作用、冲击力作用、背吃刀量背吃刀量 ap 和和进给量进给量 f 过大使过大使切削力增大，切削力增大，中间切人使主、副切削刃均受切削力作用，刀具中间切人使主、副切削刃均受切削力作用，刀具前角大和强度低等情况前角大和强度低等情况 (5)切削刃剥落切削刃剥落(6)热裂热裂 常发生在硬度高、脆性常发生在硬度高、脆性大的陶瓷刀具上。并在压力大的陶瓷刀具上。并在压力和摩擦力较大情况下易产生。和摩擦力较大情况下易产生。由热循环使材料疲劳，由热循环使材料疲劳，或因间断切削和切削液浇注或因间断切削和切削液浇注不均匀使切削温度骤变，易不均匀使切削温度骤变，易引起前、后刀面上出
32、现细微引起前、后刀面上出现细微裂纹。裂纹。(二二)磨损过程和磨损标准磨损过程和磨损标准(磨损判据磨损判据)1磨损过程曲线磨损过程曲线 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2磨损标准磨损标准 刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个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。磨损限度称为磨钝标准。正常磨损正常磨损VB=0.3mm 后面：
33、后面：非正常磨损非正常磨损 VBmax=0.6mm 前面：前面：KT=(0.06+0.3f)mm(三三)刀具磨损原因刀具磨损原因切削过程中的刀具磨损具有下列特点：切削过程中的刀具磨损具有下列特点：(1)刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面。表面。(2)接触压力非常大，有时超过被切削材料的屈接触压力非常大，有时超过被切削材料的屈服强度。服强度。(3)接触表面的温度很高，对于硬质合金刀具可接触表面的温度很高，对于硬质合金刀具可达达8001000，对于高速钢刀具可达，对于高速钢刀具可达800600。1磨粒磨损磨粒磨损（磨料磨损）（磨料磨损）切屑或工件表面上
34、的硬质点（碳化物、氧化物等）对切屑或工件表面上的硬质点（碳化物、氧化物等）对 刀具表面刻划作用造成的机械磨损。刀具表面刻划作用造成的机械磨损。低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要原因低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要原因2相变磨损相变磨损刀具在较高速度刀具在较高速度切削时，由于切削切削时，由于切削温度升高，使刀具温度升高，使刀具材料产生相变，硬材料产生相变，硬度降低，若继续切度降低，若继续切削，会引起前面塌削，会引起前面塌陷和切削刃卷曲的陷和切削刃卷曲的“塑性变形塑性变形”3粘结磨损粘结磨损 刀具与切屑、工件间存在高温高压和强烈刀具与切屑、工件间存在高温高压和强烈摩擦，达到原子间结合而产生粘
35、结现象，又称摩擦，达到原子间结合而产生粘结现象，又称为为冷焊冷焊。相对运动使粘接点破裂而被工件材料。相对运动使粘接点破裂而被工件材料带走，造成粘结磨损。带走，造成粘结磨损。在高速钢刀具的正常工作速度和硬质合金刀具在高速钢刀具的正常工作速度和硬质合金刀具偏低的工作速度下比较严重偏低的工作速度下比较严重 4扩散磨损扩散磨损 扩散磨损是在高温作用下，使工件与刀具材料扩散磨损是在高温作用下，使工件与刀具材料中合金元素相互扩散置换造成的。中合金元素相互扩散置换造成的。切削温度越高切削温度越高扩散越快；刀扩散越快；刀体材料亲合力体材料亲合力越大扩散越快；越大扩散越快；高速切削时扩高速切削时扩散磨损是刀具散
36、磨损是刀具磨损的主要原磨损的主要原因。因。5氧化磨损氧化磨损 一定温度下，刀材与空气中的氧起化学作一定温度下，刀材与空气中的氧起化学作用，生成较软的氧化物，造成刀具磨损。用，生成较软的氧化物，造成刀具磨损。氧化磨损是边界磨氧化磨损是边界磨损原因之一；主要损原因之一；主要发生在较高速切削发生在较高速切削条件下。条件下。二、刀具寿命二、刀具寿命 (一一)刀具寿命概念刀具寿命概念 刀具寿命刀具寿命T定义为刀具磨损达到规定标准定义为刀具磨损达到规定标准时的总切削时问时的总切削时问(单位为单位为min)。达到正常磨损达到正常磨损VB=0.3mm 刀具寿命：刀具寿命：在规定加工条件下，按质完成额定工作数量
37、在规定加工条件下，按质完成额定工作数量的可靠性寿命的可靠性寿命 为保持工件尺寸精度，通常用达到该尺寸精为保持工件尺寸精度，通常用达到该尺寸精度的工件数量来表示的寿命度的工件数量来表示的寿命达到规定承受冲击次数的疲劳寿命达到规定承受冲击次数的疲劳寿命(二二)影响刀具寿命的因素影响刀具寿命的因素 1切削速度切削速度vc切削速度切削速度vc，切削温度，切削温度，磨损，磨损，刀具寿命，刀具寿命T。mvc对对T的的影响程度指数影响程度指数（3-11）常数常数C是是T=1s(或或1min)时的速度时的速度,指数指数m由切削由切削实验实验求得求得 2进给量进给量f与背吃刀量与背吃刀量ap f和和ap，均使，
38、均使T，但，但f后，切削温度后，切削温度较较多，故对多，故对T影响较大；影响较大；ap，改善了散热条件，改善了散热条件，故使切削温度故使切削温度少，因此对少，因此对T影响较小。影响较小。3刀具几何参数的影响刀具几何参数的影响前角前角o,切削温度切削温度,T；o太多太多,强度强度低，散热差，低，散热差，T主偏角主偏角r 副偏角副偏角rr刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r rT4工件材料工件材料 加工材料的强度、硬度越高和韧性越高，切削加工材料的强度、硬度越高和韧性越高，切削时均能使切削温度升高，刀具寿命降低。时均能使切削温度升高，刀具寿命降低。5刀具材料刀具材料是影响刀具寿命是影响刀具寿命的重要因素的重
39、要因素(三三)刀具寿命方程式刀具寿命方程式 xT、yT背吃刀量背吃刀量ap和进给量和进给量f对刀具寿命对刀具寿命T的影的影响程度指数；响程度指数；KT其它因素对刀具寿命影响的修正系数。其它因素对刀具寿命影响的修正系数。(3-12)(四四)合理的刀具寿命确定原则合理的刀具寿命确定原则 1最高生产率刀具寿命最高生产率刀具寿命Tp Tp是根据切削一个零件所化时间最少或在是根据切削一个零件所化时间最少或在单位时间内加工出的零件数量最多来确定。单位时间内加工出的零件数量最多来确定。2最低生产成本刀具寿命最低生产成本刀具寿命Tc Tc是根据加工零件的一道工序最低成本来是根据加工零件的一道工序最低成本来确定
40、的。确定的。各种刀具寿命，一般根据上述原则来制订，例如：各种刀具寿命，一般根据上述原则来制订，例如：1)简单刀具的制造成本低，故它的寿命较复杂刀具简单刀具的制造成本低，故它的寿命较复杂刀具的低；的低；2)可转位刀具的切削刃转位迅速、更换刀片简便，可转位刀具的切削刃转位迅速、更换刀片简便，刀具寿命低；刀具寿命低；3)自动线、数控刀具能自动换刀，在线重磨，刀具自动线、数控刀具能自动换刀，在线重磨，刀具寿命更低些；寿命更低些；4)精加工刀具的寿命较高。精加工刀具的寿命较高。(五五)刀具寿命允许的切削速度刀具寿命允许的切削速度vT计算计算 当确定了进给量当确定了进给量f，背吃刀量，背吃刀量ap和其它参和其它参数后，可根据已定的刀具寿命的合理数值数后，可根据已定的刀具寿命的合理数值T再再最后计算切削速度最后计算切削速度vc，该，该vc称为刀具寿命允许称为刀具寿命允许的切削速度的切削速度(3-13)xv、yv达到刀具寿命达到刀具寿命T时时ap与与f对对vT的影响指数；的影响指数；KvT达到刀具寿命达到刀具寿命T时其它因素对时其它因素对vT的影响系数。的影响系数。