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1、第二章第二章 金属切削原理金属切削原理(Chapter 2 Metal-cutting principles)本章提要本章提要基本概念基本概念切削运动、切削用量、参考系切削运动、切削用量、参考系（基（基面、切削平面、主剖面）、面、切削平面、主剖面）、刀具标注角度刀具标注角度、切削切削层参数层参数等。等。刀具材料刀具材料刀具材料应具备的性能，常用的刀刀具材料应具备的性能，常用的刀具材料具材料工具钢（碳素工具钢、合金工具钢）、工具钢（碳素工具钢、合金工具钢）、高高速钢、硬质合金、速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼陶瓷、金刚石、立方氮化硼。金属切削过程及优化控制金属切削过程及优化控制磨削原理和
2、砂轮结构磨削原理和砂轮结构2.1 概述概述2.2 刀具几何角度与材料刀具几何角度与材料2.3 金属切削过程金属切削过程2.4 切削力、切削热和切削温度切削力、切削热和切削温度2.5 刀具磨损和刀具使用寿命刀具磨损和刀具使用寿命2.6 材料的切削加工性材料的切削加工性2.7 切削条件的合理选择切削条件的合理选择2.8 磨削与砂轮磨削与砂轮2.1 概述概述(2.1 2.1 summarysummary )2.1.1 切削运动与切削加工表面切削运动与切削加工表面2.1.2 切削用量切削用量2.1.3 切削层参数切削层参数2.1.1 切削运动与切削加工表面切削运动与切削加工表面(2.1.1 Cutti
3、ng motion and workpiece surface)刀具与工件之间必须刀具与工件之间必须刀具与工件之间必须刀具与工件之间必须有一定的有一定的有一定的有一定的相对运动相对运动相对运动相对运动；刀具材料必须具有一刀具材料必须具有一刀具材料必须具有一刀具材料必须具有一定的定的定的定的切削性能切削性能切削性能切削性能；刀具必须有合理的几刀具必须有合理的几刀具必须有合理的几刀具必须有合理的几何参数，即何参数，即何参数，即何参数，即切削角度切削角度切削角度切削角度。金属切削加工：金属切削加工：金属切削加工：金属切削加工：利用金属切削利用金属切削利用金属切削利用金属切削刀具刀具刀具刀具切除切除切
4、除切除工件工件工件工件上多余上多余上多余上多余的金属，从而使工件的的金属，从而使工件的的金属，从而使工件的的金属，从而使工件的几何形状几何形状几何形状几何形状、尺寸精度尺寸精度尺寸精度尺寸精度及及及及表面质量表面质量表面质量表面质量都符合预定的要求，这样的加工称为金属切削加工。都符合预定的要求，这样的加工称为金属切削加工。都符合预定的要求，这样的加工称为金属切削加工。都符合预定的要求，这样的加工称为金属切削加工。必备的三个条件必备的三个条件必备的三个条件必备的三个条件1 1 金属切削概念与必备的三个条件金属切削概念与必备的三个条件金属切削概念与必备的三个条件金属切削概念与必备的三个条件即将被切
5、去金即将被切去金即将被切去金即将被切去金属层的表面属层的表面属层的表面属层的表面切削刃正在切切削刃正在切切削刃正在切切削刃正在切削着的表面削着的表面削着的表面削着的表面已被切去一部已被切去一部已被切去一部已被切去一部分金属形成的分金属形成的分金属形成的分金属形成的新表面新表面新表面新表面2 2 加工表面加工表面加工表面加工表面切削运动切削运动切削运动切削运动直线运动直线运动直线运动直线运动A A旋转运动旋转运动旋转运动旋转运动B B3 3 切削运动分析切削运动分析切削运动分析切削运动分析按所起的作用分为按所起的作用分为按所起的作用分为按所起的作用分为:主运动主运动主运动主运动和和和和进给运动进
6、给运动进给运动进给运动 （1 1）主运动）主运动）主运动）主运动：切下金属所必需的主要运动。：切下金属所必需的主要运动。：切下金属所必需的主要运动。：切下金属所必需的主要运动。特点特点特点特点：速度高、功耗大、只能有一个速度高、功耗大、只能有一个速度高、功耗大、只能有一个速度高、功耗大、只能有一个。主运动速度（切削速度）：通常用主运动速度（切削速度）：通常用主运动速度（切削速度）：通常用主运动速度（切削速度）：通常用v vc c表示表示表示表示.主运动速度方向主运动速度方向主运动速度方向主运动速度方向：在：在：在：在不考虑进给运动不考虑进给运动不考虑进给运动不考虑进给运动的条件下，的条件下，的
7、条件下，的条件下，切削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向。切削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向。切削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向。切削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向。进进进进给给给给运运运运动动动动方方方方向向向向：在在在在不不不不考考考考虑虑虑虑主主主主运运运运动动动动的的的的条条条条件件件件下下下下，切切切切削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向。削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向。削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向。削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向。（2 2）进给运动进给运动进给运动进给运动：使新的金属不断地投入切削：使新的金属不断地投入切削：使新的金属不断地投入切削：
8、使新的金属不断地投入切削的运动。通常用的运动。通常用的运动。通常用的运动。通常用v vf f、f f或或或或 f fz z表示。表示。表示。表示。特点特点特点特点：速度低、功耗小、可以是连续或断续运速度低、功耗小、可以是连续或断续运速度低、功耗小、可以是连续或断续运速度低、功耗小、可以是连续或断续运动、可以有多个动、可以有多个动、可以有多个动、可以有多个。（3 3）合成切削运动）合成切削运动）合成切削运动）合成切削运动：主运动和进给运动合成：主运动和进给运动合成：主运动和进给运动合成：主运动和进给运动合成的运动。用的运动。用的运动。用的运动。用v ve e表示。表示。表示。表示。1.切削速度切
9、削速度切削速度切削速度：(v vc c)2.进给量：进给量：进给量：进给量：(f f )3.（进给速度进给速度进给速度进给速度vf f）3.背吃刀量：背吃刀量：背吃刀量：背吃刀量：(a ap p)4.（切削深度）（切削深度）（切削深度）（切削深度）“切切削削刃刃选选定定点点相相对对与与工工件件沿沿主主运运动动方方向向的瞬时速度的瞬时速度”。通常以最大线速度为准。通常以最大线速度为准。主运动是旋转运动时：主运动是旋转运动时：“工工件件或或刀刀具具每每转转一一转转时时，两两者者沿沿进给方向的相对位移进给方向的相对位移”。f(mm/r),vf(mm/s),fz(mm/z)2.1.2 切削用量切削用量
10、(2.1.2 Cutting parameters)“工工件件上上已已加加工工表表面面和和待待加加工表面之间的垂直距离工表面之间的垂直距离”。对于外圆车削：对于外圆车削：“切削用切削用量三要素量三要素”2.1.3 切削层参数切削层参数(Cutting layer parameters)切削层：切削层：切削层：切削层：在切削过程中，刀具切削刃在一次走在切削过程中，刀具切削刃在一次走在切削过程中，刀具切削刃在一次走在切削过程中，刀具切削刃在一次走刀中从工件待加工表面切下的金属层。刀中从工件待加工表面切下的金属层。刀中从工件待加工表面切下的金属层。刀中从工件待加工表面切下的金属层。1 1 切削层切削
11、层切削层切削层 切削层的大小和形状直接影响：切削层的大小和形状直接影响：切削层的大小和形状直接影响：切削层的大小和形状直接影响：(1)(1)刀具切削部分承受的载荷大小；刀具切削部分承受的载荷大小；刀具切削部分承受的载荷大小；刀具切削部分承受的载荷大小；(2)(2)决定了切屑的尺寸和形状。决定了切屑的尺寸和形状。决定了切屑的尺寸和形状。决定了切屑的尺寸和形状。切削层参数：切削层参数：切削层参数：切削层参数：切削层截面尺寸参数称切削层参切削层截面尺寸参数称切削层参切削层截面尺寸参数称切削层参切削层截面尺寸参数称切削层参数。通常在与主运动方向垂直的平面内观察和度量。数。通常在与主运动方向垂直的平面内
12、观察和度量。数。通常在与主运动方向垂直的平面内观察和度量。数。通常在与主运动方向垂直的平面内观察和度量。切削厚度：切削厚度：hD“垂直于过渡表面度量垂直于过渡表面度量的切削层尺寸的切削层尺寸”hD=fsinr (mm)切削宽度：切削宽度：bD“沿着过渡表面度量的沿着过渡表面度量的切削层尺寸切削层尺寸”bD=ap/sinr (mm)切削面积：切削面积：ADAD=hDbD (mm2)对于外圆车削：对于外圆车削：AD=fap (mm2)2 2 切削层的参数（切削层截面尺寸参数）切削层的参数（切削层截面尺寸参数）切削层的参数（切削层截面尺寸参数）切削层的参数（切削层截面尺寸参数）总结、作业总结、作业作
13、业作业：P56：T2-1 T2-22.2 刀具几何角度与材料刀具几何角度与材料(Cutting Tool Geometric Angles and Material)2.2.1 刀具几何角度刀具几何角度(Geometric Angles of Cutting Tool)2.2.2 刀具材料刀具材料(Cutting Tool Materials)2.2.1 刀具几何角度刀具几何角度(Geometric Angles of Cutting Tool)1 刀具切削部分的结构要素刀具切削部分的结构要素切屑流过切屑流过切屑流过切屑流过的表面的表面的表面的表面与工件加工表面与工件加工表面与工件加工表面与工
14、件加工表面相对的刀具表面相对的刀具表面相对的刀具表面相对的刀具表面与工件已加与工件已加与工件已加与工件已加工表面相对工表面相对工表面相对工表面相对的刀具表面的刀具表面的刀具表面的刀具表面 “三面、两刃、一尖三面、两刃、一尖三面、两刃、一尖三面、两刃、一尖”前刀面前刀面前刀面前刀面A Ar r后刀面后刀面后刀面后刀面A A 副后刀面副后刀面副后刀面副后刀面A A 交线交线交线交线交线交线交线交线主切削刃主切削刃主切削刃主切削刃s s副切削刃副切削刃副切削刃副切削刃ss刀尖刀尖刀尖刀尖连接部分连接部分连接部分连接部分刀具切削部分的结构要素归结起来刀具切削部分的结构要素归结起来2刀具标注角度参考系刀
15、具标注角度参考系(2 Reference systems for tool angles)刀具刀具角度角度刀具工作角度：刀具工作角度：刀具工作角度：刀具工作角度：把把把把刀具同工件和切削刀具同工件和切削刀具同工件和切削刀具同工件和切削运动联系起来确定运动联系起来确定运动联系起来确定运动联系起来确定的刀具角度。的刀具角度。的刀具角度。的刀具角度。刀具标注角度：刀具标注角度：刀具标注角度：刀具标注角度：在在在在设计、绘图和制造设计、绘图和制造设计、绘图和制造设计、绘图和制造刀具时所标注的角刀具时所标注的角刀具时所标注的角刀具时所标注的角度。度。度。度。vc (1)(1)(1)(1)假定运动条件假定
16、运动条件假定运动条件假定运动条件：给出刀具假定主运动和假定：给出刀具假定主运动和假定：给出刀具假定主运动和假定：给出刀具假定主运动和假定进给运动方向，而不考虑进给运动；进给运动方向，而不考虑进给运动；进给运动方向，而不考虑进给运动；进给运动方向，而不考虑进给运动；(2)(2)(2)(2)假定安装条件：假定安装条件：假定安装条件：假定安装条件：车刀刀尖与工件中心等高；车刀刀尖与工件中心等高；车刀刀尖与工件中心等高；车刀刀尖与工件中心等高；刀杆中心线与进给方向垂直；刀杆中心线与进给方向垂直；刀杆中心线与进给方向垂直；刀杆中心线与进给方向垂直；刀具的安装面与基面刀具的安装面与基面刀具的安装面与基面刀
17、具的安装面与基面PrPrPrPr平行。平行。平行。平行。1 1）确定刀具标注角度参考系时假设前提条件）确定刀具标注角度参考系时假设前提条件）确定刀具标注角度参考系时假设前提条件）确定刀具标注角度参考系时假设前提条件vc安装基安装基安装基安装基面面面面P Pr r 2 2）参考系中相关平面的定义参考系中相关平面的定义参考系中相关平面的定义参考系中相关平面的定义（1）基面）基面Pr：“通通过过主主切切削削刃刃上上选选定定点点垂垂直直于于主主运运动动方方向向的的平面平面”（2）切削平面）切削平面Ps：“通通过过主主切切削削刃刃上上选选定定点点，与与切切削削刃刃相相切切并并垂垂直于基面的平面直于基面的
18、平面”。（3）正正交交平平面面（主主剖剖面面）Po：“通通过过主主切切削削刃刃上上选选定定点点，并并同同时时垂垂直直于于基基面面和和切切削削平平面面的的平面平面”。（4）法平面）法平面Pn:“通通过过主主切切削削刃刃上上选选定定点点，并并垂垂直直于于切切削削刃的平面刃的平面”。（5）假假定定工工作作平平面面（进进给给剖剖面面）Pf：“通通过过主主切切削削刃刃上上选选定定点点，平平行行于于进进给给方方向向并并垂垂直直于基面的平面于基面的平面”（6）背背平平面面（切切深深剖剖面面）Pp:“通通过过主主切切削削刃刃上上选选定定点点，同同时时垂垂直直于于基基面面和和假假定定工工作作平平面面的的平平面面
19、”。3 3）正交平面参考系）正交平面参考系）正交平面参考系）正交平面参考系 4 4）法平面参考系）法平面参考系）法平面参考系）法平面参考系 5 5）假定工作平面、背平面参考系）假定工作平面、背平面参考系）假定工作平面、背平面参考系）假定工作平面、背平面参考系3 刀具的标注角度刀具的标注角度 刀具的标注角度：刀具的标注角度：在刀具标注角度参考在刀具标注角度参考系中确定切削刃与刀面的方位角度。系中确定切削刃与刀面的方位角度。由于刀具标注角度参考系沿切削刃各点由于刀具标注角度参考系沿切削刃各点可能是变化的，故所定义的刀具标注角度应可能是变化的，故所定义的刀具标注角度应指明是切削刃上指明是切削刃上某一
20、指定点某一指定点的标注角度。的标注角度。在基面内测量的角度在基面内测量的角度主偏角：主偏角：“主主切切削削刃刃在在基基面面上上的的投投影影与与进进给给方方向的夹角向的夹角”。副偏角：副偏角：“副副切切削削刃刃在在基基面面上上的的投投影影与与进进给给方方向的夹角向的夹角”。刀尖角：刀尖角：“主主切切削削刃刃与与副副切切削削刃刃之之间间的的夹夹角角”。r=180-(r+r)在基正交平面的标注角度在基正交平面的标注角度在正交平面（主剖面）内测量的角度在正交平面（主剖面）内测量的角度后角：后角：o o“后后刀刀面面与与切切削削平面的夹角平面的夹角”前角：前角：o o“前前刀刀面面与与基基面面之之间间的
21、夹角的夹角”。楔楔角角：（o o）“前前后后刀刀面面之之间间的的夹角夹角”o=90-（o+o）在切削平面内测量的角度在切削平面内测量的角度刃倾角：刃倾角：S S“主主切切削削刃刃与与基基面之间的夹角面之间的夹角”余偏角：余偏角：r r“主切削刃与基面之主切削刃与基面之间的夹角间的夹角”（5）副偏角）副偏角r（6）副后角副后角o 派生角度：派生角度：楔角楔角o、刀尖角刀尖角r余余偏角偏角rr（1）主偏角）主偏角r（4）后角后角o（2）刃倾角刃倾角s（3）前角前角or r主剖面（正交平面）参考系的标注角度主剖面（正交平面）参考系的标注角度当主、当主、当主、当主、副切副切副切副切削刃削刃削刃削刃共面
22、共面共面共面时，时，时，时，所需所需所需所需标注标注标注标注的独的独的独的独立角立角立角立角度只度只度只度只有有有有6 6个个个个。（1）主偏角）主偏角r（2）刃倾角刃倾角s（3）法前角法前角n（4）法后角法后角n （5）副偏角）副偏角r（6）副后角副后角o法剖面参考系的标注角度法剖面参考系的标注角度（1）主偏角）主偏角r（2）进给前角进给前角f（3）进给后角进给后角f（4）背）背前角前角p（5）背后角背后角p（6）副偏角）副偏角r（7）副后角副后角o假定工作平面假定工作平面-背平面参考系的标注角度背平面参考系的标注角度 0 0 0 0 s ss0s+s4 切削形式切削形式 （1）正切削（直角
23、切削）与斜切削正切削（直角切削）与斜切削 切削刃切削刃垂直于垂直于合成切削方向称为合成切削方向称为正切削正切削或或直角切削直角切削。如果切削刃如果切削刃不垂直于不垂直于合成切削方向则称为合成切削方向则称为斜切削斜切削或或斜角切斜角切削削。下图为刨削时的正切削和斜切削。下图为刨削时的正切削和斜切削。（2）自由切削与非自由切削自由切削与非自由切削只有只有直线形主切削刃直线形主切削刃参加切削工作，而副切削参加切削工作，而副切削刃不参加切削工作，称为刃不参加切削工作，称为自由切削自由切削。曲线主切削刃曲线主切削刃或或主、副切削刃主、副切削刃都参加切削者，称为都参加切削者，称为非自由切削非自由切削。这是
24、根据切削变形是二维问题或三维问题进行这是根据切削变形是二维问题或三维问题进行区分的。为了简化研究工作，通常采用区分的。为了简化研究工作，通常采用自由切削自由切削变变形区来观察和研究。形区来观察和研究。2.2.2 刀具材料刀具材料 2.2.2 Cutting Tool Materials(1)(1)高的硬度高的硬度高的硬度高的硬度,必须高于工件硬度，通常应必须高于工件硬度，通常应必须高于工件硬度，通常应必须高于工件硬度，通常应60HRC60HRC以上以上以上以上;(2)(2)高的耐磨性高的耐磨性高的耐磨性高的耐磨性;(3)(3)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
25、性；(4)(4)高的耐热性（热稳定性高的耐热性（热稳定性高的耐热性（热稳定性高的耐热性（热稳定性)；(5)(5)良好的导热性和耐冲击性；良好的导热性和耐冲击性；良好的导热性和耐冲击性；良好的导热性和耐冲击性；(6)(6)良好的工艺性；良好的工艺性；良好的工艺性；良好的工艺性；(7)(7)良好的经济性。良好的经济性。良好的经济性。良好的经济性。1 刀具材料应具备的基本性能刀具材料应具备的基本性能2 常用刀具材料常用刀具材料(1)(1)高速钢（高合金工具钢，高速钢（高合金工具钢，高速钢（高合金工具钢，高速钢（高合金工具钢，19001900年首次使用）年首次使用）年首次使用）年首次使用）基本性能：基
26、本性能：基本性能：基本性能：硬度：硬度：硬度：硬度：6265HRC6265HRC 耐热性：耐热性：耐热性：耐热性：500600 500600 切削速度：切削速度：切削速度：切削速度：V 30 m/min V 30 m/min（与工具钢相比，提高了（与工具钢相比，提高了（与工具钢相比，提高了（与工具钢相比，提高了1313倍）倍）倍）倍）工艺性好，适用于制造复工艺性好，适用于制造复工艺性好，适用于制造复工艺性好，适用于制造复杂刀具。杂刀具。杂刀具。杂刀具。常用牌号：常用牌号：常用牌号：常用牌号：W18CW18Cr r4V4V W6M W6MOO5C5Cr r4V2 4V2 W6M W6MOO5C5
27、Cr r4V2Al4V2Al工具钢（碳素工具钢、合金工具钢）、工具钢（碳素工具钢、合金工具钢）、高速钢、硬质高速钢、硬质合金、合金、陶瓷、金刚石陶瓷、金刚石(天然的、人造的）、立方氮化硼、天然的、人造的）、立方氮化硼、涂层刀具涂层刀具。各类高速钢刀具各类高速钢刀具 用高硬度、难熔的金属碳化物（主要是用高硬度、难熔的金属碳化物（主要是用高硬度、难熔的金属碳化物（主要是用高硬度、难熔的金属碳化物（主要是WCWC、TiCTiC等，又称高温碳化物等，又称高温碳化物等，又称高温碳化物等，又称高温碳化物)和和和和金属粘接剂在高温条件下烧结而成的粉末冶金制品。金属粘接剂在高温条件下烧结而成的粉末冶金制品。金
28、属粘接剂在高温条件下烧结而成的粉末冶金制品。金属粘接剂在高温条件下烧结而成的粉末冶金制品。基本性能基本性能基本性能基本性能：硬度：硬度：硬度：硬度：7482HRC7482HRC 耐热性：耐热性：耐热性：耐热性：8001000 8001000 切削速度：切削速度：切削速度：切削速度：V=100 300 m/min V=100 300 m/min 工艺性差，不适用于制造整体结构的复杂刀具。工艺性差，不适用于制造整体结构的复杂刀具。工艺性差，不适用于制造整体结构的复杂刀具。工艺性差，不适用于制造整体结构的复杂刀具。典型牌号典型牌号典型牌号典型牌号：钨钴类钨钴类钨钴类钨钴类YG YG（KK类）类）类）
29、类）钨钴钛类钨钴钛类钨钴钛类钨钴钛类YT YT（P P类）类）类）类）通用类通用类通用类通用类YW YW（MM类）类）类）类）成分：成分：WC+Co多多用用于于加加工工短短切切屑屑的的金金属属或或非非金金属属，如如：铸铁、青铜等。铸铁、青铜等。常用牌号：常用牌号：YG3(K01)、YG6(K20)、YG8(K40)等等 精加工精加工 粗加工粗加工成分：成分：WC+TiC+Co多多用用于于加加工工长长切切屑屑的的黑黑色色金金属属，如如：钢钢材材等。等。常用牌号：常用牌号：YT5(P30)、YT15(P20)、YT30(P10)等等 粗加工粗加工 精加工精加工成分：成分：WC+TiC+TaC(Nb
30、C)+Co 既可用于加工短切屑的铸铁，也可用于既可用于加工短切屑的铸铁，也可用于加工长切屑的钢材。加工长切屑的钢材。常用牌号：常用牌号：YW1(M10)、YW2(M20)、YW3(M30)等等 精加工精加工 粗加工粗加工(2)硬质合金硬质合金各类硬质合金钢刀具各类硬质合金钢刀具(3)超硬刀具材料超硬刀具材料 陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷 金刚石金刚石金刚石金刚石 立方氮化硼（立方氮化硼（立方氮化硼（立方氮化硼（CBNCBN）“Al2O3或或Si3N4添添加加不不同同的的金金属属元元素素(Ni、Co、Mo、W)或或金金属属炭炭化化物物(TiC、WC)，采用热压和烧结的方法获得，采用热压和烧结的方法获得”。特
31、点：硬度高、耐磨性好。特点：硬度高、耐磨性好。9195HRA 耐热性高。耐热性高。1200 切削速度高达切削速度高达100400 m/min 抗弯强度、冲击韧性较差。抗弯强度、冲击韧性较差。主主要要用用于于冷冷硬硬铸铸铁铁、高高硬硬钢钢等等精精加加工工和和半精加工。半精加工。“高温下借助合金触媒的作用，由石墨转化而成高温下借助合金触媒的作用，由石墨转化而成”。特点：特点：硬度高、耐磨性极好。硬度高、耐磨性极好。5000HV以上。以上。耐热性：耐热性：700800，不能在高温下切削，不能在高温下切削冲击韧性、抗弯强度低。只有硬质合金的冲击韧性、抗弯强度低。只有硬质合金的1/4。与与Fe的亲和力强
32、，不能加工铁族材料。的亲和力强，不能加工铁族材料。适用于硬质合金、玻璃等高硬材料的精加工适用于硬质合金、玻璃等高硬材料的精加工分天然和人造两种。与金刚石相比：分天然和人造两种。与金刚石相比：硬度：硬度：80009000HV。耐热性：耐热性：13001500 与与Fe的亲和力小，能加工铁族材料。的亲和力小，能加工铁族材料。主主要要适适用用于于淬淬硬硬钢钢、耐耐磨磨铸铸铁铁、高高温温合合金金等等高高硬硬铁铁族族材材料料的的精精加加工工或或半半精精加加工。工。(4)涂层刀具涂层刀具 在韧性性较好的高速钢或硬质合金基体上，在韧性性较好的高速钢或硬质合金基体上，涂抹一层耐磨性高的难熔金属化合物（涂抹一层
33、耐磨性高的难熔金属化合物（TiC、TiN、AlO3)而获得的。而获得的。具有较高的抗氧化性能，因而具有较高的具有较高的抗氧化性能，因而具有较高的耐磨性能力；低的摩擦系数，可降低切削力和耐磨性能力；低的摩擦系数，可降低切削力和切削温度，提高刀具耐用度。但存在锋利性、切削温度，提高刀具耐用度。但存在锋利性、韧性、抗崩刃性、抗剥落性低、成本高的弊端。韧性、抗崩刃性、抗剥落性低、成本高的弊端。总结、作业总结、作业作业：作业：1、画图表示用外圆车刀车削外圆柱表面时车刀的、画图表示用外圆车刀车削外圆柱表面时车刀的 和和ap,f,h,b。2、画图表示用端面车刀车削轴端面情况下车刀的、画图表示用端面车刀车削轴
34、端面情况下车刀的 和和ap,f,h,b。金属切削过程四个方面的基本规律：金属切削过程四个方面的基本规律：金属切削过程四个方面的基本规律：金属切削过程四个方面的基本规律：切削变形切削变形切削变形切削变形、切削力切削力切削力切削力、切削热切削热切削热切削热与与与与切削温度切削温度切削温度切削温度、刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度。（成因、作用和变化规律（成因、作用和变化规律（成因、作用和变化规律（成因、作用和变化规律机理）机理）机理）机理）基本规律的应用：基本规律的应用：基本规律的应用：基本规律的应用：根据对上述规律的认识，解根据对上述规律的认识，解根据对上述规律的
35、认识，解根据对上述规律的认识，解决生产中出现的决生产中出现的决生产中出现的决生产中出现的控制切屑控制切屑控制切屑控制切屑，改善工件材料的切削加改善工件材料的切削加改善工件材料的切削加改善工件材料的切削加工性工性工性工性，合理选择切削液合理选择切削液合理选择切削液合理选择切削液，合理选择刀具几何参数合理选择刀具几何参数合理选择刀具几何参数合理选择刀具几何参数与与与与切削用量切削用量切削用量切削用量等等等等五五五五个方面问题个方面问题个方面问题个方面问题。以达到保证加工质量、。以达到保证加工质量、。以达到保证加工质量、。以达到保证加工质量、降低生产成本和提高生产效率的目的。降低生产成本和提高生产效
36、率的目的。降低生产成本和提高生产效率的目的。降低生产成本和提高生产效率的目的。金属切削过程金属切削过程金属切削过程金属切削过程:将工件上多余的金属层通过切削将工件上多余的金属层通过切削将工件上多余的金属层通过切削将工件上多余的金属层通过切削加工切除成切屑从而得到所需要的几何形状的零件加工切除成切屑从而得到所需要的几何形状的零件加工切除成切屑从而得到所需要的几何形状的零件加工切除成切屑从而得到所需要的几何形状的零件的过程。的过程。的过程。的过程。2.3 金属切削过程金属切削过程(The metal cutting process)大量实验和理论分析证明大量实验和理论分析证明：金属切削过程中的：金
37、属切削过程中的切切屑形成过程屑形成过程就是就是切削层金属的变形过程切削层金属的变形过程。切削刃切削刃垂直于垂直于合成切削方向合成切削方向称为称为正切削正切削或或直角切削直角切削。只有只有直线形主切削刃直线形主切削刃参加切削工作，参加切削工作，而副切削刃不参加切削工作，而副切削刃不参加切削工作，称为称为自由切削自由切削。曲线主切削刃曲线主切削刃或或主、副切削刃主、副切削刃都参加切削者，都参加切削者，称为称为非自由切削非自由切削。直角自由切削直角自由切削侧面方格观察法侧面方格观察法1 切屑的形成过程切屑的形成过程始滑移线始滑移线终滑移线终滑移线滑移线滑移线流线流线第一变形区第一变形区：（基本变形区
38、）：（基本变形区）OAOM之之间间的的区区域域，是是切切削削过过程程中中的的主主要要变变形形区区，是是切切削削力和切削热的主要来源。力和切削热的主要来源。主主要要特特征征：剪剪切切面面的的滑滑移移变变形形,以及随之产生的加工硬化。以及随之产生的加工硬化。第第二二变变形形区区：切切屑屑底底层层与与前前刀刀面面之之间间的的摩摩擦擦变变形形区区。主主要要影影响响切切屑的变形和积屑瘤的产生。屑的变形和积屑瘤的产生。主主要要特特征征：切切屑屑进进一一步步受受前前刀刀面面的的挤挤压压摩摩擦擦，使使靠靠近近前前刀刀面面处处的金属纤维化。的金属纤维化。第三变形区第三变形区第二变形区第二变形区第一变形区第一变形
39、区第三变形区第三变形区：工件已加工表面：工件已加工表面与刀具后刀面之间的挤压、摩与刀具后刀面之间的挤压、摩擦变形区域。该区域对工件表擦变形区域。该区域对工件表面的残余应力以及后刀面的磨面的残余应力以及后刀面的磨损有很大的影响。损有很大的影响。主主要要特特征征：造造成成工工件件表表面面的的纤纤维化与加工硬化。维化与加工硬化。作用角作用角 ：作用：作用力力 与切削速度与切削速度之间的夹角。之间的夹角。剪切角剪切角 ：剪切：剪切面与切削速度面与切削速度 之间的夹角。之间的夹角。一般速度范围内第一变形区宽度为一般速度范围内第一变形区宽度为0.020.2mm，速度越高，宽度越小，可看作一个速度越高，宽度
40、越小，可看作一个剪切平面剪切平面2 剪切角剪切角 剪切角：剪切角：剪切角：剪切角：在一般切削速度内，第一变形区的宽度在一般切削速度内，第一变形区的宽度在一般切削速度内，第一变形区的宽度在一般切削速度内，第一变形区的宽度仅为仅为仅为仅为0.020.2mm0.020.2mm。所以通常用一个平面来表示这个变。所以通常用一个平面来表示这个变。所以通常用一个平面来表示这个变。所以通常用一个平面来表示这个变形区，该平面称为形区，该平面称为形区，该平面称为形区，该平面称为剪切面。剪切面。剪切面。剪切面。剪切面和切削速度方向的剪切面和切削速度方向的剪切面和切削速度方向的剪切面和切削速度方向的夹角称为夹角称为夹
41、角称为夹角称为剪切角。剪切角。剪切角。剪切角。李和谢弗李和谢弗李和谢弗李和谢弗（Lee and Lee and ShefferSheffer)公式公式公式公式麦前特（麦前特（麦前特（麦前特（M.E.Merchant)M.E.Merchant)公式公式公式公式O O 变形变形（）变形（变形（）长度变形系数：长度变形系数：厚度变形系数：厚度变形系数：3 变形系数变形系数根据体积不变原理：根据体积不变原理：变形系数直观的反映了切屑变形程度，它越大，变形系数直观的反映了切屑变形程度，它越大，变形系数直观的反映了切屑变形程度，它越大，变形系数直观的反映了切屑变形程度，它越大，变形越大。而且它很容易被测量
42、，但很粗略。变形越大。而且它很容易被测量，但很粗略。变形越大。而且它很容易被测量，但很粗略。变形越大。而且它很容易被测量，但很粗略。变形（变形（）变形（变形（）4 剪应变剪应变 剪应变：剪应变：切削过程中，切削过程中，切削层的滑移切削层的滑移距离与滑移厚距离与滑移厚度之比。度之比。粘结区：粘结区：高温、高压，高温、高压，内摩擦力。内摩擦力。滑动区：滑动区：点接触，实际点接触，实际接触面积远小于名义接接触面积远小于名义接触面积，外摩擦力。触面积，外摩擦力。5 前刀面的摩擦前刀面的摩擦 塑性金属在加工过程中塑性金属在加工过程中塑性金属在加工过程中塑性金属在加工过程中，切屑与前刀面之间的压力很大，加
43、之几百度的，切屑与前刀面之间的压力很大，加之几百度的，切屑与前刀面之间的压力很大，加之几百度的，切屑与前刀面之间的压力很大，加之几百度的高温，实际切屑低层与前刀面呈粘结状态。故切屑与前刀面之间不是一般的高温，实际切屑低层与前刀面呈粘结状态。故切屑与前刀面之间不是一般的高温，实际切屑低层与前刀面呈粘结状态。故切屑与前刀面之间不是一般的高温，实际切屑低层与前刀面呈粘结状态。故切屑与前刀面之间不是一般的外外外外摩擦，而是切屑与前刀面粘结层与上层之间金属的摩擦，而是切屑与前刀面粘结层与上层之间金属的摩擦，而是切屑与前刀面粘结层与上层之间金属的摩擦，而是切屑与前刀面粘结层与上层之间金属的内内内内摩擦，即
44、金属内部的摩擦，即金属内部的摩擦，即金属内部的摩擦，即金属内部的滑移剪切。滑移剪切。滑移剪切。滑移剪切。切屑与前刀之间的摩擦系数是一个变数切屑与前刀之间的摩擦系数是一个变数切屑与前刀之间的摩擦系数是一个变数切屑与前刀之间的摩擦系数是一个变数在在一一定定的的温温度度和和压压力力下下,切切削削塑塑性性金金属属时时,切切屑屑底底层层与与前前刀刀面面嵌嵌入入式式结结合合发发生生冷冷焊焊现现象象,使使一一部部分分切切屑屑粘粘结结在在前前刀刀面面上上,形形成成一一块块剖剖面面为为三三角状的硬块角状的硬块积屑瘤积屑瘤。1.特点特点：硬硬度度是是工工件件材材料料的的23倍倍，可可以以代代替替刀刀具切削。具切削
45、。周周而而复复始始的的生生长长、脱脱落。落。2.产生条件产生条件：切削塑性材料。切削塑性材料。切切削削区区的的温温度度、压压力力和和界界面面状状况况符符合合在在刀刀面上发生冷焊的条件。面上发生冷焊的条件。3.对切削过程的影响对切削过程的影响：积积屑屑瘤瘤代代替替刀刀刃刃进进行行切切削削，保保护护了刀刃，增大了前角。了刀刃，增大了前角。积积屑屑瘤瘤形形状状不不规规则则，频频繁繁生生长长脱脱落，影响尺寸精度和表面质量。落，影响尺寸精度和表面质量。故：故：粗粗加加工工时时可可人人为为控控制制积积屑屑瘤瘤的的生生长，使积屑瘤能稳定存在。长，使积屑瘤能稳定存在。精加工时应抑制积屑瘤的产生。精加工时应抑制
46、积屑瘤的产生。6 积屑瘤积屑瘤控制措施：控制措施：增大前角，以减小刀屑接触区压力，增大前角，以减小刀屑接触区压力，增大前角，以减小刀屑接触区压力，增大前角，以减小刀屑接触区压力，提高前刀面的光滑程度；提高前刀面的光滑程度；提高前刀面的光滑程度；提高前刀面的光滑程度；提高工件的硬度，降低塑性；提高工件的硬度，降低塑性；提高工件的硬度，降低塑性；提高工件的硬度，降低塑性；采用合适的切削液；采用合适的切削液；采用合适的切削液；采用合适的切削液；避开积屑瘤产生的速度范围。避开积屑瘤产生的速度范围。避开积屑瘤产生的速度范围。避开积屑瘤产生的速度范围。工件材料：工件材料：刀具角度：刀具角度：切削速度：切削
47、速度：工件塑性工件塑性延伸率延伸率 O O 刀具锋利刀具锋利塑性变形塑性变形 7 影响切削变形的因素（自学）影响切削变形的因素（自学）进给量（切削层厚度）：进给量（切削层厚度）：7 切屑的类型切屑的类型挤裂切屑（节状切屑）挤裂切屑（节状切屑）单元切屑单元切屑(粒状切屑粒状切屑)带状切屑带状切屑崩碎切屑崩碎切屑切屑形态可以随切削条件而相互转化。切屑形态可以随切削条件而相互转化。（1）带状切屑）带状切屑产生条件产生条件：切削塑性：切削塑性材料、切削速度高、材料、切削速度高、切削厚度较小、前角切削厚度较小、前角大。大。形形状状：连连绵绵不不断断呈呈带带状状，切切屑屑底底面面很很光光滑滑而背面呈毛茸状
48、。而背面呈毛茸状。形成原因形成原因：切速高，切削层：切速高，切削层未及充分变形即变为切屑，未及充分变形即变为切屑，剪切面上的应力还未达到破剪切面上的应力还未达到破坏值，因此只有塑性滑移而坏值，因此只有塑性滑移而无断裂；前角大，则刀具锋无断裂；前角大，则刀具锋利；利；hD小则切削力小。故易小则切削力小。故易得带状切屑。得带状切屑。特特点点：切切削削过过程程变变形形小小，切切削削力力小小且且稳稳定定；已已加加工工表表面面粗粗糙糙度度低低。对生产安全有危害。对生产安全有危害。（2）（节状切屑）挤裂切屑）（节状切屑）挤裂切屑形形状状：宏宏观观上上自自然然连连接接，但但外外表表面面呈呈锯齿形，如竹节状。
49、锯齿形，如竹节状。产生条件产生条件：切削塑：切削塑性材料、切削速度性材料、切削速度中等、切削厚度较中等、切削厚度较厚、前角较小。厚、前角较小。形形成成原原因因：切切削削层层经经过过充充分分变变形形全全过过程，最后被挤裂。程，最后被挤裂。特点特点：切屑冷硬度高，：切屑冷硬度高，脆且易断，便于处理；脆且易断，便于处理；变形相对较大，切削变形相对较大，切削力波动较大，易产生力波动较大，易产生振动；已加工表面粗振动；已加工表面粗糙度较高。糙度较高。（3）单元切屑）单元切屑(粒状切屑粒状切屑)形形状状：切切屑屑沿沿挤挤裂裂面面完完全全断断开开成成单元状。单元状。产产生生条条件件：材材料料塑塑性性很很差差
50、、切切速速j极极低低、hD大大、前前角小。角小。形形成成原原因因：整整个个剪剪切切面面上上剪剪应应力力超超过过材材料料的的破破坏坏强度极限。强度极限。特特点点：切切削削力力波波动动很很大大，有有振振动动；已已加加工工表表面面非非常常粗糙，且有振纹。粗糙，且有振纹。（4）崩碎切屑）崩碎切屑形形状状：切切屑屑呈呈不不规规则则的的碎碎块块状。状。产产生生条条件件：切切削脆性材料。削脆性材料。形形成成原原因因：切切削削脆脆性性材材料料，抗抗拉拉强强度度低低，受受前前刀刀面面挤挤压压时时几几乎乎没没有有塑塑性性变变形形便便脆脆断断成成不不规规则则的的碎碎块。块。特特点点：切切削削过过程程不不平平稳稳，切