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1、切削与磨削过程切削与磨削过程2第第1章切削与磨削过程章切削与磨削过程1.1.1金属切削加工的基本概念金属切削加工的基本概念1.1.2刀具的角度刀具的角度1.1.3刀具的材料刀具的材料1.1.4刀具角度的选择刀具角度的选择1.1金属切削过程与刀具的基本知识金属切削过程与刀具的基本知识31.1.1 1.1.1 金属切削加工的基本概念金属切削加工的基本概念1.1金属切削过程与刀具的基本知识金属切削过程与刀具的基本知识一、切削运动与切削用量一、切削运动与切削用量图图1外圆车削的切削运动外圆车削的切削运动与加工表面与加工表面图图2平面刨削的切削运动平面刨削的切削运动与加工表面与加工表面41.1金属切削过
2、程与刀具的基本知识金属切削过程与刀具的基本知识4切削速度切削速度Vc，进给量，进给量f(或进给速度或进给速度Vf)和背吃刀量和背吃刀量ap51.1金属切削过程与刀具的基本知识金属切削过程与刀具的基本知识n切削运动切削运动n主运动主运动n进给运动进给运动n合成切削运动合成切削运动二、二、工件表面工件表面n待加工表面待加工表面n已加工表面已加工表面n过渡表面过渡表面61.1金属切削过程与刀具的基本知识金属切削过程与刀具的基本知识6三、三、切削层参数：切削层参数：公称厚度公称厚度hD，公称宽度公称宽度bD，公称横截面积公称横截面积AD=hDbD=fap71.1.2 1.1.2 刀具角度刀具角度1.1
3、金属切削过程与刀具的基本知识金属切削过程与刀具的基本知识一、切削部分的组成（车刀）一、切削部分的组成（车刀）n前刀面前刀面An主后刀面主后刀面An副后刀面副后刀面n主切削刃主切削刃Sn副切削刃副切削刃Sn刀尖刀尖81.1金属切削过程与刀具的基本知识金属切削过程与刀具的基本知识其它刀具可看作是车刀的演变和组合其它刀具可看作是车刀的演变和组合91.1金属切削过程与刀具的基本知识金属切削过程与刀具的基本知识二、定义刀具角度的参考系二、定义刀具角度的参考系n刀具标注角度参考系刀具标注角度参考系n基面基面Prn切削平面切削平面Psn正交平面正交平面P0101.1金属切削过程与刀具的基本知识金属切削过程与
4、刀具的基本知识10三、刀具的标注角度三、刀具的标注角度n前角前角 0：前刀面前刀面基面（正交平面）基面（正交平面）n后角后角 0：主后刀面主后刀面切削平面（正交平面）切削平面（正交平面）n主偏角主偏角 r：主刃投影主刃投影假定进给方向（基面）假定进给方向（基面）n副偏角副偏角 r：主刃投影：主刃投影假定进给方向（基面）假定进给方向（基面）n刃倾角刃倾角 s：主刃主刃基面（切削平面）基面（切削平面）111.1金属切削过程与刀具的基本知识金属切削过程与刀具的基本知识11 车刀的主要标注角度车刀的主要标注角度121.1金属切削工程与刀具的基本知识金属切削工程与刀具的基本知识12横向进给运横向进给运动
5、的影响动的影响四、刀具的工作角度四、刀具的工作角度131.1金属切削过程与刀具的基本知识金属切削过程与刀具的基本知识轴轴向向进进给给运运动动的的影影响响141.1金属切削过程与刀具的基本知识金属切削过程与刀具的基本知识安安装装高高度度的的影影响响151.1金属切削过程与刀具的基本知识金属切削过程与刀具的基本知识刀杆中心线偏斜的影响刀杆中心线偏斜的影响161.1.3 1.1.3 刀具的材料刀具的材料1.1金属切削过程与刀具的基本知识金属切削过程与刀具的基本知识加工时要承受高温、高压、强烈的摩擦，冲击和振动。加工时要承受高温、高压、强烈的摩擦，冲击和振动。一、刀具材料应具备的性能一、刀具材料应具备
6、的性能1)高的硬度高的硬度：比工件高，：比工件高，HRC602)高的耐磨性：高的耐磨性：耐用度耐用度3)足够的强度和韧性：足够的强度和韧性：不崩刃，不断不崩刃，不断4)高的耐热性（热稳定性）：高的耐热性（热稳定性）：高温时可以加工高温时可以加工5)良好的热物理性能和耐热冲击性能良好的热物理性能和耐热冲击性能6)良好的工艺性能：良好的工艺性能：刀具制造成本低刀具制造成本低171.1金属切削过程与刀具的基本知识金属切削过程与刀具的基本知识常用刀具材料常用刀具材料碳素工具钢；碳素工具钢；合金工具钢；合金工具钢；高速钢；高速钢；硬质合金；硬质合金；陶瓷；陶瓷；金刚石；金刚石；立方氮化硼等。立方氮化硼等
7、。181.1金属切削过程与刀具的基本知识金属切削过程与刀具的基本知识l高速钢高速钢含有较多钨、钼、烙、钒等元素的高合金工具钢含有较多钨、钼、烙、钒等元素的高合金工具钢n较高的硬度较高的硬度（HRC6267）和）和耐热性耐热性（切削温度可达（切削温度可达550600）n切速比碳素工具钢和合金工具钢高切速比碳素工具钢和合金工具钢高13倍（因此而得名）倍（因此而得名），刀具耐用度高，刀具耐用度高1040倍，甚至更多倍，甚至更多n加工范围：有色金属到高温合金加工范围：有色金属到高温合金n制造工艺简单，能锻造，容易磨出锋利的刀刃制造工艺简单，能锻造，容易磨出锋利的刀刃n在复杂刀具（钻头、丝锥、成形刀具、
8、拉刀、齿轮刀具在复杂刀具（钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等）的制造中占有重要地位。等）的制造中占有重要地位。n分类：分类：通用型高速钢通用型高速钢和和高性能高速钢（按用途）高性能高速钢（按用途）熔炼高速钢熔炼高速钢和和粉末冶金高速钢（按制造工艺）粉末冶金高速钢（按制造工艺）191.1金属切削过程与刀具的基本知识金属切削过程与刀具的基本知识硬质合金硬质合金n用高耐热性和高耐磨性的用高耐热性和高耐磨性的金属碳化物金属碳化物（碳化钨，碳化钛，碳（碳化钨，碳化钛，碳化钽，碳化铌等）与化钽，碳化铌等）与金属粘结剂金属粘结剂（钴，镍，钼等）在高温下（钴，镍，钼等）在高温下烧结而成的粉末冶金制品。烧结
9、而成的粉末冶金制品。n硬度：硬度：HRA89-93，能耐，能耐850-1000C的高温，良好的耐磨性，的高温，良好的耐磨性，切速可达切速可达100-300m/min，可加工包括淬硬钢在内的多种材料。，可加工包括淬硬钢在内的多种材料。n广泛应用广泛应用n硬质合金的抗弯强度低，冲击韧性硬质合金的抗弯强度低，冲击韧性差，不锋利，较难加工，不易做成差，不锋利，较难加工，不易做成形状复杂的整体刀具。形状复杂的整体刀具。n常用的硬质合金有钨钴类（常用的硬质合金有钨钴类（YG类），钨钛钴类（类），钨钛钴类（YT类）和类）和通用硬质合金（通用硬质合金（YW类）类）3类。类。201.1金属切削过程与刀具的基本知
10、识金属切削过程与刀具的基本知识n涂层刀具涂层刀具：耐磨性高的难熔金属化合物耐磨性高的难熔金属化合物耐磨性高的难熔金属化合物耐磨性高的难熔金属化合物n耐用度至少可提高耐用度至少可提高13倍（刀片），或倍（刀片），或210倍（高速钢）倍（高速钢）。加工材料的硬度愈高，效果愈好。加工材料的硬度愈高，效果愈好。n人造金刚石人造金刚石：在高温高压下由石墨转化而成在高温高压下由石墨转化而成在高温高压下由石墨转化而成在高温高压下由石墨转化而成n极高的硬度（显微硬度可达极高的硬度（显微硬度可达HV10000）和耐磨性，摩擦系）和耐磨性，摩擦系数小，切削刃非常锋利。很高的加工表面质量。数小，切削刃非常锋利。很高
11、的加工表面质量。n陶瓷材料陶瓷材料：以氧化铝为主要成分，经压制而成以氧化铝为主要成分，经压制而成以氧化铝为主要成分，经压制而成以氧化铝为主要成分，经压制而成n在在1200C时可保持时可保持HRA80的硬度，脆。的硬度，脆。n热稳定性较差（不得超过热稳定性较差（不得超过700800），与铁元素的化学），与铁元素的化学亲和力很强，不宜加工钢铁件。加工硬质合金。亲和力很强，不宜加工钢铁件。加工硬质合金。n立方氮化硼立方氮化硼：由六方氮化硼在高温高压下转变而成由六方氮化硼在高温高压下转变而成由六方氮化硼在高温高压下转变而成由六方氮化硼在高温高压下转变而成n硬度热稳定性很高（可达硬度热稳定性很高（可达1
12、3001400C）。n最大的优点：在高温（最大的优点：在高温（12001300C）时也不易与铁族金）时也不易与铁族金属起反应。属起反应。211.1金属切削过程与刀具的基本知识金属切削过程与刀具的基本知识CVD金刚石切削刀具金刚石切削刀具激光激光焊接金接金刚石石圆锯片片人造金人造金刚石石单晶晶n寿命相当于硬质合金刀具的寿命相当于硬质合金刀具的100倍以上倍以上n加工特性：加工特性：1)刀刃强度高，能承受较单晶金刚石刀具更高的冲击载荷。刀刃强度高，能承受较单晶金刚石刀具更高的冲击载荷。2)磨耗小，耐用度比硬质合金高磨耗小，耐用度比硬质合金高100倍以上，性能优于倍以上，性能优于PCD刀具。刀具。可
13、以多次修磨，反复使用。可以多次修磨，反复使用。3)用单晶金刚石刀具的研磨方法将刃部精细研磨抛光至用单晶金刚石刀具的研磨方法将刃部精细研磨抛光至Ra0.05um,被加工工件表面可达到镜面光。被加工工件表面可达到镜面光。4)热导率热导率5W/cmK。5)热稳定性好，最高工作温度热稳定性好，最高工作温度800。221.1.4 1.1.4 刀具角度的选择刀具角度的选择1.1金属切削过程与刀具的基本知识金属切削过程与刀具的基本知识刀具各角度之间是相互联系，相互影响的，刀具各角度之间是相互联系，相互影响的，孤立地选择某一角度并不能得到所希望的合理值。孤立地选择某一角度并不能得到所希望的合理值。1.前角前角
14、 0 0选择选择2.后角后角o选择选择3.主偏角主偏角r和副偏角和副偏角r选择选择4.刃倾角刃倾角ls选择选择231.1.4 1.1.4 刀具角度的选择刀具角度的选择1.前角前角 0 0n影响：影响：n切削的难易程度切削的难易程度-很大。很大。前角，使刀刃变得锋利，使切前角，使刀刃变得锋利，使切削更轻快，切屑变形削更轻快，切屑变形，切削力和切削功率，切削力和切削功率 n 前角，刀刃和刀尖强度前角，刀刃和刀尖强度，散热体积，散热体积，影响刀具寿命。，影响刀具寿命。对表面粗糙度，排、断屑等有一定的影响对表面粗糙度，排、断屑等有一定的影响241.1.4 1.1.4 刀具角度的选择刀具角度的选择选择前
15、角选择前角 0 0n主要取决于：主要取决于：工件材料工件材料、刀具材料刀具材料、加工要求加工要求n工件强度、硬度较低时，取较大的前角，反之取较小的前工件强度、硬度较低时，取较大的前角，反之取较小的前角；角；n加工塑性材料（如钢）选较大的前角，脆性材料（如铸铁）加工塑性材料（如钢）选较大的前角，脆性材料（如铸铁）选较小的前角。选较小的前角。n刀具材料韧性好（如高速钢），前角可选得大些，反之刀具材料韧性好（如高速钢），前角可选得大些，反之（如硬质合金）则前角应选得小一些。（如硬质合金）则前角应选得小一些。n粗加工时，特别是断续切削时，应选用较小的前角；精加粗加工时，特别是断续切削时，应选用较小的前
16、角；精加工时应选用较大前角。工时应选用较大前角。n硬质合金车刀的前角硬质合金车刀的前角0 0在在552020范围内选，高速范围内选，高速钢刀具的前角应比硬质合金刀具大钢刀具的前角应比硬质合金刀具大551010，而陶瓷刀具，而陶瓷刀具的前角一般取的前角一般取551515。251.1.4 1.1.4 刀具角度的选择刀具角度的选择2.后角后角on后角的主要功用后角的主要功用：减小后刀面与工件的摩擦和后刀面的磨：减小后刀面与工件的摩擦和后刀面的磨损，其大小对刀具耐用度和加工表面质量都有很大的影损，其大小对刀具耐用度和加工表面质量都有很大的影响。响。n大小大小取决于：取决于：切削厚度（或进给量）切削厚度
17、（或进给量），也与，也与工件材料工件材料，工工艺系统的刚性艺系统的刚性有关。有关。n车削一般钢和铸铁时，车刀后角常选用车削一般钢和铸铁时，车刀后角常选用46。261.1.4 1.1.4 刀具角度的选择刀具角度的选择3.主偏角主偏角r和副偏角和副偏角rn影响：影响：主偏角和副偏角主偏角和副偏角对对刀具耐用度刀具耐用度影响很大。减小主偏影响很大。减小主偏角和副偏角角和副偏角n刀尖角增大，刀尖强度提高，散热条件改善，刀具耐用刀尖角增大，刀尖强度提高，散热条件改善，刀具耐用度提高。度提高。n降低残留面积高度，减小加工表面的粗糙度。降低残留面积高度，减小加工表面的粗糙度。n主偏角和副偏角还会影响各切削分
18、力的大小和比例。主偏角和副偏角还会影响各切削分力的大小和比例。n主偏角取值：在工艺系统刚性较好时，主偏角主偏角取值：在工艺系统刚性较好时，主偏角r宜取较小宜取较小值，如值，如r=3070。车削细长轴时，取。车削细长轴时，取r=9093，以减小，以减小背向力背向力Fp。n副偏角副偏角r的大小主要根据表面粗糙度的要求选取，一般为的大小主要根据表面粗糙度的要求选取，一般为515，粗加工时取大值，精加工时取小值。，粗加工时取大值，精加工时取小值。271.1.4 1.1.4 刀具角度的选择刀具角度的选择4.刃倾角刃倾角lsn影响影响：刀头的强度刀头的强度和和切屑流动的方向切屑流动的方向。n取值取值：n在
19、加工一般钢件和铸铁时，无冲击的粗车取在加工一般钢件和铸铁时，无冲击的粗车取ls=0-5n精车取精车取ls=0+5；n有冲击负荷时，取有冲击负荷时，取ls=5 15；n当冲击特别大时，取当冲击特别大时，取ls=30 45。n切削高强度钢，冷硬钢时，可取切削高强度钢，冷硬钢时，可取ls=30 10。28第第1章切削与磨削过程章切削与磨削过程1.2.1金属切削变形金属切削变形1.2.2切削力切削力1.2.3切削热切削热1.2切削变形、切削力与切削热切削变形、切削力与切削热291.2.1金属切削变形金属切削变形1.2切削变形、切削力与切削热切削变形、切削力与切削热一、概述一、概述二、切削变形二、切削变
20、形三、切削变形程度三、切削变形程度四、前刀面与切屑间的摩擦四、前刀面与切屑间的摩擦五、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响五、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响六、影响切屑变形的主要因素六、影响切屑变形的主要因素七、切屑的类型及控制七、切屑的类型及控制金属切削过程金属切削过程是用刀具从工件表面上切去多余的金属，形成已加工表面是用刀具从工件表面上切去多余的金属，形成已加工表面的过程，也是工件的切削层在刀具前面挤压下产生塑性变的过程，也是工件的切削层在刀具前面挤压下产生塑性变形，形成切屑被切下来的过程。形，形成切屑被切下来的过程。切削过程中的许多物理现象，如切削过程中的许多物理现象，如切削力、切削热、刀
21、具磨切削力、切削热、刀具磨损损等，都与金属的变形及其变化规律有密切的关系。等，都与金属的变形及其变化规律有密切的关系。研究切削过程对保证加工质量、提高生产率、降低成本和研究切削过程对保证加工质量、提高生产率、降低成本和促进切削加工技术的发展，有着十分重要的意义。促进切削加工技术的发展，有着十分重要的意义。30一、概述一、概述1.研究金属切削变形的常用方法研究金属切削变形的常用方法l金属切削过程是高速进行的微观变形金属切削过程是高速进行的微观变形过程。过程。1）侧面方格变形观察法侧面方格变形观察法2）快速落刀法快速落刀法3）其他方法其他方法l高速摄影法：动态观察切削过程高速摄影法：动态观察切削过
22、程l扫描电镜显微观察法：观察金属晶粒扫描电镜显微观察法：观察金属晶粒内部的微观滑移情况内部的微观滑移情况l带显微镜头的工业电视观察法带显微镜头的工业电视观察法l光弹性、光塑性实验法扫描电镜观察光弹性、光塑性实验法扫描电镜观察法法侧面方格变形观察法侧面方格变形观察法示意图示意图312.变形区的划分变形区的划分第第变形区变形区：从OA线（称始剪切线）开始发生塑性变形，到OM线（称终剪切线）晶粒的剪切滑移基本完成；第第变形区变形区：切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维化，纤维化方和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维化，纤维化方向
23、基本上和前刀面平行；向基本上和前刀面平行；第第变形区变形区：已加工表面受到刀刃钝圆部分和后刀面的挤压与已加工表面受到刀刃钝圆部分和后刀面的挤压与摩擦，产生变形和回弹，造成纤维化与加工硬化。摩擦，产生变形和回弹，造成纤维化与加工硬化。32二、切削变形二、切削变形追踪切削层上任一点追踪切削层上任一点P，可以观察切削的变形和形成过可以观察切削的变形和形成过程。程。始剪切始剪切滑移线滑移线终剪切终剪切滑移线滑移线变形特征：沿滑移线的剪变形特征：沿滑移线的剪切滑移变形以及随之产生切滑移变形以及随之产生的加工硬化。的加工硬化。第第变形区的剪切变形变形区的剪切变形33三、前刀面与切屑间的摩擦三、前刀面与切屑
24、间的摩擦切削过程中的许多因素，都通切削过程中的许多因素，都通过影响刀过影响刀-屑之间的摩擦状况来屑之间的摩擦状况来改变，改变，从而影响切屑变形。从而影响切屑变形。变形特征变形特征：使切屑底层靠近前：使切屑底层靠近前刀面处纤维化，切屑流动速度刀面处纤维化，切屑流动速度减慢，底层金属甚至会滞留在减慢，底层金属甚至会滞留在前刀面上；由于切屑底层纤维前刀面上；由于切屑底层纤维化晶粒被伸长，形成切屑的卷化晶粒被伸长，形成切屑的卷曲；由摩擦产生的热量使切屑曲；由摩擦产生的热量使切屑底层与前刀面处温度升高。底层与前刀面处温度升高。34前刀面与切屑间的摩擦特性前刀面与切屑间的摩擦特性-内摩擦内摩擦塑性金属在切
25、削过程中，切屑与前刀面之间压力很大，再加上几百塑性金属在切削过程中，切屑与前刀面之间压力很大，再加上几百度的高温，实际上切屑底层与前刀面呈粘结状态。故切屑与前刀面之间度的高温，实际上切屑底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摩擦，而是切屑与前刀面粘结层与其上层金属之间的不是一般的外摩擦，而是切屑与前刀面粘结层与其上层金属之间的内摩内摩擦擦。前刀面上的平均摩擦系数。前刀面上的平均摩擦系数是一个变数。是一个变数。35影响前刀面摩擦系数的主要因素影响前刀面摩擦系数的主要因素工件材料工件材料：在相同切削条件下，加工几种不同工件材料，如在相同切削条件下，加工几种不同工件材料，如铜、铜、1
26、0钢、钢、10Cr钢、钢、1Cr18Ni9Ti等，随着工件材料的强度和等，随着工件材料的强度和硬度的依次增大，摩擦系数硬度的依次增大，摩擦系数略有减少。略有减少。切削厚度切削厚度：ac增加时，增加时，也略为下降，如也略为下降，如10钢的钢的ac从从0.1mm增增大到大到0.18mm,从从0.74降至降至0.72。因为。因为ac增加后正应力也随之增加后正应力也随之增大。增大。刀具前角刀具前角：在一般切削速度范围内，前角在一般切削速度范围内，前角0愈大，则愈大，则值愈值愈大。因为随着大。因为随着0增大，正应力减小，故增大，正应力减小，故增加。增加。切削速度切削速度：当当v17m/min时，由于积屑
27、瘤减小，切削力逐步增大。时，由于积屑瘤减小，切削力逐步增大。n切削脆性金属切削脆性金属（灰铸铁、铅黄铜）时，因金属的塑性变形很小，灰铸铁、铅黄铜）时，因金属的塑性变形很小，切削与前刀面的摩擦也很小，所以切削与前刀面的摩擦也很小，所以vc对切削力没有显著的影响对切削力没有显著的影响。521.2.2切削力切削力531.2.2切削力切削力3.刀具几何参数刀具几何参数1）前角）前角l 0，被切金属的变形，被切金属的变形，变形系数值，变形系数值，刀，刀-屑间摩擦力和正应力也屑间摩擦力和正应力也。因此，切削力因此，切削力。l但但 0增大对塑性大的材料（如铝合金、紫铜等）影响显著，即材料的塑性增大对塑性大的
28、材料（如铝合金、紫铜等）影响显著，即材料的塑性变形、加工硬化程度明显变形、加工硬化程度明显，切削力降低较多；而加工脆性材料（灰铸铁、，切削力降低较多；而加工脆性材料（灰铸铁、脆黄铜等），因切削时塑性变形很小，故脆黄铜等），因切削时塑性变形很小，故 0变化对切削力影响不大。变化对切削力影响不大。541.2.2切削力切削力2）负倒棱的影响：）负倒棱的影响：前刀面上的负倒棱，可以提高刃区的强度，前刀面上的负倒棱，可以提高刃区的强度，但此时被切金属的变形增大，使切削力有所增加。但此时被切金属的变形增大，使切削力有所增加。n负倒棱是通过它的宽度负倒棱是通过它的宽度b b 1 1对对f的比值（的比值（b
29、b 1 1/f）来影响切削来影响切削力的。力的。b b 1 1/f增大，切削力增大。增大，切削力增大。n当当b b 1 1小于小于l lf f（l lf f为切屑与刀具前面的接触长度）时，切屑为切屑与刀具前面的接触长度）时，切屑除与倒棱接触外，还与前面接触，前面仍起作用。除与倒棱接触外，还与前面接触，前面仍起作用。n而当切钢而当切钢b b 1 1/f55或切灰铸铁或切灰铸铁b b 1 1/f3,3,即即b b 1 1大于大于l lf f时，切时，切屑只与倒棱接触，不与前面接触，切削力趋于稳定，且屑只与倒棱接触，不与前面接触，切削力趋于稳定，且相当于用负前角为相当于用负前角为 0101车刀加工时
30、的切削力。车刀加工时的切削力。551.2.2切削力切削力3）主偏角）主偏角FpFDcosr；FfFDsinr；r，Fp，Ff 。561.2.2切削力切削力5）刃倾角）刃倾角4）刀尖圆弧半径）刀尖圆弧半径571.2.2切削力切削力4.刀具材料：陶瓷切削力最小，硬质合金次之，高速钢最大刀具材料：陶瓷切削力最小，硬质合金次之，高速钢最大5.刀具磨损：使各个分力都增加刀具磨损：使各个分力都增加6.切削液切削液以冷却作用为主的水溶液对切削力的影响很小以冷却作用为主的水溶液对切削力的影响很小润滑作用强的切削油，有效地减少了刀具前刀面与切屑、后刀面与润滑作用强的切削油，有效地减少了刀具前刀面与切屑、后刀面与
31、工件表面之间的摩擦，甚至还能减小被加工金属的塑性变形，从而工件表面之间的摩擦，甚至还能减小被加工金属的塑性变形，从而能显著的降低切削力。能显著的降低切削力。581.2.3切削热切削热1.2切削变形、切削力与切削热切削变形、切削力与切削热一、切削热的产生和传出一、切削热的产生和传出二、切削温度及其对切削过程的影响二、切削温度及其对切削过程的影响三、切削温度的测量及其分布三、切削温度的测量及其分布四、影响切削温度的因素四、影响切削温度的因素591.2.3切削热切削热一、切削热的产生和传导一、切削热的产生和传导切削热的产生切削热的产生n产生产生-来源来源：切削层金属：切削层金属发生弹性变形、塑性变发
32、生弹性变形、塑性变形所产生的热和切屑与形所产生的热和切屑与前刀面、工件与后刀面前刀面、工件与后刀面间的摩擦热。间的摩擦热。n传导传导：切削热由切削、：切削热由切削、工件、刀具及周围的介工件、刀具及周围的介质传导出去。质传导出去。601.2.3切削热切削热一、切削热的产生和传导一、切削热的产生和传导影响切削热传导的主要因素影响切削热传导的主要因素1)工件材料的导热性能工件材料的导热性能2)刀具材料的导热性能：刀具材料的导热系数高，切削热刀具材料的导热性能：刀具材料的导热系数高，切削热易从刀具传导出去，降低了切削区温度，有利于刀具耐易从刀具传导出去，降低了切削区温度，有利于刀具耐用度的提高。用度的
33、提高。3)周围介质：采用冷却性能好的切削液及采用高效冷却方周围介质：采用冷却性能好的切削液及采用高效冷却方式能传导出较多的切削热。式能传导出较多的切削热。4)切屑与刀具的接触时间切屑与刀具的接触时间。611.2.3切削热切削热二、切削温度及其影响二、切削温度及其影响l吸热多且散热不易的部位温度高。吸热多且散热不易的部位温度高。l一般所说的切削温度是指切削区的平均温度。一般所说的切削温度是指切削区的平均温度。l切削温度对工件、刀具及切削过程将产生一定的影响。切削温度对工件、刀具及切削过程将产生一定的影响。高的切削温度是造成刀具磨损的主要原因。但较高的高的切削温度是造成刀具磨损的主要原因。但较高的
34、切削温度对硬质合金刀具材料的韧性有利。切削温度对硬质合金刀具材料的韧性有利。由于切削温度的影响，精加工时，工件本身和刀杆受由于切削温度的影响，精加工时，工件本身和刀杆受热膨胀致使工件尺寸精度达不到要求。热膨胀致使工件尺寸精度达不到要求。切削中产生的热量还会使机床产生热变形而导致加工切削中产生的热量还会使机床产生热变形而导致加工误差的产生。误差的产生。621.2.3切削热切削热二、切削温度及其影响二、切削温度及其影响n可以利用切削温度控制切削过程。实验发现：对给定可以利用切削温度控制切削过程。实验发现：对给定的刀具材料，以不同的切削用量加工各种工件材料都的刀具材料，以不同的切削用量加工各种工件材
35、料都有一个最佳切削温度。在这个温度下，刀具磨损强度有一个最佳切削温度。在这个温度下，刀具磨损强度最小，耐用度最高，工件材料的切削加工性也最好。最小，耐用度最高，工件材料的切削加工性也最好。n如硬质合金车刀切削碳素钢、合金钢、不锈钢时的最如硬质合金车刀切削碳素钢、合金钢、不锈钢时的最佳切削温度大致为佳切削温度大致为800；高速钢车刀切削；高速钢车刀切削45钢的最钢的最佳切削温度大致为佳切削温度大致为300350。n因此，可按最佳切削温度来控制切削用量以提高生产因此，可按最佳切削温度来控制切削用量以提高生产率及加工质量。切削温度是影响切削过程最佳化的重率及加工质量。切削温度是影响切削过程最佳化的重
36、要因素之一。要因素之一。631.2.3切削热切削热二、切削温度及其影响二、切削温度及其影响切削温度的分布切削温度的分布641.2.3切削热切削热二、切削温度及其影响二、切削温度及其影响影响切削温度的因素影响切削温度的因素1.切削用量：主要因素切削用量：主要因素n切削速度切削速度vc:vc显著显著;z=0.20.31n进给量进给量f:f ,切削热切削热;z=0.15n背吃刀量背吃刀量ap:ap对对的影响很小的影响很小;z=0.05nvc对对影响最大，影响最大，f 次之，次之，ap最小最小651.2.3切削热切削热二、切削温度及其影响二、切削温度及其影响影响切削温度的因素影响切削温度的因素前角前角
37、 0：0大，大，低；低；0小，小，高；但高；但 0达达1820后，后，对对影响影响，因为契角，因为契角 使散热体积使散热体积。主偏角主偏角r：r，切削刃工作长度切削刃工作长度，切削热相对的集，切削热相对的集中；同时刀尖角中；同时刀尖角，使散热条件变差，使散热条件变差。r，刀尖角和切削刃工作长度刀尖角和切削刃工作长度，散热条件改善，散热条件改善。2.刀具几何参数对切削温度的影响刀具几何参数对切削温度的影响661.2.3切削热切削热3.工件材料对切削温度的影响工件材料对切削温度的影响工件材料的硬度和强度越高，切削时所消耗的功越多，产生的切削工件材料的硬度和强度越高，切削时所消耗的功越多，产生的切削
38、热越多，热越多，就越高。就越高。工件材料导热系数的大小，直接影响切削热的导出，如不锈钢工件材料导热系数的大小，直接影响切削热的导出，如不锈钢1Cr18Ni9Ti和高温合金和高温合金GH131，不仅导热系数小，且在高温下仍有不仅导热系数小，且在高温下仍有较高的强度和硬度，故较高的强度和硬度，故高。高。灰铸铁等脆性材料，切削时金属变形小，切削呈崩碎状，与前刀面灰铸铁等脆性材料，切削时金属变形小，切削呈崩碎状，与前刀面摩擦小，产生的切削热小，故摩擦小，产生的切削热小，故一般较切削钢料时低。一般较切削钢料时低。4.刀具磨损对切削温度的影响刀具磨损对切削温度的影响切削刃变钝，金属变形切削刃变钝，金属变形
39、，后刀面与工件的摩擦，后刀面与工件的摩擦。后刀面上的磨损量愈大时，后刀面上的磨损量愈大时，的上升愈为迅速。的上升愈为迅速。67第第1章切削与磨削过程章切削与磨削过程1.3.1刀具磨损方式刀具磨损方式1.3.2刀具磨损原因刀具磨损原因1.3.3刀具磨损过程刀具磨损过程1.3.4刀具耐用度刀具耐用度1.3.5刀具破损刀具破损1.3刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度681.3.1 1.3.1 刀具磨损方式刀具磨损方式1.3刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度n正常磨损正常磨损指刀具的刀面和切削刃上的金属微粒被工件、切屑带指刀具的刀面和切削刃上的金属微粒被工件、切屑带走而使刀具丧失切削能力的现象。走而使刀具
40、丧失切削能力的现象。n非正常磨损非正常磨损指裂纹、崩刃、卷刃和破碎等使刀具丧失切削能力。指裂纹、崩刃、卷刃和破碎等使刀具丧失切削能力。n磨损部位磨损部位1）前刀面前刀面2）主后刀面主后刀面3）边界磨损边界磨损691.3.1 1.3.1 刀具磨损方式刀具磨损方式1.3刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度1）前刀面磨损（月牙洼磨损）前刀面磨损（月牙洼磨损）701.3.1 1.3.1 刀具磨损方式刀具磨损方式1.3刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度1）前刀面磨损（月牙洼磨损）前刀面磨损（月牙洼磨损）n切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，在前刀切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，在前刀面上经
41、常会磨出一个月牙洼。面上经常会磨出一个月牙洼。n月牙洼的位置发生在刀具前刀面上切削温度最高的地方。月牙洼的位置发生在刀具前刀面上切削温度最高的地方。n月牙洼和切削刃之间有一条小棱边。在磨损过程中，月牙月牙洼和切削刃之间有一条小棱边。在磨损过程中，月牙洼的宽度、深度不断增大，当月牙洼扩展到使棱边很窄时，洼的宽度、深度不断增大，当月牙洼扩展到使棱边很窄时，切削刃的强度大为削弱，极易导致崩刃。切削刃的强度大为削弱，极易导致崩刃。n月牙洼磨损量以其月牙洼磨损量以其最大深度最大深度KT表示表示。711.3.1 1.3.1 刀具磨损方式刀具磨损方式1.3刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度1）前刀面磨损（月牙
42、洼磨损）前刀面磨损（月牙洼磨损）n月牙洼磨损量的测量月牙洼磨损量的测量以其最大深度以其最大深度KT表示。表示。721.3.1 1.3.1 刀具磨损方式刀具磨损方式1.3刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度2 2）后刀面磨损）后刀面磨损 在后刀面上毗邻切削刃的地方被磨出后角为零的小在后刀面上毗邻切削刃的地方被磨出后角为零的小棱面。棱面。n发生条件：发生条件：在切削速度较低、切削厚度较小的情况下切削塑性在切削速度较低、切削厚度较小的情况下切削塑性材料或加工脆性材料时，主要发生后刀面磨损。材料或加工脆性材料时，主要发生后刀面磨损。n磨损特征：磨损特征：后刀面磨损带往往是不均匀的，刀尖部分（后刀面磨损带往
43、往是不均匀的，刀尖部分（C区）区）强度较低，散热条件又差，磨损比较严重，其最大值为强度较低，散热条件又差，磨损比较严重，其最大值为VC。731.3.1 1.3.1 刀具磨损方式刀具磨损方式1.3刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度2 2）后刀面磨损）后刀面磨损 n表示方式：表示方式：l主切削刃靠近工件外表面处主切削刃靠近工件外表面处（N区区），由于上道工序的加），由于上道工序的加工硬化层或毛坯表面硬层的影工硬化层或毛坯表面硬层的影响，被磨成较严重的深沟，以响，被磨成较严重的深沟，以VN表示。表示。l在后刀面磨损带中间部位（在后刀面磨损带中间部位（B区区）上，磨损比较均匀，）上，磨损比较均匀，平均平
44、均磨损带宽度以磨损带宽度以VB表示表示，而最大，而最大磨损带宽度以磨损带宽度以VBmax表示。表示。741.3.1 1.3.1 刀具磨损方式刀具磨损方式1.3刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度3 3）边界磨损）边界磨损 n边界磨损：边界磨损：切削钢料时，切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外皮常在主切削刃靠近工件外皮处以及副切削刃靠近刀尖处处以及副切削刃靠近刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟的后刀面上，磨出较深的沟纹。纹。n加工铸、锻等外皮粗糙加工铸、锻等外皮粗糙的工件，也容易发生边的工件，也容易发生边界磨损。界磨损。751.3.2 1.3.2 刀具磨损原因刀具磨损原因1.3刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐
45、用度机械、热和化学机械、热和化学三种作用的综合结果三种作用的综合结果1.磨粒磨损磨粒磨损（硬质点磨损、耕犁磨损）：（硬质点磨损、耕犁磨损）：切屑、工件材料中切屑、工件材料中含有的一些碳化物、氮化物和氧化物等硬质点以及积屑瘤碎片等，含有的一些碳化物、氮化物和氧化物等硬质点以及积屑瘤碎片等，可在刀具表面刻划处沟纹。可在刀具表面刻划处沟纹。2.粘接磨损粘接磨损：切屑、工件与前、后刀面之间，存在着很大的压力和切屑、工件与前、后刀面之间，存在着很大的压力和强烈的摩擦，形成新鲜表面接触而发生冷焊粘接。由于摩擦面之强烈的摩擦，形成新鲜表面接触而发生冷焊粘接。由于摩擦面之间的相对运动，冷焊结破裂被一方带走，从
46、而造成冷焊磨损。间的相对运动，冷焊结破裂被一方带走，从而造成冷焊磨损。3.扩散磨损扩散磨损：在切削高温下在切削高温下，刀具表面与切出的工件、切屑新鲜表，刀具表面与切出的工件、切屑新鲜表面接触，刀具和工件、切屑双方的化学元素互相扩散到对方去，面接触，刀具和工件、切屑双方的化学元素互相扩散到对方去，改变了原来材料的成分与结构，削弱了刀具材料的性能，加速磨改变了原来材料的成分与结构，削弱了刀具材料的性能，加速磨损过程。损过程。761.3刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度4.氧化磨损氧化磨损：当切削温度达到当切削温度达到700800时时，硬质合金刀具中的，硬质合金刀具中的Co、WC、TiC等与空气发生等
47、与空气发生氧化反应氧化反应，生成疏松脆弱的氧化物（如，生成疏松脆弱的氧化物（如Co3O4、CoO、WO3、TiO2等），它们极易被切屑、工件擦掉，形成刀具磨损。等），它们极易被切屑、工件擦掉，形成刀具磨损。5.相变磨损相变磨损：碳素工具钢、合金工具钢和高速钢刀具切削时，当切削碳素工具钢、合金工具钢和高速钢刀具切削时，当切削温度超过相变温度时，刀具材料中的温度超过相变温度时，刀具材料中的金相组织发生变化金相组织发生变化（即相变），（即相变），其硬度和耐磨性因此显著下降，造成刀具磨损加快。其硬度和耐磨性因此显著下降，造成刀具磨损加快。6.热电磨损热电磨损：切削时，刀具与工件构成自然热电偶，产生热电
48、势，使切削时，刀具与工件构成自然热电偶，产生热电势，使工艺系统构成回路，在刀具切入或切出时，产生工艺系统构成回路，在刀具切入或切出时，产生放电放电现象，会现象，会电蚀电蚀刀刀具，造成刀具磨损。具，造成刀具磨损。7.塑性变形塑性变形：切削温度很高时，切削刃会发生塑性变形而改变原有的切削温度很高时，切削刃会发生塑性变形而改变原有的几何形状，丧失或削弱切削能力。在几何形状，丧失或削弱切削能力。在900以上，硬质合金也会产生表以上，硬质合金也会产生表层塑性流动，甚至使切削刃或刀尖塌陷。层塑性流动，甚至使切削刃或刀尖塌陷。771.3刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度1.硬质点磨损硬质点磨损2.粘结磨损粘结
49、磨损3.扩散磨损扩散磨损4.氧化磨损氧化磨损切削速度对刀具磨损的影响切削速度对刀具磨损的影响781.3.3 1.3.3 刀具磨损过程刀具磨损过程1.3刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度1.刀具磨损过程刀具磨损过程1）初期磨损阶段）初期磨损阶段2）正常磨损阶段）正常磨损阶段3）急剧磨损阶段）急剧磨损阶段791.3.3 1.3.3 刀具磨损过程刀具磨损过程1.3刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度2.刀具磨钝的标准刀具磨钝的标准刀具磨损到一定限度就不能继续使用。这个磨刀具磨损到一定限度就不能继续使用。这个磨损限度称为磨钝标准。损限度称为磨钝标准。国际标准国际标准ISO推荐硬质合金外圆车刀耐用度的推荐硬质
50、合金外圆车刀耐用度的磨钝标准，可以使下列任何一种：磨钝标准，可以使下列任何一种：（1）VB0.3mm；（2）如果主后面为无规则磨损，取）如果主后面为无规则磨损，取VB 0.6mm；（3）前面磨损量）前面磨损量KT0.06+0.3f（f为进给量）。为进给量）。801.3.4 1.3.4 刀具耐用度刀具耐用度1.3刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度l刀具耐用度刀具耐用度：刀具由开始切削起，至磨损量达到磨钝标准止的实刀具由开始切削起，至磨损量达到磨钝标准止的实际切削时间称为刀具耐用度，以际切削时间称为刀具耐用度，以T表示，单位表示，单位min(s)。l刀具寿命刀具寿命：指一把新刀具从投入切削起，直到刀