金屬切削加工的基本知識(shí)

1、第1章 金屬切削加工的基本知識(shí)本章要點(diǎn)本章介紹機(jī)械加工中的金屬切削基本理論、基本知識(shí)及其應(yīng)用，主要內(nèi)容如下：1）金屬切削加工的基本知識(shí)和術(shù)語(yǔ)。如切削運(yùn)動(dòng)、切削用量、切削層等。2）金屬切削刀具切削部分的幾何角度。它包括刀具組成、正交平面靜止參考系、刀具工作角度等內(nèi)容。3）金屬切削刀具的材料。它包括常用刀具材料的性能、常用高速鋼和硬質(zhì)合金刀具材料的的實(shí)際應(yīng)用等內(nèi)容。4)金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律及切削過(guò)程的控制 包括切削變形、切削力、切削熱、刀具磨損等物理現(xiàn)象的成因，切削過(guò)程中各物理現(xiàn)象的控制。5)金屬切削條件的合理選擇。如切削過(guò)程中刀具幾何參數(shù)的合理選擇、切削用量的合理選擇、切削液的合理選擇等內(nèi)容。

2、學(xué)習(xí)目的：了解和掌握金屬切削加工中的基本理論和基本知識(shí)，達(dá)到能合理選擇各種金屬切削加工參數(shù)以及能對(duì)金屬切削過(guò)程進(jìn)行控制的要求。§1.1 切削運(yùn)動(dòng)與切削要素 §1.1.1切削運(yùn)動(dòng)金屬切削加工就是用金屬切削刀具切除工件上多余的金屬材料，使其形狀、尺寸精度及表面質(zhì)量達(dá)到預(yù)定要求的一種機(jī)械加工方法。在金屬切削加工過(guò)程中，為切除多余的金屬，刀具和工件之間必須有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)被稱為切削運(yùn)動(dòng)。按照切削運(yùn)動(dòng)在切削加工中的所起的作用不同，可把其分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)兩種。1主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)是由機(jī)床提供的主要運(yùn)動(dòng)，它促使刀具和工件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使刀具前面接近工件并切除切削層。主運(yùn)動(dòng)的

3、特點(diǎn)是切削加工中速度最高，消耗功率最大的運(yùn)動(dòng)。通常主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)，它可由工件完成，也可由刀具完成。圖1-1所示的車削時(shí)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、鉆削和銑削時(shí)刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、磨削時(shí)砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、刨削時(shí)工件或刀具的往復(fù)運(yùn)動(dòng)等都是主運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由機(jī)床或人力提供的運(yùn)動(dòng)，它使刀具與工件之間產(chǎn)生附加的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加上主運(yùn)動(dòng)，即可不斷地或連續(xù)地切除多余金屬，并得出具有所需幾何特性的已加工表面。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是切削加工中速度較低，消耗功率較小。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是連續(xù)的運(yùn)動(dòng)，也可以是間斷運(yùn)動(dòng)。切削運(yùn)動(dòng)可由刀具或刀具與工件同時(shí)完成。當(dāng)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行時(shí),可合成為合成切削運(yùn)動(dòng)。合成切削運(yùn)動(dòng)速度等于主運(yùn)動(dòng)速度與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速

4、度的矢量和。即 (1-1)圖1-1 幾種常見(jiàn)加工方法的切削運(yùn)動(dòng)§1.1.2切削時(shí)產(chǎn)生的表面在切削過(guò)程中，工件上的多余金屬層不斷地被刀具切除而轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?，同時(shí)工件上形成三個(gè)不斷變化的表面。1)待加工表面 工件上有待切除的表面稱為待加工表面。 2)已加工表面 工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的表面稱為已加工表面。3)過(guò)渡表面 工件上由切削刃形成的那部分表面，它在切削過(guò)程中不斷變化，但總是處于待加工表面與已加工表面之間。 §1.1.3切削要素1切削用量切削用量是表示主運(yùn)動(dòng)及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)量，是切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量三者的總稱。它是調(diào)整機(jī)床，計(jì)算切削力、切削功率和工時(shí)定額的重要參數(shù)。（

5、1）切削速度 切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，單位為m/s。當(dāng)主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其計(jì)算公式為 (1-2)式中 切削刃上選定點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的工件或刀具的直徑,單位為mm；主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速，單位為r/s。顯然，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，選定點(diǎn)不同，切削速度不同。實(shí)際生產(chǎn)中考慮刀具的磨損和切削功率等原因，確定切削速度時(shí)一律以刀具或工件進(jìn)入切削狀態(tài)的最大直徑作為計(jì)算依據(jù)。（2）進(jìn)給量 刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)于工件的位移量，可用刀具或工件每轉(zhuǎn)（主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)）或每行程（主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)）的位移量來(lái)表達(dá)和測(cè)量，單位為mm/r或mm/行程。切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度稱為進(jìn)給速度,單位為mm/

6、s。它與進(jìn)給量之間的關(guān)系為 (1-3)（3）背吃刀量（切削深度） 是在與主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向相垂直的方向上測(cè)量的已加工表面與待加工表面之間的距離，單位為mm。圖1-2 切削用量三要素2切削層參數(shù)在切削過(guò)程中，刀具的切削刃在一次進(jìn)給中從工件待加工表面上切除的金屬層，稱為切削層。為簡(jiǎn)化計(jì)算，切削層參數(shù)是在與主運(yùn)動(dòng)方向相垂直的平面內(nèi)度量的切削層截面尺寸。如圖1-3所示。切削層的參數(shù)有以下三個(gè)：（1）切削層公稱橫截面積 是指給定瞬間切削層在與主運(yùn)動(dòng)方向相垂直的平面內(nèi)度量的實(shí)際橫截面積。實(shí)際上，由于刀具副偏角的存在，經(jīng)切削加工后的已加工表面上常留下有規(guī)則的刀紋，這些刀紋在切削層尺寸平面里的橫截面積ABE

7、稱為殘留面積，殘留面積的高度直接影響已加工表面的表面粗糙度值。圖1-3 切削層參數(shù)（2）切削層公稱寬度 是指沿切削刃方向測(cè)量的切削層截面尺寸，單位為mm。它大致反映了主切削刃參加切削工作的長(zhǎng)度。（3）切削層公稱厚度 是指垂直于切削刃方向上測(cè)量的切削層截面尺寸，單位為mm。當(dāng)主切削刃為直線且刀尖圓弧半徑很小時(shí)，由圖1-3可見(jiàn)： (1-4) (1-5) (1-6)分析上述公式可知，由于主偏角值的不同，引起切削層公稱厚度與切削層公稱寬度的變化，從而對(duì)切削過(guò)程的切削機(jī)理產(chǎn)生了較大的影響。§1.2 刀具切削部分的幾何角度金屬切削加工所用刀具種類繁多，但是它們參加切削的部分在幾何特征上都有相同之

8、處。外圓車刀的切削部分可作為其它各類刀具切削部分的基本形態(tài)。 §1.2.1刀具切削部分的組成普通外圓車刀的構(gòu)造如圖1-4所示，其組成包括刀柄和刀頭（切削部分）兩部分。刀柄是車刀在車床上定位和夾持的部分，刀頭用于切削工件。切削部分的組成要素如下：圖1-4 車刀的組成1前面 刀具上切屑流過(guò)的表面。2主后面 刀具上與工件過(guò)渡表面相對(duì)的表面。3副后面 刀具上與工件已加工表面相對(duì)的表面。4主切削刃 刀具前面與主后面相交而得到的刃邊（或棱邊），用于切出工件上的過(guò)渡表面，完成主要的金屬切除工作。5副切削刃 刀具前面與副后面相交而得到的刃邊，它配合主切削刃完成切削工作，最終形成工件已加工表面。6刀尖

9、 是指主切削刃與副切削刃連接處相當(dāng)少的一部分切削刃。§1.2.2刀具切削部分的幾何角度為確定刀具切削部分的幾何角度，必須建立一定的空間參考坐標(biāo)系和參考坐標(biāo)平面。刀具角度的參考系有兩種：靜止參考系和工作參考系。刀具靜止參考系是用來(lái)定義刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量時(shí)的的參考系。在該參考系中確定的刀具幾何角度稱為刀具的標(biāo)注角度。靜止參考系的確定有兩個(gè)假定條件：一是不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的大小，只考慮其方向，這時(shí)合成切削運(yùn)動(dòng)方向就是主運(yùn)動(dòng)方向；二是刀具的安裝定位基準(zhǔn)與主運(yùn)動(dòng)方向平行或垂直，刀柄的軸線與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向平行或垂直。下面介紹常用的正交平面靜止參考系。1參考系的建立 正交平面參考系由三個(gè)互相垂直

10、的基面、切削平面、正交平面組成，如圖1-5所示。1）基面 通過(guò)切削刃選定點(diǎn)垂直于主運(yùn)動(dòng)方向的平面。由于刀具靜止參考系是在假定條件下建立的，因此，對(duì)車刀、刨刀來(lái)說(shuō)，其基面平行于刀具的底面，對(duì)鉆頭、銑刀等旋轉(zhuǎn)刀具來(lái)說(shuō)，則為通過(guò)切削刃某選定點(diǎn)，包含刀具軸線的平面。基面是刀具制造、刃磨及測(cè)量時(shí)的定位基準(zhǔn)。 2）切削平面 通過(guò)切削刃選定點(diǎn)與主切削刃相切并垂直于基面的平面。當(dāng)切削刃為直線刃時(shí)，過(guò)切削刃選定點(diǎn)的切削平面即是包含切削刃并垂直于基面的平面。3）正交平面 通過(guò)切削刃選定點(diǎn)并同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面。也可認(rèn)為，正交平面是過(guò)切削刃選定點(diǎn)垂直于主切削刃在基面上的投影所作的平面。由組成一個(gè)正交平面參

11、考系。圖1-5 正交平面參考系2正交平面參考系刀具角度在正交平面參考系中可標(biāo)注出如下刀具角度，如圖1-6所示。1)在基面內(nèi)測(cè)量的角度主偏角 主切削刃在基面上的投影與假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向間的夾角。它總是為正值。副偏角 副切削刃在基面上的投影與假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向之間的夾角。刀尖角 主、副切削刃在基面投影之間的夾角。在基面內(nèi)，主偏角和副偏角分別決定了主切削刃和副切削刃的位置，刀尖角可由主偏角和副偏角派生得到，即。 2）在切削平面內(nèi)測(cè)量的角度刃傾角 主切削刃與基面之間的夾角。當(dāng)?shù)都馐侵髑邢魅械淖罡唿c(diǎn)時(shí)刃傾角為正值，當(dāng)?shù)都馐侵髑邢魅械淖畹忘c(diǎn)時(shí)，刀傾角為負(fù)值，當(dāng)主切削刃與基面重合時(shí)，刃傾角為零度。3）在正交平

12、面內(nèi)測(cè)量的角度前角 前面與基面之間的夾角。前角有正、負(fù)和零度之分，當(dāng)前面與切削平面夾角小于90°時(shí)前角為正值，大于90°時(shí)前角為負(fù)值，前面與基面重合時(shí)為零度前角。后角 后面與切削平面之間的夾角。當(dāng)后面與基面夾角小于90°時(shí)后角為正值。為減小刀具和加工表面之間的摩擦等，后角一般不能為零度，更不能為負(fù)值。楔角 是前面與后面之間的夾角。此角為派生角度。在正交平面內(nèi)，前角和后角分別決定了前刀面和后刀面的位置，楔角可由前角和后角派生得到，即。4）在副切削刃的正交平面內(nèi)測(cè)量的角度參照主切削刃的研究方法，可過(guò)副切削刃選定點(diǎn)垂直于副切削刃在基面上的投影作出副切削刃的正交平面（用表

13、示），在副切削刃的正交平面內(nèi)可同樣測(cè)量副后角。 圖1-6 正交平面參考系內(nèi)的刀具標(biāo)注角度§1.2.3刀具工作角度刀具的工作角度是刀具在工作時(shí)的實(shí)際切削角度，即在考慮刀具的具體安裝情況和運(yùn)動(dòng)影響的條件下而確定的刀具角度。在大多數(shù)情況下，普通車削、鏜孔、端面銑削等，由于進(jìn)給速度遠(yuǎn)小于主運(yùn)動(dòng)速度，刀具工作角度與標(biāo)注角度相差無(wú)幾，兩者差別可不予考慮。但當(dāng)切削大螺距絲杠和螺紋、鏟背、切斷以及鉆孔分析鉆心附近的切削條件或刀具特殊安裝時(shí)，需要計(jì)算刀具的工作角度，其目的是使刀具的工作角度得到最合理值，據(jù)此換算出刀具的標(biāo)注角度，以便于制造或刃磨。1.刀具工作參考系平面（1）工作基面 通過(guò)切削刃選定點(diǎn)并

14、與合成切削速度方向相垂直的平面。（2）工作切削平面 通過(guò)切削刃選定點(diǎn)與切削刃相切并垂直工作基面的平面。2.進(jìn)給量對(duì)工作角度的影響以切斷車刀加工為例，設(shè)切斷刀主偏角90o，前角0o，后角0o，安裝時(shí)刀尖對(duì)準(zhǔn)工件的中心高。不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，前角和后角為標(biāo)注角度。當(dāng)考慮橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)后，刀刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡，是主運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)軌跡，為阿基米德螺旋線，如圖1-7所示。其合成運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檫^(guò)該點(diǎn)的阿基米德螺旋線的切線方向。因此，工作基面和工作切削平面相對(duì)和相應(yīng)地轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)角，結(jié)果引起切斷刀的角度的變化，其值為： (1-7) (1-8) (1-9)式中 工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)刀具的橫向進(jìn)給量，單

15、位為mm/r；工件切削刃選定點(diǎn)處的瞬時(shí)過(guò)渡表面直徑，單位為。由式可知，在橫向進(jìn)給切削或切斷工件時(shí)，隨著進(jìn)給量值的增加和加工直徑的減小，值不斷增大，工作后角不斷減小，刀尖接近工件中心位置時(shí)，工作后角的減小特別嚴(yán)重，很容易因后面和工件過(guò)渡表面劇烈摩擦使刀刃崩碎或工件被擠斷，切削中應(yīng)引起充分重視。因此，切斷工件時(shí)不宜選用過(guò)大的進(jìn)給量，或在切斷接近結(jié)束時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減小進(jìn)給量或適當(dāng)加大標(biāo)注后角。圖1-7 橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度影響對(duì)縱向外圓車削，同樣隨著進(jìn)給量值的增加和加工直徑的減小，值增大，工作前角增大，工作后角減小，但縱向外圓車削過(guò)程中，工件直徑基本不變，進(jìn)給量又較小，一般可忽略不計(jì)，不必進(jìn)行工作角度

16、的計(jì)算。但當(dāng)進(jìn)給量很大時(shí)，如車螺紋時(shí)，尤其是大導(dǎo)程或多頭螺紋時(shí)，工作角度與標(biāo)注角度相差很大，必須進(jìn)行工作角度計(jì)算。3.刀具安裝位置對(duì)工作角度的影響（1）刀具安裝高低的影響 在外圓橫車時(shí)，忽略進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，并假定,當(dāng)?shù)都獍惭b高于工件中心時(shí)，工作切削平面和工作基面將轉(zhuǎn)動(dòng)角，使工作前角增大、工作后角減小，如圖1-8示，工作角度與標(biāo)注角度的換算關(guān)系如下 (1-10) (1-11) (1-12)式中 切削刃高于工件中心的距離，單位為mm； d工件上選定點(diǎn)的直徑，單位為mm。圖1-8 刀具安裝高低的影響當(dāng)?shù)都獍惭b低于工件中心時(shí)，刀具工作角度的變化則相反。內(nèi)孔鏜削時(shí)的角度變化情況恰好與外圓車削時(shí)的情況相反

17、。（2）刀桿軸線與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向不垂直的影響 當(dāng)?shù)稐U的軸線與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向不垂直時(shí)，如果刀桿右斜，使工作主偏角增大，工作副偏角減小，如果刀桿左斜，使工作主偏角減小工作副偏角增大，車削錐面時(shí)，進(jìn)給方向與工件軸線不平行，也會(huì)使實(shí)際的主偏角和副偏角發(fā)生變化。以上討論的刀具工作角度是單獨(dú)考慮一個(gè)因素的影響，實(shí)際工作中的刀具可能既有安裝的高低或偏斜，又有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，這時(shí)應(yīng)綜合考慮各項(xiàng)影響的結(jié)果，將各項(xiàng)疊加起來(lái)。§1.3刀具材料 刀具材料主要是指刀具切削部分的材料。在切削加工過(guò)程中，刀具的切削部分直接承擔(dān)切削工作，刀具使用壽命的長(zhǎng)短和生產(chǎn)率的高低，首先取決于刀具材料性能的優(yōu)劣，其次取決于刀具切削

18、部分的結(jié)構(gòu)是否合理。刀具材料的性能是影響加工表面質(zhì)量、切削效率、刀具壽命的基本因素，刀具切削部分材料的工藝性對(duì)制造刀具和刃磨刀具質(zhì)量也有顯著的影響。§1.3.1刀具材料應(yīng)具備的性能從切削加工的使用實(shí)際出發(fā)，刀具材料應(yīng)具備如下性能1 高硬度和耐磨性 要實(shí)現(xiàn)切削加工，刀具材料必須具有比工件材料高的硬度，高硬度是刀具材料的最基本性能。在金屬切削加工中，刀具材料的硬度應(yīng)在60HRC以上，工件材料的硬度越高，要求刀具材料的硬度相應(yīng)提高。2 足夠的強(qiáng)度和韌性 要使刀具在切削力作用下，不致產(chǎn)生破壞，就必須具有足夠的強(qiáng)度。同時(shí)還要具備足夠的韌性，以承受著各種應(yīng)力、沖擊載荷和振動(dòng)的作用。3 良好的耐熱

19、性和導(dǎo)熱性 切削過(guò)程中一般都會(huì)產(chǎn)生很高的溫度，刀具材料必須具有一定的耐熱性，以保證在高溫下仍然具有所要求硬度的性能。4 良好的工藝性 為了便于制造，刀具切削部分材料應(yīng)具有良好的鍛造、焊接、熱處理和磨削加工等性能。5 經(jīng)濟(jì)性 應(yīng)結(jié)合本國(guó)的資源，盡可能降低材料的成本。 §1.3.2刀具材料的種類與選用刀具切削部分材料主要有碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷和超硬刀具材料等，各種刀具材料的物理力學(xué)性能，見(jiàn)表1-1所示，表1-1 各種刀具材料的物理力學(xué)性能材料種類硬度密度（g/cm3）抗彎強(qiáng)度（GPa）沖擊韌性（kJ/m2）熱導(dǎo)率W/(m· k)耐熱性（oC）碳素工具鋼

20、6365HRC7.67.82.241.8200250合金工具鋼6366HRC7.77.92.441.8300400高速鋼6370HRC8.08.81.965.889858816.725.1600700硬質(zhì)合金8994HRA8.0150.92.45295916.787.98001000陶瓷9195HRA3.64.70.450.851219.238.21200立方氮化硼80009000HV3.443.490.450.819.238.21200金剛石10000HV3.473.560.210.4819.238.21200其中，碳素工具鋼與合金工具鋼由于耐熱性差，但抗彎強(qiáng)度高，焊接與刃磨性能好，故廣泛用

21、于中、低速切削的成形刀具，不宜高速切削，生產(chǎn)中使用最多的是高速鋼和硬質(zhì)合金。1.高速鋼高速鋼是在合金工具鋼中加入了較多的鎢、鉻、鉬、釩等合金元素的高合金工具鋼。高速鋼具有較高的硬度（熱處理硬度可達(dá)6366HRC）和耐熱性（600650oC），切削中碳鋼的速度一般不高于5060m/min。具有高的強(qiáng)度（抗彎強(qiáng)度為一般硬質(zhì)合金的23倍）和韌性，能抵抗一定的沖擊振動(dòng)。它具有較好的工藝性，可以制造刃形復(fù)雜的刀具，如鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀和齒輪刀具等。高速鋼按用途不同分為通用型高速鋼和高性能高速鋼。（1）通用型高速鋼 通用型高速鋼工藝性能好，能滿足通用工程材料的切削加工要求。常用的種類有：1）鎢系高

22、速鋼 最常用的為W18Cr4V，它具有較好的綜合性能，可制造各種復(fù)雜刀具和精加工刀具，在我國(guó)應(yīng)用較普遍。2)鉬系高速鋼 最常用的牌號(hào)是W6MO5Cr4V2，其抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度都高于鎢系高速鋼，并具有較好的熱塑性和磨削性能，但熱穩(wěn)定性低于鎢系高速鋼，適合制作抵抗沖擊刀具及各種熱軋刀具。（2）高性能高速鋼 高性能高速鋼是在普通型高速鋼中加入鈷、釩、鋁等合金元素，以進(jìn)一步提高其耐磨性和耐熱性等。常見(jiàn)高性能高速鋼的力學(xué)性能和應(yīng)用范圍見(jiàn)表1-2所示。2.硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金是用粉末冶金的方法制成的。它是由硬度和熔點(diǎn)很高的金屬碳化物（碳化鎢、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC等）的微粉和金屬粘結(jié)劑（

23、鈷o、鎳i、鉬o等）以粉末冶金法燒結(jié)而成。硬質(zhì)合金的硬度高達(dá)7882HRC，耐磨性很好，能耐8001000oC的高溫，具有良好的耐磨性，允許的切削速度比高速鋼高410倍。切削速度可達(dá)100m/min以上，能加工包括淬火鋼在內(nèi)的多種材料，因此獲得廣泛應(yīng)用。但硬質(zhì)合金抗彎強(qiáng)度低、沖擊韌性差，制造工藝性差，不易做成形狀復(fù)雜的整體刀具。在實(shí)際使用中，一般將硬質(zhì)合金刀片焊接或機(jī)械夾固在刀體上使用。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO513-1975（E）規(guī)定，將切削加工用硬質(zhì)合金分為三大類，分別用K、P、M表示。K類適用于加工短切屑的黑色金屬、有色金屬和非金屬材料，相當(dāng)我國(guó)的YG類硬質(zhì)合金，外包裝用紅色標(biāo)志；P類適用

24、于加工長(zhǎng)切屑的黑色金屬，相當(dāng)我國(guó)的YT類硬質(zhì)合金，外包裝用藍(lán)色標(biāo)志；M類適用于加工長(zhǎng)、短切屑的黑色金屬和有色金屬，相當(dāng)我國(guó)的YW類硬質(zhì)合金，外包裝用黃色標(biāo)志。常用硬質(zhì)合金牌號(hào)及用途見(jiàn)表1-3所示。表1-2 常用高速鋼的力學(xué)性能和應(yīng)用范圍類型硬度(HRC)抗彎強(qiáng)度(GPa)沖擊韌性(MJ/m2)600OC時(shí)硬度(HRC)主要性能和適用范圍普通高速鋼W18Cr4V63663.03.40.180.3248.5綜合性能好，通用性強(qiáng)，可磨削，適用于加工輕合金、碳素鋼、合金鋼、普通鑄鐵的精加工刀具和復(fù)雜刀具。如螺紋車刀、成形車刀、拉刀等。W6Mo5Cr4V263663.54.00.300.404748強(qiáng)度

25、和韌性略高于W18Cr4V ，熱硬性略低于W18Cr4V ，熱塑性好。適用于制造加工輕合金、碳鋼、合金鋼的熱成形刀具及承受沖擊、結(jié)構(gòu)薄弱的刀具W14Cr4VMnRe64664.00.3150.5切削性能與W18Cr4V 相當(dāng)，熱塑性好，適用于制作熱軋刀具高性能高速鋼95 W18Cr4V66683.03.40.170.2251屬高碳高速鋼，常溫硬度和高溫硬度有所提高，適用于加工普通鋼材和鑄鐵，耐磨性要求較高的鉆頭、鉸刀、絲錐、銑刀和車刀等，但不宜受大的沖擊W6MO5Cr4V365673.20.2551.7屬高釩高速鋼，耐磨性很好，適合切削對(duì)刀具磨損較大的材料，如纖維、硬橡膠、塑料等，也用于加工不

26、銹鋼、高強(qiáng)度鋼和高溫合金等W2Mo9Cr4VCo867692.73.80.230.3055屬含鈷高速鋼，有很高的常溫和高溫硬度，適合加工高強(qiáng)度耐熱鋼、高溫合金、鈦合金等難加工材料,可磨性好,適于作精密復(fù)雜刀具,但不宜在沖擊切削條件下工作W6Mo5Cr4V2Al67692.843.820.230.30屬含鋁高速鋼,切削性能相當(dāng)W2Mo9Cr4VCo8,適宜制造銑刀、鉆頭、鉸刀、齒輪刀具和拉刀等，用于加工合金鋼、不銹鋼、高強(qiáng)度鋼和高溫合金 表1-3 硬質(zhì)合金的用途牌號(hào)化學(xué)成分(%)性能比較適用場(chǎng)合ISO（相近）國(guó)產(chǎn)wwcwTiCWTaC(wTbC)wCoK01YG3X96.5<0.53抗彎強(qiáng)

27、度、韌性、進(jìn)給量硬度、耐磨性、切削速度鑄鐵、有色金屬及合金的精加工，也可用于合金鋼、淬火鋼等的精加工、不能承受沖擊載荷K10YG6X93.5<0.56鑄鐵、冷硬鑄鐵、合金鑄鐵、耐熱鋼、合金鋼的半精加工、精加工K20YG6946鑄鐵、有色金屬及合金的粗加工、半精加工K30YG8928鑄鐵、有色金屬及合金、非金屬的粗加工，能適應(yīng)斷續(xù)切削P01YT3066304抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量硬度、切削速度碳鋼和合金鋼連續(xù)切削時(shí)的精加工P10YT1579156碳鋼和合金鋼連續(xù)切削時(shí)的半精加工、精加工P20YT1478148碳鋼和合金鋼連續(xù)切削時(shí)的粗加工、半精加工、精加工或斷續(xù)切削時(shí)的精加工P30YT58

28、5510碳鋼和合金鋼的粗加工，也可用于斷續(xù)切削M1OYW184646抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量硬度、切削速度不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼及其它難加工材料及普通鋼料、鑄鐵的半精加工和精加工M20YW282648不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼及其它難加工材料及普通鋼料、鑄鐵的粗加工和半精加工3.其它刀具材料（1）陶瓷材料 是以氧化鋁為主要成分，經(jīng)壓制成形后燒結(jié)而成的一種刀具材料。它有很高的硬度和耐磨性，硬度達(dá)78HRC，耐熱性高達(dá)1200oC以上，化學(xué)性能穩(wěn)定，故能承受較高的切削速度。但陶瓷材料的最大弱點(diǎn)是抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，主要用于鋼、鑄鐵、有色金屬、高硬度材料及大件和高精度零件的精加工。（2）金剛石 金剛石

29、分天然和人造兩種，天然金剛石由于價(jià)格昂貴用的很少。金剛石是目前已知的最硬物質(zhì)，其硬度接近10000HV，是硬質(zhì)合金的80120倍，但韌性差，在一定溫度下與鐵族元素親和力大，因此不宜加工黑色金屬，主要用于加工有色金屬以及非金屬材料的高速精加工。 （3）立方氮化硼（CBN） 由氮化硼在高溫高壓作用下轉(zhuǎn)變而成。它具有僅次于金剛石的硬度和耐磨性，硬度可達(dá)80009000HV，耐熱高達(dá)1400oC，化學(xué)穩(wěn)定性好，與鐵族元素親和力小，但強(qiáng)度低，焊接性差，主要用于淬硬鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金和一些難加工材料。§1.4 金屬切削過(guò)程及控制金屬切削過(guò)程是用刀具從工件表面上切去多余的金屬，形成切屑和已加工

30、表面的全過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中會(huì)遇到一系列物理現(xiàn)象（又稱切削過(guò)程的基本規(guī)律），如形成切屑、切削力、切削熱、刀具磨損等。掌握這些物理現(xiàn)象的產(chǎn)生和變化規(guī)律，對(duì)于保證切削加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低成本和促進(jìn)切削加工技術(shù)的發(fā)展，都有十分重要的意義。 §1.4.1切削變形及切屑的種類1. 切削時(shí)的三個(gè)變形區(qū)以切削塑性金屬為例，切削層金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榍行级湍阁w分離的本質(zhì)，是工件表層材料在加工過(guò)程中，受到刀具切削刃和前面的強(qiáng)烈擠壓，連續(xù)發(fā)生彈性變形塑性變形斷裂破壞，使切削層不斷被變成切屑從前面流出。圖1-9為低速切削時(shí)的切削層內(nèi)發(fā)生的三個(gè)變形區(qū)情況。圖1-9 切削時(shí)形成的三個(gè)變形區(qū)（1）第一變形區(qū) 當(dāng)?shù)毒?/p>

31、前面以切削速度擠壓切削層時(shí)，切削層中的某點(diǎn)沿OA面開(kāi)始產(chǎn)生剪切滑移，直到其流動(dòng)方向開(kāi)始與刀具前面平行，不再沿OM面滑移，切削層形成切屑沿刀具前面流出。從OA面開(kāi)始發(fā)生塑性變形到OM面晶粒的剪切滑移基本完成，這一區(qū)域稱為第一變形區(qū)。第一變形區(qū)的主要特征是沿滑移面的剪切滑移變形以及隨之產(chǎn)生的加工硬化。（2）第二變形區(qū) 當(dāng)剪切滑移形成的切屑在刀具前面流出時(shí)，切屑底層進(jìn)一步受到刀具的擠壓和摩擦，使靠近刀具前面處的金屬再次產(chǎn)生剪切變形，稱為第二變形區(qū)。（3）第三變形區(qū) 是工件與刀具后面接觸的區(qū)域，受到刀具刃口與刀具后面的擠壓和摩擦，造成已加工表面變形，稱為第三變形區(qū)。這是由于在實(shí)際切削中刀具的刃口不可避

32、免地存在鈍圓半徑，使被擠壓層再次受到刀具后面的拉伸、摩擦作用，進(jìn)一步產(chǎn)生塑性變形，使已加工表面變形加劇。2切屑的種類由于加工材料性質(zhì)不同，切削條件不同，切削過(guò)程中的變形程度不同。根據(jù)切削過(guò)程中變形程度的不同，形成四種不同形態(tài)的切屑。 （1）帶狀切屑 切屑連續(xù)成帶狀，底面光滑，背面無(wú)明顯裂紋，呈微小鋸齒形，如圖1-10所示。一般加工塑性金屬材料（如低碳鋼、銅、鋁），采用較大的刀具前角，較小的切削層公稱厚度,較高的切削速度時(shí)，最易形成這種切屑。形成帶狀切屑時(shí)，切削力波動(dòng)小，切削過(guò)程比較平穩(wěn)，已加工表面粗糙度較小，但需采取斷屑措施，保證正常生產(chǎn)，尤其是自動(dòng)生產(chǎn)線和自動(dòng)機(jī)床生產(chǎn)。 （）節(jié)狀切屑 又稱擠

33、裂切屑。這種切屑背面有較深的裂紋，呈較大的鋸齒形。一般加工塑性較低金屬材料（如黃銅），在刀具前角較小，切削層公稱厚度較大,切削速度較低時(shí)，或加工碳素鋼材料在工藝系統(tǒng)剛性不足時(shí)，易形成這種切屑。形成節(jié)狀切屑時(shí)，切削力波動(dòng)較大，切削過(guò)程不太穩(wěn)定，已加工表面粗糙度較大。 （）粒狀切屑 又稱單元切屑。切削塑性材料時(shí)，若整個(gè)剪切面上的切應(yīng)力超過(guò)了材料斷裂強(qiáng)度，所產(chǎn)生的裂紋貫穿切屑斷面時(shí)，擠裂呈粒狀切屑。采用小前角或副前角，以極低的切削速度和大的切削層公稱厚度切削時(shí)，會(huì)形成這種切屑。形成粒狀切屑時(shí)，切削力波動(dòng)大，切削過(guò)程不平穩(wěn)，已加工表面粗糙度大。（4）崩碎切屑 切削鑄鐵、青銅等脆性材料時(shí)，切削層通常在彈

34、性變形后未經(jīng)塑性變形就被擠裂，形成不規(guī)則的碎塊狀的崩碎切屑。工件材料越脆硬，刀具前角越小，切削層公稱厚度越大，越易產(chǎn)生崩碎切屑。形成崩碎切屑時(shí)，切削力波動(dòng)大，且切削層金屬集中在切削刃口碎斷，易損壞刀具，加工表面也凸凹不平，已加工表面粗糙度增大。）帶狀切屑 ）節(jié)狀切屑 ）粒狀切屑 d)崩碎切屑圖1-10 切屑的種類3.積屑瘤（1）積屑瘤的形成 在切削速度不高而又能形成連續(xù)性切屑的情況下，加工鋼料或其它塑性材料時(shí)，常在切削刃口附近粘結(jié)一塊很硬的金屬堆積物，它包圍著切削刃且覆蓋刀具部分前面，這就是積屑瘤。積屑瘤的形成主要是由于切削加工時(shí)，在一定的溫度和壓力作用下，切屑與刀具前面發(fā)生強(qiáng)烈摩擦，致使切屑

35、底層金屬流動(dòng)速度降低而形成滯流層，如果溫度和壓力合適，滯流層就與前面粘結(jié)而留在刀具前面上，由于粘結(jié)層經(jīng)過(guò)塑性變形硬度提高，連續(xù)流動(dòng)的切屑從粘結(jié)層上流動(dòng)時(shí)，又會(huì)形成新的滯留層，使粘結(jié)層在前一層的基礎(chǔ)上積聚，這樣一層又一層地堆積，粘結(jié)層愈來(lái)愈大，最后長(zhǎng)成積屑瘤。當(dāng)積屑瘤生成時(shí)或生成后，在外力、振動(dòng)等的作用下，會(huì)局部斷裂或脫落；另外，當(dāng)切削溫度超過(guò)工件材料的再結(jié)晶溫度時(shí)，由于加工硬化消失，金屬軟化，積屑瘤也會(huì)脫落和消失。由此可見(jiàn)，產(chǎn)生積屑瘤的決定因素是切削溫度，加工硬化和粘結(jié)是形成積屑瘤的必要條件。積屑瘤的化學(xué)成分與工件材料相同，它的硬度約是工件材料的3.5倍，與刀具前面粘結(jié)牢固，能擔(dān)負(fù)實(shí)際切削工作

36、，但不穩(wěn)定，時(shí)生時(shí)滅、時(shí)大時(shí)小。（2）影響積屑瘤的主要因素與控制要抑制積屑瘤的生成和發(fā)展，必須有效控制切屑底層與前面的粘結(jié)和加工硬化。1）工件材料塑性 通過(guò)熱處理降低材料塑性，提高其硬度，可抑制積屑瘤的生成。2）切削速度 是通過(guò)切削溫度和摩擦系數(shù)來(lái)影響積屑瘤的。低速切削時(shí)，切屑流動(dòng)較慢，切削溫度較低，切屑與刀具前面摩擦系數(shù)小，切屑與前面不易發(fā)生粘結(jié)，不會(huì)形成積屑瘤，因此用高速鋼刀具低速車削或鉸削，可獲得較小的表面粗糙度值；高速切削時(shí)，切削溫度高，切屑底層金屬軟化，加工硬化和變形強(qiáng)化消失，也不會(huì)生成積屑瘤，因此，選擇耐熱性好的刀具材料進(jìn)行高速切削，也可獲得較小的表面粗糙度值；中速切削時(shí)，切削溫度

37、在300400o，是形成積屑瘤的適宜溫度，此時(shí)摩擦系數(shù)最大，積屑瘤生長(zhǎng)得最高，因而表面粗糙值最大。 3）減小進(jìn)給量、增大刀具前角，減小刀具前面的粗糙度值，合理使用切削液等，可使切削變形減小，切削力減小，切削溫度下降，都可抑制積屑瘤的生成。§1.4.2切削力切削過(guò)程中，切削力直接影響切削熱、刀具磨損與耐用度、加工精度和已加工表面質(zhì)量。在生產(chǎn)中，切削力又是計(jì)算切削功率，設(shè)計(jì)機(jī)床、刀具和夾具時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計(jì)算的主要依據(jù)，研究切削力的變化規(guī)律，對(duì)于分析切削過(guò)程和生產(chǎn)實(shí)際都有重要意義。1.切削力的來(lái)源與分解金屬切削時(shí)，工件材料抵抗刀具切削時(shí)所產(chǎn)生的阻力稱為切削力。它與刀具作用在工件上的力大小

38、相等，方向相反。切削力來(lái)源于兩方面，一是三個(gè)變形區(qū)內(nèi)金屬產(chǎn)生的彈性變形抗力和塑性變形抗力；二是切屑與前面、工件與后面之間的摩擦力。切削時(shí)的總切削力一般為空間力，其方向和大小受多種因素影響而不易確定，為了便于分析切削力的作用和測(cè)量計(jì)算其大小，便于生產(chǎn)實(shí)際的應(yīng)用，一般把總切削力F分解為三個(gè)互相垂直的切削分力、和。如圖1-11所示。圖1-11 切削合力和分力（1）主切削力 是總切削力在主運(yùn)動(dòng)方向上的分力。它與主運(yùn)動(dòng)方向一致，垂直于基面，是三個(gè)切削分力中最大的，所以稱為主切削力。主切削力是作用在工件上，并通過(guò)卡盤(pán)傳遞到機(jī)床主軸箱，它是設(shè)計(jì)機(jī)床主軸、齒輪和計(jì)算機(jī)床切削功率，校核刀具、夾具的強(qiáng)度與剛度，選

39、擇切削用量等的主要依據(jù)。（2）背向力 總切削力吃刀方向上的切削分力，在內(nèi)、外圓車削中又稱徑向力，單位為N。由于在背向力方向上沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以背向力不消耗切削功率，但它作用在工件和機(jī)床剛性最差的方向上，易使工件在水平面內(nèi)變形，影響工件精度，并易引起振動(dòng)。背向力是校驗(yàn)機(jī)床剛度的主要依據(jù)。（3）進(jìn)給力 總切削力在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的切削分力，在外圓車削中又稱軸向力，單位為N。進(jìn)給力作用在機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)上，是校驗(yàn)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的主要依據(jù)。2.單位切削力和切削功率單位切削力是指單位切削面積上的主切削力，用表示,單位為Nmm2?？砂聪率接?jì)算 (1-13) 單位切削力可在切削用量手冊(cè)中查到。切削功率是

40、在切削過(guò)程中消耗的功率，它等于總切削力的三個(gè)分力消耗的功率總和。用表示，單位為KW。由于所消耗的功率占比例很小，約為11.5，通常略去不計(jì)。方向的運(yùn)動(dòng)速度為零，不消耗功率，所以切削功率為 (1-14)式中 切削功率，單位為KW； 主切削力，單位為N； 切削速度，單位為m/min。根據(jù)切削功率選擇機(jī)床電機(jī)功率時(shí)，還應(yīng)考慮到機(jī)床的傳動(dòng)效率。機(jī)床電機(jī)功率為 (1-15)式中 機(jī)床電機(jī)功率，單位為KW； 機(jī)床的傳動(dòng)效率，一般為0.750.85。3.影響切削力的主要因素 （1）工件材料的影響 工件材料的強(qiáng)度、硬度愈高，材料的剪切屈服強(qiáng)度越高，切削力愈大。工件材料的塑性、韌性好，加工硬化的程度高，由于變形

41、嚴(yán)重，故切削力也增大。（2）切削用量的影響切削用量中，背吃刀量與進(jìn)給量對(duì)切削力影響較大。當(dāng)或加大時(shí)，切削層的公稱橫截面積增大，變形抗力和摩擦阻力增加，因而切削力隨之加大。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)其它條件一定時(shí)，背吃刀量增大一倍時(shí)，切削力也增大一倍，進(jìn)給量增加一倍時(shí)，切削力約增加7080。生產(chǎn)實(shí)踐中，切削層的橫截面積相同時(shí)，選擇大的比選擇大的切削力要小，如強(qiáng)力切削法就是基于這個(gè)原理。 （3）刀具幾何角度的影響前角加大，切削層易從刀具前面流出，切削變形減小，因此切削力下降。主偏角對(duì)三個(gè)分力都有影響，但對(duì)主切削力影響較小，對(duì)進(jìn)給力和背向力影響較大。當(dāng)增大時(shí)，增大，減小。刃傾角對(duì)主切削力的影響較小，對(duì)進(jìn)給力和背向

42、力影響較大。當(dāng)逐漸由正值變?yōu)樨?fù)值時(shí)，增大，減小。 §1.4.3切削熱與切削溫度切削熱和由它產(chǎn)生的切削溫度，是影響刀具磨損和加工精度的重要原因。高的切削溫度使刀具磨損加劇，耐用度下降；機(jī)床的熱變形，工件和刀具受熱膨脹會(huì)導(dǎo)致工件精度達(dá)不到要求。1.切削熱的產(chǎn)生與傳出在切削過(guò)程中，三個(gè)變形區(qū)因變形和摩擦所作的功絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，稱為切削熱。切削熱來(lái)源于切削時(shí)切削層金屬發(fā)生彈性和塑性變形功轉(zhuǎn)變的熱；刀具前面與切屑、刀具后面與工件表面摩擦產(chǎn)生的熱。其中，切削塑性金屬時(shí)，切削熱主要來(lái)源于剪切區(qū)變形和刀具前面與切屑的摩擦所消耗的功。切削脆性材料，切削熱主要來(lái)源于刀具后面與工件的摩擦所消耗的功?？?/p>

43、的來(lái)說(shuō)，切削塑性材料產(chǎn)生的熱量要比脆性材料為多。切削時(shí)所產(chǎn)生的切削熱主要以熱傳導(dǎo)的方式分別由切屑、工件、刀具及周圍介質(zhì)向外傳散。各部分傳出熱量的百分比，隨工件材料、刀具材料、切削用量、刀具幾何參數(shù)及加工方式的不同而變化。在一般干切削的情況下，大部分切削熱由切屑帶走，其次傳至工件和刀具，周圍介質(zhì)傳出的熱量很少。2.影響切削溫度的因素切削溫度的高低一方面取決于單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生熱量的多少，同時(shí)又取決于單位時(shí)間內(nèi)傳散熱量的多少，所以切削溫度是指產(chǎn)生熱量與傳散熱量的綜合結(jié)果。 （1）工件材料 工件材料的強(qiáng)度越大、硬度越高，切削時(shí)消耗的功越多，產(chǎn)生的切削熱越多，切削溫度升高。工件材料的熱導(dǎo)率大，熱量容易傳出

44、，若產(chǎn)生的切削熱相同，則熱容量大的材料，切削溫度低。工件材料的塑性越好，切削變形越大，切削時(shí)消耗的功越多，產(chǎn)生的切削熱越多，切削溫度升高。（2）切削用量的影響 切削用量中，切削速度對(duì)切削溫度影響最大。切削速度增加，切削的路徑增長(zhǎng)，切屑底層與刀具前面發(fā)生強(qiáng)烈摩擦從而產(chǎn)生大量的切削熱，切削溫度顯著升高。進(jìn)給量對(duì)切削溫度有一定的影響。隨著進(jìn)給量的增大，單位時(shí)間內(nèi)金屬的切除量增加，消耗的功率增大，切削熱增大，切削溫度上升。背吃刀量對(duì)切削溫度影響很小。隨著背吃刀量的增加，切削層金屬的變形與摩擦成正比例增加，產(chǎn)生的熱量按比例增加。但由于切削刃參加工作的長(zhǎng)度也成比例增長(zhǎng)，改善了刀頭的散熱條件，最終切削溫度略

45、有增高。（3）刀具幾何角度的影響 刀具幾何參數(shù)對(duì)切削溫度影響較大的是前角和主偏角。前角增大，切削變形及切屑與刀具前面的摩擦減小，產(chǎn)生的熱量小，切削溫度下降。反之，切削溫度升高。實(shí)驗(yàn)證明，前角從10oC增大到25oC時(shí)，切削溫度約降低25。但前角太大，刀具的楔角減小，散熱體積減小，切削溫度反而升高。主偏角增大，刀具主切削刃工作長(zhǎng)度縮短，刀尖角減小，散熱面積減少，切削熱相對(duì)集中，從而提高了切削溫度。反之，主偏角減小，切削溫度降低。§1.4.4刀具磨損與刀具耐用度刀具在切削過(guò)程中與切屑、工件之間產(chǎn)生劇烈的擠壓、摩擦，從而產(chǎn)生磨損。刀具磨損后，會(huì)縮短刀具的使用時(shí)間，降低表面質(zhì)量，增加刀具材料

46、的損耗，因此，刀具磨損是影響生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量和成本的一個(gè)重要因素。 1.刀具磨損的形式刀具磨損可分為正常磨損和非正常磨損兩類。（1）刀具的正常磨損正常磨損是指刀具在設(shè)計(jì)與使用合理、制造與刃磨質(zhì)量符合要求的情況下，在切削過(guò)程中逐漸產(chǎn)生的磨損。如圖1-12a所示，刀具正常磨損主要包括以下三種形式。1)前面磨損 在切削塑性材料、切削速度較高、切削厚度較大的情況下，當(dāng)?shù)毒叩哪蜔嵝院湍湍バ陨杂胁蛔銜r(shí)，切屑在前刀面上經(jīng)常會(huì)磨出一個(gè)月牙洼。月牙洼產(chǎn)生的地方是切削溫度最高的地方。前面磨損量的大小，用月牙洼的寬度KB和深度KT表示，如圖1-12b所示。2）后面磨損 由于工件表面和刀具后面間存在著強(qiáng)烈的擠壓、摩

47、擦，在后面上毗鄰切削刃的地方很快被磨出后角為零的小棱面，這就是后面磨損。在切削速度較低、切削厚度較小的情況下切削塑性金屬以及加工脆性金屬時(shí)，主要發(fā)生這種磨損。在后面磨損帶中間部位（B區(qū)）上，磨損比較均勻，平均磨損帶寬度以VB表示，而最大磨損寬度以VBmax表示。3）前、后面同時(shí)磨損 這種磨損形式是指切削之后，刀具上同時(shí)出現(xiàn)前面和后面磨損。在切削塑性金屬、采用大于中等切削速度和中等進(jìn)給量時(shí)，常出現(xiàn)這種磨損形式。一般情況下，無(wú)論是加工塑性材料還是脆性材料，刀具的后面都會(huì)產(chǎn)生磨損，刀具磨損的大小常用后面磨損量VB的大小表示。a)刀具磨損形態(tài) b)前面磨損 c)后面磨損圖1-12 刀具的正常磨損形式（

48、2）刀具的非正常磨損非正常磨損亦稱刀具破損，一般屬于非正常失效，刀具破損大多與使用不當(dāng)有關(guān)。刀具破損主要是由于切削過(guò)程中的沖擊、振動(dòng)、熱應(yīng)力等造成刀具切削刃突然崩刃碎裂、折斷、卷刃或熱裂紋等。在研究刀具磨損時(shí)，一般研究刀具的正常磨損。2.刀具磨損的過(guò)程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)（1）刀具磨損過(guò)程生產(chǎn)中，較常見(jiàn)到的是刀具后面磨損。在正常磨損情況下，刀具磨損量隨切削時(shí)間的增加而逐漸加大。其磨損過(guò)程分為三個(gè)階段，如圖1-13所示。初期磨損階段（OA段）：在開(kāi)始切削的短時(shí)間內(nèi)，磨損較快。這是由于新刃磨的刀具表面粗糙不平或表面組織不耐磨（如燒傷、裂紋）等原因造成的。另外，新刃磨的刀具比較鋒利，與工件接觸面積小，壓力大，

49、因此刀具后面上很快被磨出一個(gè)窄的棱面。正常磨損階段（AB段）：經(jīng)初期磨損，后面上被磨出一條狹窄的棱面，接觸面積增大，壓強(qiáng)減小，故磨損量隨時(shí)間的增加而均勻增長(zhǎng)，磨損比較緩慢、穩(wěn)定。這一階段是刀具工作的有效階段。急劇磨損階段（BC段）：磨損量達(dá)到一定值后，切削刃變鈍，切削力增大，切削溫度升高，刀具強(qiáng)度、硬度降低，磨損急劇加速。此時(shí)刀具如果繼續(xù)工作，不但不能保證加工質(zhì)量，而且刀具材料消耗多，成本增加，故應(yīng)當(dāng)避免刀具發(fā)生急劇磨損，也就是在正常磨損即將告終前，應(yīng)及時(shí)換刀刃磨。（2）刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)在使用刀具時(shí)，應(yīng)該控制刀具在產(chǎn)生急劇磨損前必須重磨或更換新切削刃。這時(shí)刀具的磨損量稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)或磨損限度。由于

50、后刀面磨損最常見(jiàn)，且易于控制和測(cè)量。因此，規(guī)定將后刀面上均勻磨損區(qū)平均磨損量允許達(dá)到的最大值VB作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際生產(chǎn)中磨鈍標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)加工要求制定。精加工，主要保證加工精度和表面質(zhì)量，因此磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VB定的較小。粗加工時(shí)，為了減少磨刀次數(shù)，提高生產(chǎn)率，磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VB定的較大。表1-4為車刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，供使用時(shí)參考。表1-4 磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VB值 (單位mm) 加工條件加工方式剛性差鋼 件鑄鐵件鋼、鑄鐵大件精 車0.10.3粗 車0.40.50.60.80.81.21.01.5圖1-13 刀具磨損典型曲線實(shí)際生產(chǎn)中操作工人也可以根據(jù)觀察到的現(xiàn)象，如工件上是否出現(xiàn)亮點(diǎn)和暗點(diǎn)，加工表面粗糙度的變化情況，

51、切屑形狀和顏色的變化，是否出現(xiàn)振動(dòng)或不正常的聲音等，判斷刀具是否達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。3.刀具耐用度按磨鈍標(biāo)準(zhǔn)鑒定刀具是否能繼續(xù)正常工作，需要停機(jī)測(cè)量，這在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)是難以實(shí)現(xiàn)的。為了更加方便、快捷、準(zhǔn)確地判斷刀具的磨損情況，一般用刀具耐用度來(lái)間接地反映刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。在柔性加工設(shè)備上，也常使用切削力的數(shù)值作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具磨損狀態(tài)的自然監(jiān)控。（1）刀具耐用度的概念 指刃磨后的刀具從開(kāi)始切削直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的總切削時(shí)間稱為刀具耐用度，用表示。耐用度為切削時(shí)間，不包括對(duì)刀、測(cè)量等非切削時(shí)間。刀具耐用度的大小表示刀具磨損的快慢，刀具耐用度大，表示刀具磨損慢；耐用度小，表示刀具磨損快

52、。另外，刀具耐用度與刀具壽命是兩個(gè)不同的概念。刀具壽命是指一把新刀從投入使用到報(bào)廢為止總的切削時(shí)間，刀具的壽命等于刀具耐用度乘以刃磨次數(shù)。 生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)常遇到的技術(shù)問(wèn)題之一，就是根據(jù)工件材料選定刀具材料之后，如何正確選擇切削用量。一般是先選定背吃刀量、進(jìn)給量和其它參數(shù)后，再根據(jù)已確定的刀具壽命的合理數(shù)值T來(lái)計(jì)算切削速度，稱為刀具耐用度下允許的切削速度，用表示。是生產(chǎn)中選用切削速度的依據(jù)。 （3）刀具耐用度合理數(shù)值的確定 根據(jù)刀具的耐用度方程，當(dāng)?shù)毒吣陀枚纫欢〞r(shí)，為了提高生產(chǎn)率，應(yīng)首先考慮增大背吃刀量，其次是增大進(jìn)給量，然后根據(jù)耐用度、已定的背吃刀量和進(jìn)給量確定切削速度。這樣既能保持刀具耐用度，

53、發(fā)揮刀具切削性能，又能提高生產(chǎn)率。由于刀具耐用度確定的太低和太高都會(huì)使生產(chǎn)率降低，因此，刀具耐用度存在一個(gè)合理數(shù)值。確定刀具耐用度的合理數(shù)值的方法一般有兩種：一是根據(jù)加工一個(gè)零件花費(fèi)時(shí)間最少的觀點(diǎn)來(lái)制定刀具耐用度，稱為最大生產(chǎn)率耐用度。二是根據(jù)加工一個(gè)零件的成本最低的觀點(diǎn)來(lái)制定刀具耐用度，稱為最低成本耐用度。生產(chǎn)中常采用最低成本耐用度，只有當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)緊急或生產(chǎn)中出現(xiàn)不平衡環(huán)節(jié)時(shí)，才選用最低生產(chǎn)率耐用度。表1-5中推薦的某些工廠耐用度值，可供選用時(shí)參考。生產(chǎn)中還可參考有關(guān)手冊(cè)資料查出。表1-5 刀具耐用度數(shù)值 （單位min）刀 具 類 型耐 用 度刀 具 類 型耐 用 度高速鋼車刀、刨刀、鏜刀3060硬質(zhì)合金面銑刀90180硬質(zhì)合金焊接車刀1560齒輪刀具200300硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀1545自動(dòng)線、組合機(jī)床、自動(dòng)線刀具240480高速鋼鉆頭80120§1.5 金屬材料的切削加工性 工件材料的切削加工性是指將其切削加工成合格零件的難易程度。某種工件材料加工的難易，不僅取決于工件材料本身，還取決于具體的加工要求及切削條件。研究工件材料切削加工性的目的，是為了找出改善難加工材料切削加工性的途徑。§1.5.1衡量工件材料切削加工性的指標(biāo)根據(jù)加工要求和生產(chǎn)條件的不