切削過程與控制

1、第3章 切削過程與控制3.1 切削刀具基礎知識3.2 切削過程3.3 切削力3.4 切削熱與切削溫度3.5 刀具磨損、破損與刀具壽命3.6 金屬切削條件的合理選擇3.7 磨削原理3.8 高速切削與磨削3.1 刀具切削基礎知識圖3-1 車刀的組成3.1.1 3.1.1 刀具切削部分的組成刀具切削部分的組成 金屬切削加工中使用的刀具種類很多，形狀用途各不相同，其中車刀是一種應用廣泛的基本刀具，其他刀具可以看作是由車刀演變或組合形成?，F以外圓車刀為例來說明刀具的組成和刀具切削部分的幾何參數的基本概念，如圖3-2所示，外圓車刀由刀頭和刀體組成。 刀體用來將車刀夾固在刀架上；刀頭用來切削，又稱切削部分。

2、車刀切削部分由三個刀面、兩個刀刃和一個刀尖組成。圖3-2 車刀的組成 1) 前刀面 切屑流出接觸的刀面，又稱前面。 2) 主后面 與工件上過渡表面相對的刀面。 3) 副后面 與工件上已加工表面相對的刀面。 4) 主切削刃 前刀面與主后面相交形成的切削刃，又稱主刀刃。它擔負著主要的切削工作。 5) 副切削刃 前刀面與副后面相交形成的切削刃，又稱副刀刃。 6) 刀尖 三個刀面在空間的交點，也可理解為主、副切削刃二條刀刃匯交的一小段切削刃。在實際應用中，為增加刀尖的強度與耐磨性，一般在刀尖處磨出直線或圓弧形的過渡刃。圖3-3 刀具切削部分的組成要素 3.1.2刀具坐標系與刀具角度圖3-4 確定車刀角

3、度的參考平面 1、刀具坐標系 刀具要從金屬上切除金屬，必須具有一定的切削角度，這些角度確定了刀具的幾何形狀。為了確定和測量刀具角度，必須引入參考平面。 刀具靜止坐標系是用于設計、制造、刃磨和測量刀具幾何角度的參考系。由于刀具的幾何角度是在切削過程中起作用的角度，因此刀具靜止坐標系坐標平面的建立應以切削運動為依據。首先給出假定工作條件，假定工作條件包括假定運動條件和假定安裝條件，然后建立參考系。刀具標注角度參考系如圖3-5、3-6和3-7所示。 圖3-5 刀具標注角度參考系圖3-6 刀尖的類型 圖3-7刀具的參考坐標面 (1) 正交平面參考系 1) 基面Pr 過切削刃上選定點與切削速度相垂直的平

4、面。車刀的基面就是過切削刃選定點與底面平行的平面，銑刀和鉆頭的基面就是刀具的軸向剖面。 2) 切削平面Ps 過切削刃上選定點與切削刃相切并與基面垂直的平面。 3) 正交平面Po 過切削刃上選定點同時垂直于基面和切削平面的平面。 (2) 法平面參考系 如圖3-5a(a)所示，法平面參考系由基面Pr、切削平面Ps和法平面Pn構成。 法平面Pn是過主切削刃上選定點與切削刃垂直的平面。 (3) 背平面、假定工作平面參考系 如圖3-5(c)所示，法平面參考系由基面Pr、背平面PP和假定工作平面Pf構成。 背平面PP是過主切削刃上選定點同時垂直于基面Pr和進給運動方向的平面。 假定工作平面Pf是過切削刃上

5、選定點同時垂直于基面Pr和背平面Pp的平面。(1)前角o(2)后角o(3)主偏角r(4)副偏角r(5)刃傾角s圖3-8 車刀的主要角度2.刀具的標注角度刀具的標注角度 刀具標注角度是刀具在靜止參考系中的角度，下面以如圖3-9所示的外圓車刀為例進行介紹。圖3-9 外圓車刀刀具角度 1) 前角o 過切削刃上選定點，在正交平面內測量的前刀面與基面間的夾角。按規(guī)定前角可取正值、負值。前刀面與基面間的夾角為銳角時，前角為正值；夾角為鈍角時，前角為負值；前刀面與基面重合時，前角為0。 2) 后角o 過主切削刃上選定點，在正交平面內測量的主后刀面與切削平面間的夾角。后角也可取正值、負值。主后刀面與切削平面間

6、的夾角為銳角時，后角為正值；夾角為鈍角時，后角為負值；主后刀面與切削平面間重合時，后角為0。 3) 副后角o 過副切削刃上選點，在副正交平面內測量的副后刀面與副切削平面間的夾角。 4) 主偏角r 過主切削刃上選定點，在基面內測量的主切削刃與進給運動方向間的夾角。 5) 副偏角r 過副切削刃上選定點，在基面內測量的副切削刃與進給運動反方向間的夾角。 6) 刃傾角s 過主切削刃上選定點，在切削平面內測量的主切削刃與基面間的夾角。當刀尖是主切削刃上最高點時，刃傾角為正值；刀尖是主切削刃上最低點時，刃傾角為負值；主切削刃與基面平行時，刃傾角為0。 以上標注角度是在刀尖與工件回轉軸線等高、刀桿縱向軸線垂

7、直于進給方向以及不考慮進給運動的影響等條件下確定的。 當給定刃傾角s和主偏角r后，可確定主切削刃S在空間的方位。再進一步給定前角o和后角o后，可確定前刀面和主后刀面。對于單刃刀具，若給定上述4個獨立角度，就可確定它的切削部分的幾何形狀。對于同時具有主切削刃S和副切削刃S的刀具，還必須給出與副切削刃S有關的2個獨立角度：副偏角r和副后角o。只有確定這6個角度后，該刀具切削部分的幾何形狀才能確定。 以切削過程中實際的切削平面、基面和正交平面為參考平面所確定的刀具角度稱為刀具的工作角度，又稱實際角度。(1)刀具安裝位置對工作角度的影響圖3-10 車刀安裝高度對工作角度的影響a)刀尖高于工件軸線 b)

8、刀尖低于工件軸線3.刀具的工作角度刀具的工作角度圖圖3-11 車刀安裝偏斜對工作角度的影響車刀安裝偏斜對工作角度的影響(為切削時刀桿縱向軸線的偏轉角為切削時刀桿縱向軸線的偏轉角)圖3-12 縱向進給運動對工作角度的影響圖3-13 橫向進給運動對工作角度的影響(2)進給運動對工作角度的影響進給運動對工作角度的影響3.1.3 3.1.3 切削用量與切削層截面參數切削用量與切削層截面參數圖3-14 切削運動與切削表面1、切削用量、切削用量1)切削速度切削速度vc2)進給量進給量f3)背吃刀量（切削深背吃刀量（切削深度）度）p 所謂切削用用量是指切削速度、進給量和背吃刀量三要素的總稱。在切削加工過程中

9、，需針對不同的工件材料、刀具材料及其他工藝技術要求來選定合適的切削用量。 (1) 切削速度 它是切削刃上選定點相對于工件的主運動速度，單位為mm/s或m/min。大多數切削加工的主運動采用回轉運動?；匦w(刀具或工件)上外圓或內孔某一點的切削速度計算公式如下：式中 d-工件或刀具上某一點的回轉直徑，mm； n-工件或刀具的轉速，r/s或r/min。1000cdn (2) 進給速度、進給量和每齒進給量 進給速度f是單位時間的進給量，單位是mm/s(mm/min)。 進給量是工件或刀具每回轉一周時兩者沿進給運動方向的相對位移，單位是mm/r(毫米/轉)。 對于銑刀、鉸刀、拉刀和齒輪滾刀等多刃切削工

10、具，在它們進行工作時，還應規(guī)定每一個刀齒的進給量fz，即后一個刀齒相對于前一個刀齒的進給量，單位是mm/z(毫米/齒)。即： f =fn=fzzn mm/s或mm/min (3) 背吃刀量 對于車削和刨削加工來說，背吃刀量ap為工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離，單位為mm。 如圖2-1a所示，外圓柱表面車削的深度可用下式計算： ap=(dw-dm)/2 對于鉆孔工作： ap=dm/2 上兩式中 dm-已加工表面直徑，mm； d w-待加工表面直徑，mm。 圓周銑削和端面銑削時，背吃刀量ap為平行于銑刀軸線測量的切削層尺寸。銑削用量還包括側吃刀量ae，即垂直于銑刀軸線測量的切削層尺寸。如

11、圖3-15所示。圖3-15 銑削運運及銑削用量 圖3-16 車削用量三要素2、切削層截面參數、切削層截面參數 以車削加工為例，如圖3-16所示，工件轉一轉，車刀沿工件軸向移動一個進給量f（mm/r）。這時車刀切削刃從一個位置移到另一個位置，在兩個位置之間由車刀切削刃切下的一層金屬稱為切削層。在與切削速度方向相垂直的切削層剖面內度量的切削層的尺寸稱為切削層參數。切削層參數有以下幾個： 切削厚度是指過切削刃上選定點，在基面內測量的垂直于加工表面的切削層尺寸，單位為mm。 ac=fsinkr（1）切削厚度）切削厚度ac 切削寬度是指過切削刃上選定點，在基面內測量的平行于加工表面的切削層尺寸，單位為m

12、m。 aw=ap/sinkr 可見，當f與ap一定的條件下，主偏角kr越大，切削厚度ac越大，切削寬度aw越??；反之，切削厚度ac越小，切削寬度aw越大；當kr=90o時，ac=f，aw=ap，切削層為一矩形。因此，切削用量中，f和ap兩個要素又稱為切削層的工藝參數。圖3-15中，表示了kr不同時ac、aw的變化情況。由圖可看出，aw的大小實際上反映了刀具切削刃參與工作的長度。（2）切削寬度）切削寬度aw 切削面積是過切削刃上選定點，在基面內測量的切削層的橫截面面積，單位為mm2。 Ac=acaw=fap 切削層參數是切削過程研究的重要參數，切削過程的各種物理現象也主要發(fā)生于切削層內。掌握切削

13、層的基本概念和物理實質，對切削過程的研究具有重要的意義。（3）切削面積）切削面積Ac3.1.4 刀具材料刀具材料 1、刀具材料應具備的性能 在切削過程中，刀具切削部分直接受到高溫、高壓以及強烈的摩擦作用，因此，必須具備一定基本性能要求。 (1) 較高的硬度 硬度是指材料抵抗其他物體壓入其表面的能力。刀具材料的硬度必須更高于被加工材料的硬度，一般高一倍至幾倍，否則在高溫高壓下，就不能保持刀具鋒利的幾何形狀。目前，切削性能最差的刀具材料碳素工具鋼，其硬度在室溫條件下也應在62HRC以上；高速鋼的硬度為6370HRC。硬度是刀具材料應具備的最基本的特性。 (2) 足夠的強度和韌性 切削工件時，刀具要

14、承受較大的切削抗力和較大的沖擊載荷，為了不產生脆性破壞和塑性變形，必須有足夠的強度和足夠的沖擊韌性。 (3) 良好的耐磨性和耐熱性 刀具材料的耐磨性是指抵抗磨損的能力。一般地，刀具材料硬度越高，耐磨性也越好。刀具材料的耐磨性和耐熱性有著密切的關系。其耐熱性通常用它在高溫下保持較高硬度的性能即高溫硬度來衡量，或叫熱硬性。高溫硬度越高，表示耐熱性越好，刀具材料在高溫時抗塑性變形的能力、抗磨損的能力也越強。耐熱性差的刀具材料，由于高溫下硬度顯著下降而會很快磨損乃至發(fā)生塑性變形，喪失其切削能力。 (4) 良好的導熱性和耐熱沖擊性 刀具材料應具有良好的導熱性，以便切削時產生的熱量能迅速散失。為適應斷續(xù)切

15、削時瞬時反復的熱力和機械沖擊形成的熱應力和機械應力，刀具材料應具備良好的耐熱沖擊性。 (5) 良好的工藝性和經濟性 為了便于制造，要求刀具材料有較好的可加工性，如熱塑性(鍛壓成形)、焊接工藝性、切削加工性和熱處理工藝性等。經濟性是評價新型刀具材料的重要指標之一，也是正確選用刀具材料、降低產品成本的主要依據之一。 另外，還要求刀具具備良好的化學穩(wěn)定性和抗粘結性?；瘜W穩(wěn)定性是指在高溫下刀具材料不易與周圍介質發(fā)生化學反應，而抗粘結性是指在高溫高壓下刀具抵抗與工件材料分子間因互相吸附而粘結的能力。2、常用的刀具材料 高速鋼 又稱為鋒鋼或風鋼，它是含有較多W、Cr、V合金元素的高合金工具鋼，如W18Cr

16、4V。 硬質合金 它是以高硬度、高熔點的金屬碳化物（WC，TiC）為基體，以金屬Co，Ni等為粘結劑，用粉末冶金方法制成的一種合金。碳素工具鋼與合金工具鋼 碳素工具鋼是含碳量最高的優(yōu)質鋼（碳的質量分料為0.7%1.2%），如T10A。 (1) 高速鋼 高速鋼是一種含有鎢、鉬、鉻、釩等合金元素較多的合金工具鋼。高速鋼具有較高的硬度(熱處理硬度可達6267HRC)和耐熱性(切削溫度可達550600)，與碳素工具鋼和合金工具鋼相比，切削速度提高了13倍，故得名“高速鋼”，壽命提高了1040倍。由于淬透性好，小型刀具在空氣中冷卻就能淬硬，且能刃磨得鋒利，故高速鋼又有“風鋼”或“鋒鋼”之稱?？杉庸び猩?/p>

17、屬、高溫合金在內的范圍廣泛的材料。 高速鋼具有高的強度(抗彎強度為一般硬質合金的23倍，為陶瓷的56倍)和韌性，抗沖擊振動的能力較強，適宜制造各類刀具。 高速鋼刀具制造工藝簡單，能鍛造，容易磨出鋒利的刀刃，因此在復雜刀具(鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀和齒輪刀具等)的制造中，高速鋼占有重要的地位。 目前，國內使用最廣泛的高速鋼是W18Cr4V。 幾種常用高速鋼的牌號及其主要用途見表3-1，可供選擇時參考。 (2) 硬質合金 硬質合金是用高耐熱性和高耐磨性的金屬碳化物(碳化鎢WC、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC，碳化鈮NbC等)與金屬粘結劑(鈷、鎳、鉬等)在高溫下燒結而成的粉末冶金制品。其硬度為8993

18、HRA，能耐8501 000的高溫，具有良好的耐磨性，允許使用的切削速度可達100300m/min，可加工包括淬硬鋼在內的多種材料，因此獲得廣泛應用。但是，硬質合金的抗彎強度低，沖擊韌性差，刃口不鋒利，較難加工，不易做成形狀較復雜的整體刀具，因此，目前還不能完全取代高速鋼。常用的硬質合金有鎢鈷類(YG類)、鎢鈦鈷類(YT類)和通用硬質臺金(YW類)3類。 1) 鎢鈷類(YG) YG類硬質合金主要由碳化鎢(WC)和鈷(Co)組成，常用的牌號有YG3、YG6、YG8等。此類硬質合金強度高、硬度和耐磨性較差，主要用于加工鑄鐵和有色金屬。合金鈷含量越高，韌性越好，適于粗加工；鈷含量低，適于精加工。 2

19、) 鎢鈦鈷類(YT類) YT類硬質合金主要由碳化鎢、碳化鈦和鈷組成，常用的牌號有YT5、YTl5、YT30等。它里面加入了碳化鈦后，增加了硬質合金的硬度、耐熱性、抗粘結性和抗氧化能力。但由于YT類硬質合金的抗彎強度和沖擊韌性較差，故主要用于切削切屑一般呈帶狀的普通碳鋼及合金鋼等塑性材料。 3) 通用硬質合金(YW類) 它是在普通硬質合金中加入了少量的稀有高熔點金屬碳化鉭(TaC)或碳化鈮(NbC)，能阻止WC晶粒在燒結過程中長大，起到細化晶粒的作用。從而提高了硬質合金的韌性和耐熱性，使其具有較好的綜合切削性能。YW類硬質合金主要用于不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼的加工，也適用于普通碳鋼和鑄鐵的加工，因

20、此，被稱為通用型硬質合金，常用的牌號有YWl、YW2等。 我國常用的硬質合金牌號及其應用范圍見表3-2。 (3) 其他刀具材料 1) 涂層刀具 涂層刀具是在韌性較好的硬質合金或高速鋼刀具基體上，采用化學氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)的工藝方法，涂覆一薄層(約512m)高硬度、耐磨性高、難熔金屬化合物或非金屬化合物而獲得的。這樣，可使刀片既保持了普通硬質合金基體的強度和韌性，又使表面有更高的硬度(可達15003 000HV)和耐磨性，更小的摩擦系數和高的耐熱性(達8001 200)。實踐證明，涂層刀片在高速切削鋼件和鑄鐵時能獲得良好效果，比未涂層刀片的刀具壽命提高13倍，高者可達51

21、0倍。此外，涂層刀片通用性好，一種涂層刀片可代替幾種未涂層刀片使用，大大簡化了刀具管理、降低了刀具成本，獲得較好的經濟效益。 2) 陶瓷材料 陶瓷刀具材料的主要成分是硬度和熔點都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物，再加入少量的金屬碳化物、氧化物或純金屬等添加劑，經壓制成形后燒結而成的一種刀具材料。它的硬度可達到9195HRA，在1200的切削溫度下仍可保持80HRA的硬度。另外，它的化學惰性大，摩擦系數小，耐磨性好，加工鋼件時的壽命為硬質合金的1012倍。 其最大缺點是脆性大，抗彎強度和沖擊韌性低。因此，它主要用于半精加工和精加工高硬度、高強度鋼和冷硬鑄鐵等材料。常用的陶瓷刀具材料有

22、氧化鋁陶瓷，復合氧化鋁陶瓷以及復合氧化硅陶瓷等。 3) 人造金剛石 人造金剛石具有極高的硬度和耐磨性，人造金剛石硬度達10000HV，耐磨性是硬質合金的6080倍；切削刃鋒利，能實現超精密微量加工和鏡面加工；很高的導熱性。其缺點是耐熱性差，強度低，脆性大，對振動很敏感。適用于高速條件下精細加工有色金屬及其合金和非金屬材料。 4) 立方氮化硼 立方氮化硼(簡稱CBN)是由六方氮化硼為原料在高溫高壓下合成。其優(yōu)點是硬度高，硬度僅次于金剛石，熱穩(wěn)定性好，較高的導熱性和較小的摩擦系數。但強度和韌性較差，抗彎強度僅為陶瓷刀具的1/51/2。適用于加工高硬度淬火鋼、冷硬鑄鐵和高溫合金材料。它不適宜加工塑性

23、大的鋼件和鎳基合金，也不適合加工鋁合金和銅合金，通常采用負前角的高速切削。3.2 切削過程切削過程 切削過程是刀具從工件表面上切除多余材料，從切屑形成開始到已加工表面形成為止的完整過程。3.2.13.2.1切屑的形成過程切屑的形成過程 在刀具的作用下，切削層金屬經過一個復雜的過程變成切屑。在這一過程中，切削層的形態(tài)發(fā)生了變化。產生這一變化的根本原因是切削層金屬在刀具的作用下產生老變形，這就是切削過程中的變形。伴隨切削過程的變形，出現一系列的物理現象，如切削力、切削熱、切削溫度、刀具磨損、積屑瘤等。切削過程的變形是研究切削過程的基礎。圖3-17 塑性金屬材料的剪切破壞 削過程三個變形區(qū) 圖3-1

24、7所示模型說明了切削過程的變形。塑性金屬材料在刀具的作用下，沿與作用力成45o的方向產生剪切滑移變形，當變形達到一定極限值時，就會沿著變形方向產生剪切滑移破壞。若刀具連續(xù)運動，虛線以上的材料就會在刀具的作用下與下方材料分離。金屬切削過程與上述過程基本相似。如圖3-18所示，在刀具的作用下，切削層金屬經過復雜的變形后與工件基體材料分離形成了切屑。這一過程中產生的變形可以劃分為三個區(qū)域，即三個變形區(qū)，它們是位于切削刃前OAM之間的第I變形區(qū)、靠近前刀面的第II變形區(qū)和位于后刀面附近的第III變形區(qū)。圖3-18 切削過程三個變形區(qū) 圖3-19 金屬切削過程的三個變形區(qū) （1） 第一()變形區(qū) 切削層

25、金屬從開始塑性變形到剪切滑移基本完成的過程區(qū)，也就是圖3-19所示OA與OM之間的區(qū)域就是第一()變形區(qū)。 金屬材料在OA線以左發(fā)生彈性變形。在OA線上，材料的剪應力達到屈服強度s，開始塑性變形，產生滑移，OA稱為始滑移線。隨著刀具的連續(xù)移動，原來處于滑移線上的金屬不斷向刀具靠攏，應力和變形也逐漸增大，達到OM線時，應力和變形達到最大值。超過OM線，切削層金屬將沿前刀面流出，形成切屑，完成切離。OM線稱為終滑移線。OA線和OM線之間的區(qū)域是塑性變形區(qū)域。 第一變形區(qū)是金屬切削變形過程中最大的變形區(qū)，在這個區(qū)域內，金屬將產生大量的切削熱，并消耗大部分功率。此區(qū)域較窄，寬度僅0.020.2mm。

26、（2 2）第二）第二()()變形區(qū)變形區(qū) 1) 第二()變形區(qū)的變形 切屑沿刀具前面排出時會進一步受到前面的阻礙，在刀具和切屑界面之間存在強烈的擠壓和摩擦，使切屑底部靠近前面處的金屬發(fā)生“纖維化”的二次變形。這部分區(qū)域稱為第二變形區(qū)()。 在這個變形區(qū)域，由于切削層材料受到刀具前刀面的擠壓和摩擦，變形進一步加劇，材料在此處纖維化，流動速度減慢，甚至停滯在前刀面上。而且，切屑與前刀面的壓力很大，高達23GPa，由此摩擦產生的熱量也使切屑與刀面溫度上升到幾百度的高溫，切屑底部與刀具前刀面發(fā)生粘結現象。 2) 2) 積屑瘤積屑瘤 切削塑性金屬材料時，由于在第二變形區(qū)切屑底面與前刀面的擠壓和劇烈摩擦，

27、使切屑底層的流動速度低于上層，形成滯流層。當滯流層與前刀面之間的摩擦力超過切屑金屬強度極限時，就會有滯流層的金屬粘附堆積在切削刃附近，形成如圖3-20所示的積屑瘤。圖3-20 積屑瘤 因為積屑瘤經過劇烈的塑性變形，其硬度遠高于工件本身的硬度，故能代替刀刃進行切削，起到保護刀刃和增大刀具的前角使切削變形和切削力減小的作用。因此，一般認為粗加工時產生積屑瘤有一定好處。但是積屑瘤是不穩(wěn)定的，它時大時小，時有時無，除其頂端伸出刀刃和刀尖之外，還使切削深度和切削厚度不斷變化，影響加工精度并導致切削力波動，可能引起工藝系統(tǒng)振動，在已加工表面上形成溝紋，脫落的積屑瘤碎片也可能嵌入己加工表面，使工件表面質量下

28、降。因此，精加工時要避免產生積屑瘤。實踐證明，切削速度對積屑瘤的影響最大，高速切削和低速切削都不容易產生積屑瘤。 可以采用以下措施抑制或消除積屑瘤： a) 首先從加工前的熱處理工藝階段解決。通過熱處理，提高零件材料的硬度，降低材料的加工硬化。 b) 調整刀具角度，增大前角，從而減小切屑對刀具前刀面的壓力。 c) 調低切削速度，使切削層與刀具前刀面接觸面溫度降低，避免粘結現象的發(fā)生?；虿捎幂^高的切削速度，增加切削溫度，因為溫度高到一定程度，積屑瘤也不會發(fā)生。 d) 更換切削液，采用潤滑性能更好的切削液，減少切削摩擦。 （3 3） 第三第三()()變形區(qū)變形區(qū) 1) 第三()變形區(qū)的變形 在已加工

29、表面上與刀具后面擠壓、摩擦形成的變形區(qū)域稱為第三變形區(qū)()。 由于刀具刃口不可能絕對鋒利，鈍圓半徑的存在使切削層參數中公稱切削厚度不可能完全切除，會有很小一部分被擠壓到已加工表面，與刀具后刀面發(fā)生摩擦，并進一步產生彈、塑性變形，從而影響已加工表面質量。3.2.2 切屑類型及影響切屑變形的因素圖3-21 切屑類型a)帶狀切屑 b)擠裂切屑 c)單元切屑 d)崩碎切屑 切屑的控制就是要控制切屑的類型、流向、卷曲和折斷。切屑的控制對切削過程的正常、順利和安全具有重要的意義。在有些情況下，切屑的控制是加工過程能否進行的決定性因素。在數控加工和自動化制造過程中，切屑的控制對加工過程尤為重要。 1、切屑的

30、種類 切屑是金屬切削過程中切削過程的一系列復雜的變形過程而形成的。根據切削程金屬的變形特點和變形程度不同，切屑可分為四類，如圖3-21所示。 1）帶狀切屑 在加工塑性金屬材料時，若切削層金屬的剪切滑移變形未達到材料的剪切破壞極限，切屑就呈連續(xù)不斷的帶狀，這就是帶狀切屑。其內表面由于與前刀面的擠壓摩擦而較光滑，外表面可以看到剪切面的條紋，呈毛茸狀。此時切削力波動小，已加工表面質量好。它是最常見的屑形。 2）節(jié)狀切屑（擠裂切屑） 在切削速度較低、切削厚度較大的情況下，切削鋼及切削黃銅等材料時，切屑的外表面局部達到剪切破壞極限，開裂呈節(jié)狀，但外形仍為帶狀，這就是節(jié)狀切屑。 3）粒狀切屑（單元切屑）

31、在切削速度很低、切削厚度很大的情況下，切削鋼以及鉛等材料時，由于剪切變形完全達到材料的破壞極限，切下的切屑斷裂成均勻的顆粒狀，即粒狀切屑。此時切削力波動最大。 4）崩碎切屑 切削鑄鐵等脆性金屬材料時，切削層金屬未經明顯的塑性變形，就在彎曲拉應力作用下脆斷，得到了不規(guī)則的細粒狀切屑。這時已加工表面質量較差，切削過程不平穩(wěn)。 顯然，切屑類型是由材料特性和變形的程度決定的，加工相同塑性材料，采用不同加工條件，如在形成節(jié)狀切屑的條件下，進一步減小前角，加大切削厚度，就可得到粒狀切屑；反之，如加大前角，提高切削速度，減小切削厚度，則可得到帶狀切屑。生產中，常利用切屑轉化的條件，得到較為有利的切屑類型。

32、從加工過程的平穩(wěn)、保證加工精度和加工表面質量考慮，帶狀切屑是較好的類型。帶狀切屑也有不同的形狀。如圖3-21e所示。連綿不斷的長條狀切屑不便處理，且容易纏繞在工件或刀具上，影響切削過程的進行，甚至傷人。因而在數控機床上C形切屑是較好的形狀。但其高頻率折斷會影響切削過程的平穩(wěn)性。所以，在精車時是螺卷屑較好，其形成過程平穩(wěn)，清理方便。在重型車床上用大切深、大進給量車削鋼件時，通常使切屑卷曲成發(fā)條狀，在加工工件表面上頂斷，并靠自重墜落。在自動線上，寶塔狀切屑不會纏繞，清理也方便，是較好的屑形。車削鑄鐵、脆黃銅等脆性材料時，切屑崩碎、飛濺，易傷人，并研損機床滑動面，應設法使切屑連成螺狀短卷。圖3-22

33、 切屑的形狀 2、切屑的流向、卷曲 1）切屑的流向 如圖3-23所示，在直角自由切削（直角切削是指刀具主切削刃的刃傾角s =0 時的切削，此時主切削刃與切速度方向成直角，故又稱為正交切削。刀具切削過程中，一條直線刀刃參加切削工作，這種情況稱之為自由切削）時，切屑在正交平面內流出。在直角非自由切削時，由于刀尖圓弧半徑和切削刃的影響，切屑流出方向與正交平面形成一個出屑角，與主偏角kr和副切削刃工作長度有關；斜角切削時，切屑的流向受刃傾角s影響，出屑角約等于刃傾角s。圖3-24是s對切屑流向影響示意圖。 卷屑槽斜角也影響切屑的流向和屑形。外斜式槽形使切屑向工件方向流出，內斜式槽形使切屑背離工件方向流

34、出。圖2-23 切屑的流向 圖3-24s對切屑流向的影響 2）切屑的卷曲 切屑的卷曲是由于切削過程中的塑性變形和摩擦變形、切屑流出時的附加變形而產生的。通過在前刀面上制出的卷屑槽（斷屑槽）、凸臺、附加擋塊以及其他障礙物可以使切屑產生充分的附加變形。采用卷屑槽能可靠地促使切屑卷曲，切屑在流經卷屑槽時，受外力F作用產生力矩M使切屑卷曲，如圖3-25所示。圖3-25 切屑的卷曲 （3）影響因素）影響因素 1）工件材料的影響）工件材料的影響 2）刀具幾何參數的影響）刀具幾何參數的影響 在刀具幾何參數中，對斷屑影響較大的是主偏角r。在進給量不變的情況下，主偏角r增大，切屑厚度相應增大，切屑也容易折斷。因

35、此，在生產中希望有較好的斷屑效果時，一般選取較大的主偏角，一般r6090。 3) 切削用量的影響 切削用量的變化會對斷屑產生影響，選擇合適的切削用量，能增強斷屑效果。 在切削用量參數中，進給量f對斷屑影響最大。進給量f增大，切削厚度也增大，碰撞時容易折斷。切削速度c和背吃刀量ap對斷屑影響較小，不過，背吃刀量ap增加，切削層寬度增加，斷屑困難增大；切削速度提高，斷屑效果下降。 1) 磨制斷屑槽 磨制斷屑槽是焊接硬質合金車刀常用的一種斷屑方式。其方法是在前刀面上磨制出斷屑槽或使用壓塊式斷屑器。如圖3-26所示，斷屑槽的形式有折線型、直線圓弧型和全圓弧型3種形式。圖3-26 斷屑槽形式（4）切屑的

36、控制）切屑的控制 2) 采用合適的切削條件 a) 采用合理的刀具幾何參數。 在刀具幾何參數中，對斷屑影響較大的是主偏角r。在進給量不變的情況下，主偏角r增大，切屑厚度相應增大，切屑也容易折斷。因此，在生產中希望有較好的斷屑效果時，一般選取較大的主偏角，一般r6090。 刃傾角s的變化對切屑流向產生影響，因而也影響斷屑效果。刃傾角為負時，切屑流向已加工表面折斷；刃傾角為正時，切屑流向待加工表面折斷。 b) 采用合理的切削用量。3.3 切削力 在金屬切削時，刀具切入工件，使被加工材料發(fā)生變形并成為切屑所需的力，稱為切削力。 切削力直接影響切削熱的產生，并進一步影響刀具磨損、壽命、加工精度和已加工表

37、面質量。3.3.1 3.3.1 切削力的產生和分解切削力的產生和分解 1 1、切削力的分析、切削力的分析 切削力來源于三個變形區(qū)內切削層金屬、切屑和工件表面的變形抗力和刀具與切屑、刀具與工件表面的摩擦阻力。在實際應用中常將總切削分解成3個相互垂直的切削分力，如圖3-30所示。 圖3-30 外圓車削時力的分解 （1 1）主切削力）主切削力F FC C 垂直于基面，與切削速度方向平行的切削分力。主切削力是最大的分力，是校驗機床動力、設計機床主傳動系統(tǒng)零件、夾具強度和剛度的主要依據，也是計算刀具強度和選擇切削用量的依據。 （ 2 2）吃刀抗力）吃刀抗力( (背向分力背向分力) )F FP P 在基面

38、內與進給運動相垂直，即吃刀方向上的分力。吃刀抗力對工件的加工精度影響最大。切削工件時，易使其產生彈性彎曲，引起振動。車削剛性差的細長軸類工件時，Fp對其加工精度的影響尤其顯著。如圖3-30所示，采用雙頂尖裝夾時，加工后工件易呈鼓形；采用三爪卡盤夾持一端時，加工后工件易呈喇叭形。 （3 3）進給抗力）進給抗力F Ff f 在基面內，與進給運動方向相平行，即沿進給方向的切削分力。是設計和驗算進給運動機構零件強度和剛度的依據。22222cfpcDFFFFFF 式中，FD為推力，是總切削力F在切削層尺寸平面上的投影，單位為N。它與背向力Fp和進給力Ff的關系為： Fp=FDcoskr , Ff=FDs

39、inkr 可見，主偏角的大小影響著背向力Fp和進給力Ff的配置。在進行細長軸、絲桿等工件車削時，只要采用大的主偏角，就可以使背向力大大減小，防止工件由于彎曲變形而產生的直線度誤差。當工藝系統(tǒng)的剛性較差時，應盡可能使用大的主偏角刀具進行切削。3.3.2 切削力與切削功率的計算切削力與切削功率的計算1.計算切削力的指數公式 切削功率Pc用于核算加工成本和計算能量消耗，并在設計機床時根據它來選擇機床主電動機功率。主運動消耗的切削功率: 式中 Fc主切削力，N； c切削速度，m/min。 2、切削功率的計算、切削功率的計算 根據切削功率Pc可計算或校核機床主電動機的功率PE(單位為kW)：cEmPPm

40、為機床傳動效率，m0.750.85。3.按單位切削力計算切削力和切削功率單位切削力kc是指單位切削面積上的切削力：3.3.3 影響切削力的因素 在切削過程中，切削力可能使工藝系統(tǒng)產生變形，影響加工精度。為了提高加工精度，應減小切削力，增大工藝系統(tǒng)剛度。影響切削力大小的因素很多，主要有以下幾個方面。 （1 1） 工件材料的影響工件材料的影響 工件材料的強度、硬度越高，切削力越大。切削脆性材料時，被切材料的塑性變形及它與前刀面的摩擦都比較小，故其切削力相對較小。 （2 2） 切削用量的影響切削用量的影響 背吃刀量ap和進給量f ap和f增大，都會使切削力增大，但兩者的影響程度不同。ap增大時，變形

41、系數不變，切削力成正比增大；f增大時，有所下降，故切削力不成正比增大。因此，在切削加工中，如果從切削力和切削功率來考慮，加大進給量比加大背吃刀量有利，這樣既可提高切削效率又減小了單位切削力。 切削速度vc 如圖3-31所示，切削塑性材料時，在無積屑瘤產生的切削速度范圍內，一般切削力隨著切削速度的增大而減小。這是因為切削速度增大時，切削溫度升高，摩擦系數減小，從而使減小，切削力下降。在產生積屑瘤的切削速度情況下，刀具的實際前角是隨積屑瘤的成長與脫落變化的。在積屑瘤增長期，隨著切削速度增大，積屑瘤高度增大，實際前角增大，減小，切削力下降；在積屑瘤消退期，隨著切削速度增大，積屑瘤減小，實際前角變小，

42、增大，切削力上升。 切削灰鑄鐵、黃銅等脆性材料時，被切材料的塑性變形及它與前刀面的摩擦均比較小，因此，切削速度對切削力沒有顯著影響。 工件材料：45鋼，正火，187HBS 圖3-31 切削速度對切削力的影響（3 3）刀具幾何角度的影響）刀具幾何角度的影響 前角o 前角對切削力影響較大。切削塑性材料時，切削力隨著前角的增大而減小。因為隨著前角的增大，變形系數減小，切屑流出的阻力減小，前角對切削力的影響隨著切削速度的增加而減小。切削脆性材料時，由于切削變形很小，前角對切削力的影響不顯著。圖3-32 前角對切削力的影響 主偏角r 主偏角對Fc的影響不大，主偏角為6075時，Fc最小，因此，在實際生產

43、中，主偏角r=75的情況較多。對背向力Fp和進給力Ff影響較大，主偏角r增大，背向力Fp減小，進給力Ff增大。圖3-33 主偏角對切削力的影響 刃傾角s 改變刃傾角將影響切屑在前刀面上的流動方向。圖3-34 刃傾角對切削力的影響 （4 4）刀具磨損）刀具磨損 后刀面磨損增大時，后刀面上的法向力和摩擦力都增大，故切削力增大。 （5 5）切削液）切削液 使用以冷卻作用為主的切削液(如水溶液)對切削力影響不大，使用潤滑作用強的切削液(如切削油)可使切削力減小。 （6 6） 刀具材料刀具材料 刀具材料與工件材料間的摩擦系數影響摩擦力的大小，導致切削力變化。在其他切削條件完全相同的條件下，用陶瓷刀切削比

44、用硬質合金刀具切削的切削力小，用高速鋼刀具進行切削的切削力大于前兩者。3.3.4、切削力的測量2.壓電式測力儀1.電阻試測量儀3.4 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度 切削熱是切削過程中的重要物理現象之一。切削熱和右它產生的切削溫度影響切削過程、刀具磨損和刀具使用壽命、加工精度和表面質量。3.4.1 切削熱的產生和傳出切削熱的產生和傳出 在切削過程中，由于被切削金屬層彈性及塑性變形，以及工件與刀具、切屑與刀具之間摩擦，使切削區(qū)間(工件、切屑、刀具的接觸區(qū)間)產生大量的熱，稱為切削熱。切削過程中所消耗的能量，絕大部分都轉變成了切削熱，只有1%2%的功以形成新表面和改變晶格等作為應變能被儲存在工件

45、材料中。 切削塑性材料時，變形和摩擦都比較大，所以發(fā)熱較多。切削速度提高時，因切屑的變形減小，所以塑性變形產生的熱量百分比降低，而摩擦產生熱量的百分比增高。切削脆性材料時，后刀面上摩擦產生的熱量在切削熱中所占的百分比增大。圖3-35 切削熱的產生與傳導 1、切削熱產生的來源 切削熱主要有下述三個來源： (1) 單位時間內被加工材料的彈、塑性變形功轉變的熱Qb； (2) 單位時間內刀具前刀面與切屑底部摩擦所產生的熱Qq； (3) 單位時間內刀具后刀面與工件表面摩擦所產生的熱Qh。 Q=Qb+Qq+Qh 如果忽略在進給運動中所做的功，則單位時間內所產生的熱量等于在主運動中單位時間內所做的功：Q=F

46、cc 式中 Fc切削力；c切削速度。 2、切削熱的傳導 切削區(qū)里所產生的切削熱，在切削過程中分別由切屑、工件、刀具和周圍介質傳導出去。影響熱傳導的主要因素是工件和刀具材料的導熱系數以及周圍介質的狀況。 工件材料的導熱系數高，由切屑和工件傳導出去的熱量較多，切削區(qū)溫度就較低，但整個工件的溫度升高較快。例如，切削導熱系數較高的銅和鋁工件時，切削區(qū)溫度較低，所以刀具壽命較高，但工件溫升較快。值得注意的是，加工這類工件時，由于熱脹冷縮的作用較顯著，在室溫下檢驗的尺寸往往與切削時測量的尺寸相差較大。如果工件的導熱系數低，則切削熱不易從切屑和工件傳導出去，切削區(qū)溫度就較高，使刀具磨損較快。例如，切削不銹鋼

47、和高溫合金及鈦合金時，由于它們的導熱系數低，切削區(qū)溫度很高，一般的刀具材料磨損較快，必須采用耐熱性好的刀具材料，并且加注充分的切削液進行冷卻。 刀具材料的導熱系數高，則切削區(qū)的熱量就容易從刀具傳導出去，也能降低切削區(qū)的溫度。例如，鎢鈷(YG)類硬質合金的導熱系數普遍高于鎢鈷鈦(YT)類硬質合金，加上前者的抗彎強度高，所以，在切削導熱系數低、熱強性好的不銹鋼和高溫合金時，在缺少新型高性能硬質合金的情況下，往往采用YG6X、YG6A等牌號的鎢鈷類硬質合金。 采用冷卻性能好的水溶劑切削液能有效地降低切削溫度，采用噴霧冷卻法，使霧狀的切削液在切削區(qū)受熱后氣化，也能吸收大量的熱量。3.4.2 切削溫度及

48、其分布 1 1、切削溫度、切削溫度 一般所說的切削溫度，是指前刀面與切屑接觸區(qū)的平均溫度。 2、切削溫度的測量 （1）自然熱電偶法； （2）人工熱電偶法； （3）紅外測溫法。 3、切削溫度的分布 在切削過程中，某一瞬時工件、切屑、刀具上各點的溫度通常是不相同的，而且溫度的分布，也就是溫度場是隨時間而變化的。如圖3-36所示是用紅外膠片法測得的切削鋼料時，正交平面內的溫度場。由此可歸納出一些切削溫度分布的規(guī)律。 （1）剪切區(qū)內，沿剪切面方向上各點溫度幾乎相同，而在垂直于剪切面方向上的溫度梯度很大。由此可以推想，在剪切面上各點的應力和應變的變化不大，而且剪切區(qū)內的剪切滑移變形很強烈，產生的熱量十分

49、集中。 （2）前刀面和后刀面上的最高溫度點都不在切削刃上，而是在離切削刃有一定距離的地方。這是摩擦熱沿前、后刀面逐漸增加的緣故。 （3） 在靠近前刀面的切屑底層上，溫度梯度很大，這說明前刀面上的摩擦熱集中在切屑底層，對切屑底層金屬的剪切強度會有很大的影響。因此，切削溫度上升會使前刀面上的摩擦系數下降。 （4）刀面的接觸長度較窄，因此，工件加工表面上溫度的升降是在極短的時間內完成的。刀具通過時，加工表面受到一次熱沖擊。3.4.3 切削切削溫度的主要因素 1.切削用量的影響 實驗表明，切削速度增加一倍，切削溫度增加約32%；其次是進給量f，進給量增加一倍，切削溫度增加約18%；背吃刀量ap的影響最

50、小，ap增加一倍，切削溫度增加約7%。因此，切削用量的三要素中，切削速度c對切削溫度的影響最顯著。主要原因是速度增加，摩擦熱增多；f增加，切削變形減小，切屑帶走的熱量也增多；背吃刀量的增加使切削寬度增加，顯著增加熱量的散熱面積。 2 2、刀具幾何參數的影響、刀具幾何參數的影響 對切削溫度影響較大的是前角和主偏角。切削溫度隨前角0的增大而降低。減小主偏角，切削層公稱寬度增大、公稱厚度減小，又因為刀頭散熱體積增大，所以切削溫度下降。圖3-38 前角對切削溫度的影響 圖3-39 主偏角對切削溫度的影響 3 3、工件材料的影響、工件材料的影響 工件材料的強度和硬度越高，產生的切削熱就越多，因而切削溫度

51、就越高；工件材料的傳熱系數越小，傳熱速度就越慢，切削溫度也越高。一般合金鋼強度大于碳素鋼，而傳熱系數又低于碳素鋼，所以在相同條件下，切削溫度要高許多。鑄鐵等脆性金屬材料切削時的塑性變形和摩擦都較小，產生的熱量小，故切削溫度一般比切削碳素鋼低。 4 4、刀具磨損的影響、刀具磨損的影響 切削溫度隨著刀具的磨損而逐步提高。后刀面的磨損達到一定數值后，其對切削溫度的影響最大，而且切削速度越高，影響越顯著。 5 5、切削液的影響、切削液的影響 使用切削液能夠降低摩擦，減少切削熱的產生，同時，隨著切削液的流動，還可以帶走一部分熱量，從而降低切削溫度。切削液的導熱性能、比熱容、流量、澆注方式和切削液的溫度對

52、切削溫度均有很大的影響。從導熱性能來看，油類切削液不如乳化液，乳化液不如水基切削液體。3.4.4 切削液 合理選用切削液可以改善切屑、工件與刀具間的摩擦情況，抑制積屑瘤的生長，從而降低切削力和切削溫度，減小工件的熱變形，減小刀具磨損，提高刀具壽命，提高加工精度，改善又加工表面質量。 1、切削液的作用 （1）冷卻作用 切削液澆注到切削區(qū)域后，可以使通過介質傳散的熱量增加，降低切削溫度。在刀具材料的耐熱性較差、導熱性較差以及工件材料的熱膨脹系數較大、導熱性較差情況下，切削液的冷卻作用顯得更為重要。 （2）潤滑作用 切削液可以在切屑、工件與刀具界面間形成潤滑油膜，減小摩擦。當各界面間由于載荷作用、溫

53、度的影響，使油膜厚度減薄、連續(xù)性破壞，導致金屬表面間局部凸起的尖峰相接觸時，由于潤滑液的滲透和吸附作用，仍能在摩擦副表面存在著潤滑液的吸附膜，起到減小摩擦的作用。這種狀態(tài)稱為邊界潤滑摩擦。在切削液中加入極壓添加劑可以形極壓化學吸附膜，提高切削液在切削過程中承受切削負荷的能力。 （3）清洗作用 切削液具有清洗的作用，可以清除金屬切削中產生的碎屑或磨粉，防止劃傷加工表面和機床導軌面。清洗性能與切削液的滲透性、流動性和使用的壓力有關。加入大劑量的表面活性劑和少量礦物油、保持足夠的流量，可提高清洗效果。 （4）防銹作用 為了減小工件、機床、刀具等受周圍介質（空氣、水分等）的腐蝕，要求切削液具有一定的防

54、銹作用。其作用取決于切削液本身的性能和加入的防銹添加劑的作用。 除上述四個方面外，對切削液還有價廉、配制方便、性能穩(wěn)定、不污染環(huán)境、不易燃、對人體無害等要求。隨具體的加工條件不同，對切削液的作用要求側重面不同。 2、切削液的種類 切削加工中最常用的切削液有水溶性和非水溶性兩大類。 1）水溶性切削液 水溶性切削液主要有水溶液、乳化液、化學合成液及離子型切削液等。 （1）水溶液 在水中加入防銹劑、清洗劑、油性添加劑，其冷卻、清洗作用較好，廣泛用于磨制和粗加工。 （2）乳化液 乳化液是在水中加乳化油攪拌而成的乳白色液體。第濃度乳化液主要起冷卻作用。高濃度乳化液主要起潤滑作用，適用于精加工和復雜工序的

55、加工。 乳化油中也常加防銹劑、極壓添加劑來提高乳化液的防銹、潤滑性能。 （3）化學合成液 是較新型的高性能切削液，具有良好冷卻、潤滑、清洗和防銹性能。常用于高速磨削，可提高生產率、砂輪壽命和磨削表面質量。 （4）離子型切削液 切削時離子型切削液摩擦產生的靜電荷可與母液在水溶液中離解成的各種強度的離子迅速反應而消除，降低切削溫度。常用于磨削和粗加工。 2）非水溶性切削液 （1）切削油 有礦物油、動物油、植物油和動植物混合油。動植物混合油易變質，較少使用。 機油用于普通車削、攻螺紋；煤油或與礦物油的混合油用于精加工有色金屬和鑄鐵；煤油或與機油的混合油用于普通孔或深孔加工；蓖麻油或豆油也用于螺紋加工

56、；輕柴油用于自動機上，作自身潤滑液和切削液用。 （2）極壓切削油 在切削油中加入硫、氯和磷極壓添加劑，形成非常結實的潤滑油膜，能顯著提高潤滑效果和冷卻作用。常用于精加工及加工高強度鋼、高溫合金等難加工材料。 （3）固體潤滑劑 用二硫化鉬、硬脂酸和石蠟做成蠟棒，涂在刀具表面，切削時可減小摩擦，起潤滑作用。 3、切削液的使用方法 （1）澆注法 切削加工時，切削液以澆注法用得最多。此時，澆注量應充足，澆注位置應盡量接近切削區(qū)。深孔加工時，應使用大流量、高壓力的切削液，以達到有效地冷卻、潤滑和排屑的目的。 （2）噴霧冷卻法 利用壓縮空氣使切削液霧化，并高速噴向切削區(qū)，當微小的液滴碰到灼熱的刀具、切屑時

57、，便很快汽化，帶走大量的熱量，從而有效地降低切削溫度。 （3）高壓冷卻法 高壓冷卻是在高壓作用下使切削液通過刀體內部的通道直接流向切削區(qū)，起到充分冷卻的作用。3.5 刀具磨損、破損與使用壽命 切削金屬時刀具將切屑切離工件，同時本身也要發(fā)生磨損或破損。磨損是連續(xù)的、逐漸的發(fā)展過程；而破損一般是隨機的突發(fā)破壞（包括脆性破損和塑性破損）。 在金屬切削加工中，刀具/工件界面處的表面負荷以及切屑沿刀具前刀面高速滑移而產生的能量和摩擦，轉化為熱量，而通常這些熱量的80%都被切屑帶走(這一比例的變化取決于幾個要素尤其是切削速度)，其余大約20%的熱量則傳入刀具之中，熱量和溫度是刀具磨損的根本。 3.5.1

58、刀具的磨損形式1、前刀面磨損圖3-40 刀具的磨損形態(tài)圖3-41 前刀面的磨損痕跡隨時間的變化圖3-42 前刀面磨損的測量2、后刀面磨損圖3-43 刀具磨損的測量位置 切削時，工件的新鮮加工表面與刀具后刀面接觸，相互摩擦，引起后刀面磨損。3、邊界磨損 切削鋼料時，常在主切削刃靠近工件外表皮處以及副切削刃靠近刀尖處的后刀面上，磨出較深的溝紋。3.5.2 3.5.2 刀具磨損的原因刀具磨損的原因 1、磨料磨損(又叫硬質點磨損) 切屑或工件表面的一些微小硬質點(如碳化物、氧化物等)和雜質(如砂粒、氧化皮等)以及粘附的積屑瘤碎片等，在刀具表面刻劃出溝紋而造成的一種機械磨損。對于切削速度較低、切削溫度不

59、高的高速鋼(如拉刀、板牙和絲錐等)，這是主要的磨損原因。 2、粘結磨損 在刀具后刀面與工件表面和刀具前刀面與切屑之間的正壓力及切削溫度的作用下，形成新鮮表面接觸。當接觸面達到原子間距離時，就會產生吸附粘結現象。粘結點逐漸地被工件或切屑剪切、擠裂而帶走，刀具表面就產生粘結磨損。粘結磨損是硬質合金在以中等偏低的切削速度切削時磨損的主要原因之一。 3、 擴散磨損 在高溫、高壓下，刀具材料與工件材料中某些化學元素在固態(tài)下互相擴散，即硬質合金中的Ti、W、Co等元素向鋼中擴散，而工件中的Fe、C等元素向刀具擴散，導致刀面的硬度、強度下降，脆性增加，刀具磨損加劇。這種現象就是擴散磨損。擴散磨損是硬質合金刀

60、具在高溫(8001 000)下切削時產生的主要原因之一。一般W、Co的擴散速度較Ti、Ta快，所以YT類硬質合金的高溫切削性能比YG類好。 4、相變磨損 在切削的高溫下，刀具金相組織發(fā)生改變，引起硬度降低造成的磨損。相變磨損是高速鋼刀具磨損的主要原因之一。 5、氧化磨損 硬質合金刀具切削溫度達到700800時，刀具中一些C、Co、TiC等元素被空氣氧化，在刀具表層形成一層硬度較低的氧化膜，當氧化膜磨損后，在刀具表面形成氧化磨損。 總的來說，刀具磨損可能是其中的一種或幾種。對一定的刀具和工件材料，起主導作用的是切削溫度。在低溫區(qū)，一般以硬質點磨損為主；在高溫區(qū)以粘結磨損、擴散磨損、氧化磨損和相變