楊繼榮機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)指導(dǎo)課件第2章 金屬切削基本原理

1、2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課件2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件2022-4-30（時(shí)間：4次課，8學(xué)時(shí)）2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n教學(xué)目標(biāo)：n金屬切削就是用刀具把工件表面上多余的金屬切掉，以金屬切削就是用刀具把工件表面上多余的金屬切掉，以獲得需要的工件形狀和尺寸。切削過程的實(shí)質(zhì)是工件切獲得需要的工件形狀和尺寸。切削過程的實(shí)質(zhì)是工件切削層在

2、刀具前刀面的擠壓下產(chǎn)生塑性變形，變成切屑的削層在刀具前刀面的擠壓下產(chǎn)生塑性變形，變成切屑的復(fù)雜過程。在這個(gè)過程中的許多物理現(xiàn)象如：切削力、復(fù)雜過程。在這個(gè)過程中的許多物理現(xiàn)象如：切削力、切削熱和刀具的磨損與刀具壽命、卷屑與斷屑等，都與切削熱和刀具的磨損與刀具壽命、卷屑與斷屑等，都與金屬的變形有密切的關(guān)系，都會(huì)影響加工質(zhì)量、生產(chǎn)率金屬的變形有密切的關(guān)系，都會(huì)影響加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本。通過本章的學(xué)習(xí)，要了解金屬切削基本原和生產(chǎn)成本。通過本章的學(xué)習(xí)，要了解金屬切削基本原理，掌握金屬切削變形過程的規(guī)律，從而主動(dòng)地加以有理，掌握金屬切削變形過程的規(guī)律，從而主動(dòng)地加以有效的控制，以便創(chuàng)造出更先進(jìn)的加

3、工方法和高效率的切效的控制，以便創(chuàng)造出更先進(jìn)的加工方法和高效率的切削刀具，以適應(yīng)現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的需要。削刀具，以適應(yīng)現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的需要。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：n切削變形切削變形n切削力切削力n切削熱切削熱n刀具磨損刀具磨損n刀具幾何參數(shù)選擇刀具幾何參數(shù)選擇n切削用量選擇切削用量選擇2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n案例導(dǎo)入：n要加工如圖要加工如圖2.1所示短軸。怎樣才能把多余的材料所示短軸。怎樣才能把多余的材料去掉？要多大的切削力？如何選擇刀具的幾何參數(shù)去掉？要多大的切削力？如何選擇刀具的幾何參數(shù)和切削用量？和切削用量？20

4、22-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.1短軸2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n2.1 金屬切削過程金屬切削過程n2.2 切削力切削力n2.3 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度n2.4 刀具磨損與刀具耐用度刀具磨損與刀具耐用度n2.5 磨削機(jī)理磨削機(jī)理n2.6 刀具幾何參數(shù)與切削用量的選擇刀具幾何參數(shù)與切削用量的選擇n2.7 實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)n2.8 習(xí)題習(xí)題 2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n2.1.1 切削變形與切屑的形成切削變形與切屑的形成n2.1.2 切屑的類型切屑的類型n2.1.3切削變形程度的表示方法切削變形程度的表示方法n2.1.4前刀面

5、上的摩擦與積屑瘤前刀面上的摩擦與積屑瘤n2.1.5已加工表面的形成過程已加工表面的形成過程n2.1.6影響切屑變形的主要因素影響切屑變形的主要因素2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n金屬切削過程是指將工件上多余的金屬層，通過切金屬切削過程是指將工件上多余的金屬層，通過切削加工被刀具切除而形成切屑的過程。研究切削過削加工被刀具切除而形成切屑的過程。研究切削過程的物理本質(zhì)及其變化規(guī)律，對(duì)提高切削加工生產(chǎn)程的物理本質(zhì)及其變化規(guī)律，對(duì)提高切削加工生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低加工成本有著很重要的意率，保證加工質(zhì)量，降低加工成本有著很重要的意義。義。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)

6、教學(xué)課件n1. 切削層與切削層參數(shù)n在切削過程中，主運(yùn)動(dòng)一個(gè)切削循環(huán)內(nèi)，刀具從工在切削過程中，主運(yùn)動(dòng)一個(gè)切削循環(huán)內(nèi)，刀具從工件上所切除的金屬層稱為切削層。如圖件上所切除的金屬層稱為切削層。如圖2.2所示，所示，車削時(shí)工件旋轉(zhuǎn)一周，刀具從位置車削時(shí)工件旋轉(zhuǎn)一周，刀具從位置II移到了移到了I， I與與II之間的材料層即為切削層。之間的材料層即為切削層。 2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.2 切削用量和切削層參數(shù)2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n切削層的參數(shù)有：切削層的參數(shù)有：n1）切削層公稱厚度）切削層公稱厚度hD（mm） 指垂直于過渡表面測(cè)量的切削層尺指

7、垂直于過渡表面測(cè)量的切削層尺寸，即相鄰兩過渡表面間的距離。寸，即相鄰兩過渡表面間的距離。hD反映了切削刃單位長(zhǎng)度上的切削反映了切削刃單位長(zhǎng)度上的切削負(fù)荷。由圖負(fù)荷。由圖2.2可知可知nhD f sinr（2-1)n2）切削層公稱寬度）切削層公稱寬度bD（mm） 指沿過渡表面測(cè)量的切削層尺寸。指沿過渡表面測(cè)量的切削層尺寸。bD反映了切削刃參加切削的長(zhǎng)度。由圖反映了切削刃參加切削的長(zhǎng)度。由圖2.2可知可知nbD ap / sinr (2-2)n3）切削層公稱橫截面積）切削層公稱橫截面積AD（mm2） 指在切削層尺寸平面里測(cè)量的指在切削層尺寸平面里測(cè)量的橫截面積。即為切削層公稱厚度與切削層公稱寬度的

8、乘積。由圖橫截面積。即為切削層公稱厚度與切削層公稱寬度的乘積。由圖2.2可可知知nAD hD bD ap f (2-3)2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n2. 切削變形的本質(zhì)n從材料力學(xué)中得知，金屬材料受擠壓時(shí)，其內(nèi)部材料產(chǎn)生應(yīng)從材料力學(xué)中得知，金屬材料受擠壓時(shí)，其內(nèi)部材料產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變（圖力應(yīng)變（圖2.3所示），在大約與受力方向成所示），在大約與受力方向成45（圖中（圖中和方向即剪切方向）的斜截面內(nèi)剪應(yīng)力最大，開始是和方向即剪切方向）的斜截面內(nèi)剪應(yīng)力最大，開始是彈性變形，當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限時(shí)，剪切變形進(jìn)入彈性變形，當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限時(shí)，剪切變形進(jìn)入塑性流動(dòng)階段

9、，材料內(nèi)部沿著剪切面發(fā)生相對(duì)滑移，材料就塑性流動(dòng)階段，材料內(nèi)部沿著剪切面發(fā)生相對(duì)滑移，材料就被壓扁（塑性材料）或剪斷（脆性材料）。被壓扁（塑性材料）或剪斷（脆性材料）。n切削加工與上述擠壓相似，只是在切削加工時(shí)，受切削層下切削加工與上述擠壓相似，只是在切削加工時(shí)，受切削層下方（線以下）材料的阻礙，切削層材料不能沿方向方（線以下）材料的阻礙，切削層材料不能沿方向滑移，只能沿剪切面向上滑移，于是，切削層材料就轉(zhuǎn)變?yōu)榛?，只能沿剪切面向上滑移，于是，切削層材料就轉(zhuǎn)變?yōu)榍行迹妶D切屑，見圖2.4。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.3金屬的擠壓與切削2022-4-30楊繼榮 機(jī)械

10、制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.4切削過程示意圖2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n3. 切屑的形成過程與三個(gè)變形區(qū)n如圖如圖2.5所示，在刀具切入工件后，由于切削刃和所示，在刀具切入工件后，由于切削刃和前刀面的推擠，工件材料內(nèi)部的每一點(diǎn)都要產(chǎn)生一前刀面的推擠，工件材料內(nèi)部的每一點(diǎn)都要產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力，離刀具愈近的地方，應(yīng)力愈大。定的內(nèi)應(yīng)力，離刀具愈近的地方，應(yīng)力愈大。 n第一變形區(qū)第一變形區(qū)是切屑形成的主要區(qū)域是切屑形成的主要區(qū)域(圖圖2.6中中區(qū)區(qū))，在刀具前面推擠下，切削層金屬發(fā)生塑性變形。在刀具前面推擠下，切削層金屬發(fā)生塑性變形。 2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)

11、教學(xué)課件n圖2.5 第一變形區(qū)金屬的滑移2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.6 金屬切削過程中的滑移線和流線示意圖2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n第二變形區(qū)：第二變形區(qū)：切屑沿前面流動(dòng)時(shí)，進(jìn)一步受到刀具前面的擠壓，在刀具切屑沿前面流動(dòng)時(shí)，進(jìn)一步受到刀具前面的擠壓，在刀具前面與切屑底層之間產(chǎn)生了劇烈摩擦，使切屑底層的金屬晶粒纖維化，前面與切屑底層之間產(chǎn)生了劇烈摩擦，使切屑底層的金屬晶粒纖維化，其方向基本上和刀具前面平行。這個(gè)變形區(qū)域稱為第二變形區(qū)其方向基本上和刀具前面平行。這個(gè)變形區(qū)域稱為第二變形區(qū)(圖圖2.6中中區(qū)區(qū))。第二變形區(qū)對(duì)切削過程也會(huì)產(chǎn)生較顯

12、著的影響。第二變形區(qū)對(duì)切削過程也會(huì)產(chǎn)生較顯著的影響。n第三變形區(qū)：第三變形區(qū)：切削層金屬被刀具切削刃和前面從工件基體材料上剝離下切削層金屬被刀具切削刃和前面從工件基體材料上剝離下來，進(jìn)入第一和第二變形區(qū)；同時(shí)，工件基體上留下的材料表層經(jīng)過刀來，進(jìn)入第一和第二變形區(qū)；同時(shí)，工件基體上留下的材料表層經(jīng)過刀具鈍圓切削刃和刀具后面的擠壓、摩擦，使表層金屬產(chǎn)生纖維化和非晶具鈍圓切削刃和刀具后面的擠壓、摩擦，使表層金屬產(chǎn)生纖維化和非晶質(zhì)化，并使其顯微硬度提高；并且在刀具后面離開后，已加工表面表層質(zhì)化，并使其顯微硬度提高；并且在刀具后面離開后，已加工表面表層和深層金屬都要產(chǎn)生回彈，從而產(chǎn)生表面殘留應(yīng)力，這些

13、變形過程都是和深層金屬都要產(chǎn)生回彈，從而產(chǎn)生表面殘留應(yīng)力，這些變形過程都是在第三變形區(qū)在第三變形區(qū)(圖圖2.6中中區(qū)區(qū))內(nèi)完成的，也是已加工表面形成的過程。內(nèi)完成的，也是已加工表面形成的過程。第三變形區(qū)內(nèi)的摩擦與變形情況，直接影響著已加工表面的質(zhì)量。第三變形區(qū)內(nèi)的摩擦與變形情況，直接影響著已加工表面的質(zhì)量。n這三個(gè)變形區(qū)不是獨(dú)立的，它們有緊密的內(nèi)在聯(lián)系和相互影響。這三個(gè)變形區(qū)不是獨(dú)立的，它們有緊密的內(nèi)在聯(lián)系和相互影響。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n由于工件材料以及切削條件不同，切削變形的程度由于工件材料以及切削條件不同，切削變形的程度也就不同，因而所產(chǎn)生的切屑形態(tài)也就多種

14、多樣。也就不同，因而所產(chǎn)生的切屑形態(tài)也就多種多樣。其基本類型如圖其基本類型如圖2.7示，即帶狀切屑、節(jié)狀切屑、示，即帶狀切屑、節(jié)狀切屑、粒狀切屑和崩碎切屑四類。粒狀切屑和崩碎切屑四類。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.7 切屑類型2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n1. 帶狀切屑n帶狀切屑是最常見的一種切屑。它的形狀像一條連帶狀切屑是最常見的一種切屑。它的形狀像一條連綿不斷的帶子，底部光滑，背部呈毛茸狀。一般加綿不斷的帶子，底部光滑，背部呈毛茸狀。一般加工塑性材料，當(dāng)切削厚度較小、切削速度較高、刀工塑性材料，當(dāng)切削厚度較小、切削速度較高、刀具前角較大時(shí)，

15、得到的切屑往往是帶狀切屑。出現(xiàn)具前角較大時(shí)，得到的切屑往往是帶狀切屑。出現(xiàn)帶狀切屑時(shí)，切削過程平穩(wěn)，切削力波動(dòng)較小，已帶狀切屑時(shí)，切削過程平穩(wěn)，切削力波動(dòng)較小，已加工表面粗糙度值較小。加工表面粗糙度值較小。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n2. 擠裂切屑n擠裂切屑又稱節(jié)狀切屑。切屑上各滑移面大部分被剪斷，尚擠裂切屑又稱節(jié)狀切屑。切屑上各滑移面大部分被剪斷，尚有小部分連在一起，猶如節(jié)骨狀。它的外弧面呈鋸齒形，內(nèi)有小部分連在一起，猶如節(jié)骨狀。它的外弧面呈鋸齒形，內(nèi)弧面有時(shí)有裂紋。其原因是由于它的第一變形區(qū)較寬，在剪弧面有時(shí)有裂紋。其原因是由于它的第一變形區(qū)較寬，在剪切滑移過程中滑

16、移量較大。由滑移變形所產(chǎn)生的加工硬化使切滑移過程中滑移量較大。由滑移變形所產(chǎn)生的加工硬化使剪切力增加，在局部地方達(dá)到材料的破裂強(qiáng)度。這種切屑在剪切力增加，在局部地方達(dá)到材料的破裂強(qiáng)度。這種切屑在切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較小的情況下產(chǎn)生。切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較小的情況下產(chǎn)生。出現(xiàn)節(jié)狀切屑時(shí)，切削過程不平穩(wěn)，切削力有波動(dòng)，已加工出現(xiàn)節(jié)狀切屑時(shí)，切削過程不平穩(wěn)，切削力有波動(dòng)，已加工表面粗糙度值較大。表面粗糙度值較大。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n3. 單元切屑(粒狀切屑)n切屑沿剪切面完全斷開，因而切屑呈梯形的單元狀切屑沿剪切面完全斷開，因而切屑呈梯

17、形的單元狀(粒狀粒狀)。當(dāng)切削塑性材料，在切削速度極低時(shí)產(chǎn)生這種切屑。出現(xiàn)單當(dāng)切削塑性材料，在切削速度極低時(shí)產(chǎn)生這種切屑。出現(xiàn)單元切屑時(shí)切削力波動(dòng)大，已加工表面粗糙度值大。元切屑時(shí)切削力波動(dòng)大，已加工表面粗糙度值大。n以上三種切屑只有在加工塑性材料時(shí)才可能得到。生產(chǎn)中最以上三種切屑只有在加工塑性材料時(shí)才可能得到。生產(chǎn)中最常見的是帶狀切屑，有時(shí)得到擠裂切屑，單元切屑則很少見。常見的是帶狀切屑，有時(shí)得到擠裂切屑，單元切屑則很少見。切屑的形態(tài)是隨切削條件的改變而轉(zhuǎn)化的。在形成擠裂切屑切屑的形態(tài)是隨切削條件的改變而轉(zhuǎn)化的。在形成擠裂切屑的情況下，若減小刀具前角，降低切削速度，或加大切削厚的情況下，若減

18、小刀具前角，降低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到單元切屑；反之，則可得到帶狀切屑。度，就可以得到單元切屑；反之，則可得到帶狀切屑。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n4. 崩碎切屑n切削脆性材料時(shí)，由于材料的塑性很小且抗拉強(qiáng)度低，被切切削脆性材料時(shí)，由于材料的塑性很小且抗拉強(qiáng)度低，被切金屬層在前刀面的推擠下未經(jīng)塑性變形就在拉應(yīng)力狀態(tài)下脆金屬層在前刀面的推擠下未經(jīng)塑性變形就在拉應(yīng)力狀態(tài)下脆斷，形成不規(guī)則的碎塊狀切屑。它與工件基體分離的表面很斷，形成不規(guī)則的碎塊狀切屑。它與工件基體分離的表面很不規(guī)則，切削力波動(dòng)很大，切削振動(dòng)大，加工表面凹凸不平，不規(guī)則，切削力波動(dòng)很大，切削振動(dòng)

19、大，加工表面凹凸不平，表面粗糙度值很大。表面粗糙度值很大。n在切削加工中采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣砜刂魄行嫉木砬?、流出與折在切削加工中采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣砜刂魄行嫉木砬?、流出與折斷，使形成斷，使形成“可接受可接受”的良好屑形。從切屑控制的角度出發(fā)的良好屑形。從切屑控制的角度出發(fā)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定了切屑分類標(biāo)準(zhǔn)，如表）制定了切屑分類標(biāo)準(zhǔn)，如表2.1所所示。示。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n1. 相對(duì)滑移n如圖如圖2.8所示，當(dāng)切削層單元平行四邊形產(chǎn)生剪切所示，當(dāng)切削層單元平行四邊形產(chǎn)生剪切變形為時(shí)，沿剪切面產(chǎn)生的

20、滑移量為變形為時(shí)，沿剪切面產(chǎn)生的滑移量為s。相。相對(duì)滑移對(duì)滑移的大小為：的大小為：n或或2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.8 相對(duì)滑移2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n2. 變形系數(shù)（切屑厚度壓縮比）n在生產(chǎn)實(shí)踐中在生產(chǎn)實(shí)踐中,切屑厚度切屑厚度hch通常要大于切削厚度通常要大于切削厚度,而切屑長(zhǎng)而切屑長(zhǎng)度度lch則小于切削長(zhǎng)度則小于切削長(zhǎng)度lc,如圖如圖2.9所示。由于切削寬度與切所示。由于切削寬度與切屑寬度差異很小屑寬度差異很小,根據(jù)體積不變的原則根據(jù)體積不變的原則,變形系數(shù)可由下式計(jì)變形系數(shù)可由下式計(jì)算算: n n2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造

21、技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.9 切屑的變形2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n1. 前刀面上的摩擦n切削時(shí)，切削層經(jīng)第一區(qū)變形后沿前刀面排出，受到前刀面的擠壓和摩切削時(shí)，切削層經(jīng)第一區(qū)變形后沿前刀面排出，受到前刀面的擠壓和摩擦變形加劇，進(jìn)入第二變形區(qū)。切屑在流經(jīng)前刀面時(shí)，在高溫高壓的作擦變形加劇，進(jìn)入第二變形區(qū)。切屑在流經(jīng)前刀面時(shí)，在高溫高壓的作用下產(chǎn)生劇烈的摩擦，致使刀具前刀面與切屑底層產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，也稱用下產(chǎn)生劇烈的摩擦，致使刀具前刀面與切屑底層產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，也稱冷焊這種摩擦與一般金屬接觸面間的摩擦不同。如圖冷焊這種摩擦與一般金屬接觸面間的摩擦不同。如圖2.10所示，刀屑所示，

22、刀屑接觸區(qū)分為粘結(jié)區(qū)和滑動(dòng)區(qū)兩部分。粘結(jié)區(qū)的摩擦為金屬間的內(nèi)摩擦，接觸區(qū)分為粘結(jié)區(qū)和滑動(dòng)區(qū)兩部分。粘結(jié)區(qū)的摩擦為金屬間的內(nèi)摩擦，是金屬內(nèi)部的剪切滑移，這部分的切向應(yīng)力等于被切材料的剪切屈服是金屬內(nèi)部的剪切滑移，這部分的切向應(yīng)力等于被切材料的剪切屈服點(diǎn)點(diǎn) ?；瑒?dòng)區(qū)的摩擦為外摩擦，即滑動(dòng)摩擦，這部分的切向應(yīng)力隨著?；瑒?dòng)區(qū)的摩擦為外摩擦，即滑動(dòng)摩擦，這部分的切向應(yīng)力隨著遠(yuǎn)離切削刃由遠(yuǎn)離切削刃由 逐漸減小至零。而刀屑接觸面上正應(yīng)力分布是刃口處逐漸減小至零。而刀屑接觸面上正應(yīng)力分布是刃口處最大，遠(yuǎn)離刃口處變小，直至減小至零。所以前刀面上各點(diǎn)的摩擦是不最大，遠(yuǎn)離刃口處變小，直至減小至零。所以前刀面上各點(diǎn)的

23、摩擦是不同的。同的。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.10 切屑和前刀面摩擦特性2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n2. 積屑瘤n1）積屑瘤的形成）積屑瘤的形成n由于刀屑接觸面很潔凈，切削塑性材料時(shí)，在粘結(jié)摩擦和滯由于刀屑接觸面很潔凈，切削塑性材料時(shí)，在粘結(jié)摩擦和滯留的作用下，當(dāng)前刀面上的溫度和壓力適宜時(shí)，切屑底層金留的作用下，當(dāng)前刀面上的溫度和壓力適宜時(shí)，切屑底層金屬粘結(jié)前刀面的刃口附近（即所謂的屬粘結(jié)前刀面的刃口附近（即所謂的“冷焊冷焊”），形成硬度），形成硬度很高（是工件材料的很高（是工件材料的23倍倍)的一個(gè)楔塊，稱為積屑瘤，見的一個(gè)楔塊，稱為積

24、屑瘤，見圖圖2.11。積屑瘤的大小常用積屑瘤的高度。積屑瘤的大小常用積屑瘤的高度Hb表示。表示。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.11 積屑瘤前角和伸出量2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n2）積屑瘤對(duì)切削過程的影響）積屑瘤對(duì)切削過程的影響n增大前角，減小切削力增大前角，減小切削力積屑瘤在刀面上增大了刀具的積屑瘤在刀面上增大了刀具的實(shí)際工作前角，可減小切屑變形，減小切削力。實(shí)際工作前角，可減小切屑變形，減小切削力。n影響尺寸精度影響尺寸精度積屑瘤前端伸出刀刃外，使切削厚度增積屑瘤前端伸出刀刃外，使切削厚度增加了，影響工件尺寸精度。加了，影響工件尺寸精度。

25、n增大表面粗糙度值增大表面粗糙度值高度不穩(wěn)定的積屑瘤會(huì)在工件表面高度不穩(wěn)定的積屑瘤會(huì)在工件表面上劃出溝痕和擠歪已有溝痕，脫落后的積屑瘤顆粒會(huì)嵌在已上劃出溝痕和擠歪已有溝痕，脫落后的積屑瘤顆粒會(huì)嵌在已加工表面上，增大表面粗糙度值。加工表面上，增大表面粗糙度值。n減小刀具磨損減小刀具磨損積屑瘤象帽子保護(hù)著切削刃，代替切削積屑瘤象帽子保護(hù)著切削刃，代替切削刃、前刀面和后刀面進(jìn)行切削，減小刀具的磨損。刃、前刀面和后刀面進(jìn)行切削，減小刀具的磨損。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n3）影響積屑瘤的主要因素）影響積屑瘤的主要因素n主要取決于切削溫度。此外，接觸面間的壓力、粗糙程度、粘結(jié)強(qiáng)度

26、等主要取決于切削溫度。此外，接觸面間的壓力、粗糙程度、粘結(jié)強(qiáng)度等因素都與形成積屑瘤的條件有關(guān)。因素都與形成積屑瘤的條件有關(guān)。n工件材料工件材料塑性越大，切削溫度越高，越容易形成積屑瘤?？梢圆伤苄栽酱?，切削溫度越高，越容易形成積屑瘤?？梢圆捎谜鸹蛘{(diào)質(zhì)處理避免積屑瘤的生成。用正火或調(diào)質(zhì)處理避免積屑瘤的生成。n切削速度切削速度實(shí)驗(yàn)表明，采用低速（實(shí)驗(yàn)表明，采用低速（ 3m/min）或較高速（）或較高速（ 40m/min）切削時(shí)，不易產(chǎn)生積屑瘤，如圖）切削時(shí)，不易產(chǎn)生積屑瘤，如圖2.12示。示。n刀具前角刀具前角增大前角，可以減小切屑變形、切削力和摩擦，降低切增大前角，可以減小切屑變形、切削力和摩擦

27、，降低切削溫度，抑制積屑瘤的生成。削溫度，抑制積屑瘤的生成。n另外，使用切削液可有效降低切削溫度和摩擦，抑制積屑瘤的產(chǎn)生。另外，使用切削液可有效降低切削溫度和摩擦，抑制積屑瘤的產(chǎn)生。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.12 切削速度與積屑瘤高度的關(guān)系2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n刀具切削刃的刃口實(shí)際上無法磨得絕對(duì)鋒利，總存在刃口圓刀具切削刃的刃口實(shí)際上無法磨得絕對(duì)鋒利，總存在刃口圓弧，如圖弧，如圖2.13所示，刃口圓弧半徑為所示，刃口圓弧半徑為 。切削時(shí)由于刃口。切削時(shí)由于刃口圓弧的切削和擠壓摩擦作用，使刃口前區(qū)的金屬內(nèi)部產(chǎn)生復(fù)圓弧的切削和擠壓摩擦作

28、用，使刃口前區(qū)的金屬內(nèi)部產(chǎn)生復(fù)雜的塑性變形。通常以雜的塑性變形。通常以 O點(diǎn)為分界點(diǎn)，點(diǎn)為分界點(diǎn)，O點(diǎn)以上金屬晶體向點(diǎn)以上金屬晶體向上滑移形成切屑；上滑移形成切屑；O點(diǎn)以下厚度點(diǎn)以下厚度 的金屬層晶體向下滑移的金屬層晶體向下滑移繞過刃口形成已加工表面。這層金屬被刃口圓弧擠壓后，還繞過刃口形成已加工表面。這層金屬被刃口圓弧擠壓后，還繼續(xù)受到后刀面上小棱面繼續(xù)受到后刀面上小棱面CE的摩擦，以及由已加工表面彈的摩擦，以及由已加工表面彈性恢復(fù)層與后刀面上性恢復(fù)層與后刀面上ED部分接觸產(chǎn)生擠壓摩擦，使已加工部分接觸產(chǎn)生擠壓摩擦，使已加工表面變形更劇烈。表面變形更劇烈。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技

29、術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.13 已加工表面變形2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n影響切屑變形的因素很多，主要有：工件材料、刀影響切屑變形的因素很多，主要有：工件材料、刀具前角、切削速度、切削厚度。具前角、切削速度、切削厚度。n1. 工件材料n工件材料的強(qiáng)度、硬度越大，切屑變形越小，圖工件材料的強(qiáng)度、硬度越大，切屑變形越小，圖2.14所示為工件材料的強(qiáng)度對(duì)變形系數(shù)的影響。所示為工件材料的強(qiáng)度對(duì)變形系數(shù)的影響。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.14 材料強(qiáng)度對(duì)變形系數(shù)的影響2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n2. 刀具前角n刀具的前角越大，切削

30、刃就越鋒利，對(duì)切削層金屬刀具的前角越大，切削刃就越鋒利，對(duì)切削層金屬的擠壓也就越小，剪切角就越大，所以，切屑變形的擠壓也就越小，剪切角就越大，所以，切屑變形也就越小，如圖也就越小，如圖2.15所示。所示。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.15 前角對(duì)變形系數(shù)的影響2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n3. 切削速度n切削速度主要是通過積屑瘤和切削溫度使剪切角變切削速度主要是通過積屑瘤和切削溫度使剪切角變化而影響切屑變形的。如圖化而影響切屑變形的。如圖2.16所示，在切削碳鋼所示，在切削碳鋼等塑性金屬時(shí)，變形系數(shù)隨切削速度增大呈波形變等塑性金屬時(shí)，變形系數(shù)隨

31、切削速度增大呈波形變化，這是因?yàn)樵谳^寬的切削速度范圍內(nèi)，中間有一化，這是因?yàn)樵谳^寬的切削速度范圍內(nèi)，中間有一部分區(qū)域會(huì)生成積屑瘤，而高速端和低速端卻沒有部分區(qū)域會(huì)生成積屑瘤，而高速端和低速端卻沒有積屑瘤。積屑瘤。 2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.16 切削速度對(duì)變形系數(shù)的影響2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n4. 切削厚度n隨著切削厚度的增加，摩擦系數(shù)減小，隨著切削厚度的增加，摩擦系數(shù)減小， 增大，變形系數(shù)增大，變形系數(shù) 減小。在無積屑瘤的情況下，越大，減小。在無積屑瘤的情況下，越大， 越小，如圖越小，如圖2.17所所示。切屑底層的金屬與前刀面產(chǎn)生劇

32、烈的擠壓和摩擦，離前示。切屑底層的金屬與前刀面產(chǎn)生劇烈的擠壓和摩擦，離前刀面越遠(yuǎn)，切削層變形越小，因此，切削厚度的增加，使切刀面越遠(yuǎn)，切削層變形越小，因此，切削厚度的增加，使切屑的平均變形減小。屑的平均變形減小。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.17 切削厚度對(duì)變形系數(shù)的影響2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n2.2.1 切削力的來源及分解切削力的來源及分解n2.2.2 切削力的測(cè)量切削力的測(cè)量n2.2.3 切削力和切削功率的計(jì)算切削力和切削功率的計(jì)算n2.2.4 影響切削力的因素影響切削力的因素2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n切削過

33、程中，切削力直接影響著切削熱、刀具磨損、切削過程中，切削力直接影響著切削熱、刀具磨損、刀具耐用度、加工精度和已加工表面質(zhì)量。在生產(chǎn)刀具耐用度、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，制定切削用量，設(shè)中，切削力又是計(jì)算切削功率，制定切削用量，設(shè)計(jì)機(jī)床、刀具、夾具的重要依據(jù)。因此，研究和掌計(jì)機(jī)床、刀具、夾具的重要依據(jù)。因此，研究和掌握切削力的規(guī)律和計(jì)算、實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)生產(chǎn)實(shí)際有握切削力的規(guī)律和計(jì)算、實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)生產(chǎn)實(shí)際有重要的實(shí)用意義。重要的實(shí)用意義。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n1. 切削力的來源n加工時(shí)，使切削層產(chǎn)生彈性、塑性變形的切削抗力加工時(shí)，使切削

34、層產(chǎn)生彈性、塑性變形的切削抗力作用在刀具上；前刀面與切屑間、后刀面與已加工作用在刀具上；前刀面與切屑間、后刀面與已加工表明間的摩擦力也作用在刀具上，這些力稱為切削表明間的摩擦力也作用在刀具上，這些力稱為切削力。如圖力。如圖2.18所示。所示。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.18 作用在刀具上的切削力2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n2. 切削力的分解n圖圖2.19所示為車削外圓時(shí)的切削力。為了便于測(cè)量、研究所示為車削外圓時(shí)的切削力。為了便于測(cè)量、研究和計(jì)算，常將切削合力和計(jì)算，常將切削合力F分解為三個(gè)互相垂直的分力：分解為三個(gè)互相垂直的分力： n（1

35、）切削力）切削力 （切向力）（切向力）切削合力在主運(yùn)動(dòng)方向的分切削合力在主運(yùn)動(dòng)方向的分力。力。n（2）背向力）背向力 （徑向力）（徑向力）切削合力在加工表面法向方切削合力在加工表面法向方向上的分力。向上的分力。n（3）進(jìn)給力）進(jìn)給力 （軸向力）（軸向力）切削合力切削合力F在進(jìn)給方向的分在進(jìn)給方向的分力。力。 2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.19 切削力的分解2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n測(cè)力儀的測(cè)量原理是測(cè)量出變形或電荷，經(jīng)轉(zhuǎn)換后測(cè)力儀的測(cè)量原理是測(cè)量出變形或電荷，經(jīng)轉(zhuǎn)換后讀出三個(gè)切削分力。目前應(yīng)用最廣的是電阻應(yīng)變片讀出三個(gè)切削分力。目前應(yīng)用最廣

36、的是電阻應(yīng)變片式測(cè)力儀。它的靈敏度高，精度高，量程范圍大，式測(cè)力儀。它的靈敏度高，精度高，量程范圍大，可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量和靜態(tài)測(cè)量?？捎糜趧?dòng)態(tài)測(cè)量和靜態(tài)測(cè)量。n電阻式測(cè)力儀的工作原理是將若干電阻應(yīng)變片貼在電阻式測(cè)力儀的工作原理是將若干電阻應(yīng)變片貼在測(cè)力儀上彈性元件的不同部位，分別聯(lián)成電橋，如測(cè)力儀上彈性元件的不同部位，分別聯(lián)成電橋，如圖圖2.20中的中的R1R4。 2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.20 電阻應(yīng)變片式測(cè)力儀2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n1. 切削力的計(jì)算n通過大量實(shí)驗(yàn)，用測(cè)力儀測(cè)得各向分力后，通過數(shù)據(jù)處理，通過大量實(shí)驗(yàn)，用測(cè)力儀測(cè)得各向

37、分力后，通過數(shù)據(jù)處理，可得切削力的經(jīng)驗(yàn)公式。生產(chǎn)中切削力的經(jīng)驗(yàn)公式分兩類：可得切削力的經(jīng)驗(yàn)公式。生產(chǎn)中切削力的經(jīng)驗(yàn)公式分兩類：一是指數(shù)公式；一是按單位切削力計(jì)算的公式。一是指數(shù)公式；一是按單位切削力計(jì)算的公式。n1）計(jì)算切削力的指數(shù)公式）計(jì)算切削力的指數(shù)公式2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n2）單位切削力的計(jì)算公式）單位切削力的計(jì)算公式n用單位切削力用單位切削力p來計(jì)算主切削力是一種更簡(jiǎn)便的形來計(jì)算主切削力是一種更簡(jiǎn)便的形式。單位切削力是指切除單位切削層面積所產(chǎn)生的式。單位切削力是指切除單位切削層面積所產(chǎn)生的主切削力。用主切削力。用p表示為：表示為：2022-4-30楊繼榮

38、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n2. 切削功率的計(jì)算n切削功率切削功率Pc 指在切削過程中所消耗的功率，是各切削指在切削過程中所消耗的功率，是各切削分力消耗功率的和。由于主運(yùn)動(dòng)方向上的功率消耗最大，通分力消耗功率的和。由于主運(yùn)動(dòng)方向上的功率消耗最大，通常用主運(yùn)動(dòng)消耗的功率表示切削功率常用主運(yùn)動(dòng)消耗的功率表示切削功率Pc（kW）：）：n則機(jī)床電動(dòng)機(jī)所需功率則機(jī)床電動(dòng)機(jī)所需功率PE（Kw）為：）為：2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n1. 工件材料的影響n工件材料的物理力學(xué)性能、加工硬化程度、熱處理情況都影工件材料的物理力學(xué)性能、加工硬化程度、熱處理情況都影響切削力的大小，其中影響較大的

39、主要因素是強(qiáng)度、硬度和響切削力的大小，其中影響較大的主要因素是強(qiáng)度、硬度和塑性。工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，則屈服強(qiáng)度越高，切削塑性。工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，則屈服強(qiáng)度越高，切削力越大。在強(qiáng)度、硬度相近的情況下，材料的塑性（伸長(zhǎng)力越大。在強(qiáng)度、硬度相近的情況下，材料的塑性（伸長(zhǎng)率）、韌性越大，則刀具前面上的平均摩擦系數(shù)越大，切削率）、韌性越大，則刀具前面上的平均摩擦系數(shù)越大，切削力也就越大。另外，加工硬化程度大，切削力也增大。力也就越大。另外，加工硬化程度大，切削力也增大。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n2. 切削用量的影響n（1）進(jìn)給量）進(jìn)給量f和背吃刀量和背吃刀量aPn

40、進(jìn)給量進(jìn)給量f和背吃刀量和背吃刀量aP的增加，都使切削面積的增加，都使切削面積D增大，但進(jìn)給量增大，但進(jìn)給量f的增的增加使變形程度減小，切削層單位面積切削力減小，故切削力有所增加；加使變形程度減小，切削層單位面積切削力減小，故切削力有所增加；而背吃刀量而背吃刀量aP增加時(shí)，切削層單位面積切削力不變，切削刃上的切削負(fù)增加時(shí)，切削層單位面積切削力不變，切削刃上的切削負(fù)荷也隨之增大，即切削變形抗力和刀具前面上的摩擦力均成正比的增加。荷也隨之增大，即切削變形抗力和刀具前面上的摩擦力均成正比的增加。 n（2）切削速度）切削速度vC n積屑瘤的存在與否，決定著切削速度對(duì)切削力的影響情況：在積屑瘤生積屑瘤的

41、存在與否，決定著切削速度對(duì)切削力的影響情況：在積屑瘤生長(zhǎng)階段，長(zhǎng)階段，vC增加，積屑瘤高度增加，變形程度減小，切削力減?。欢e增加，積屑瘤高度增加，變形程度減小，切削力減??；而積屑瘤的減小會(huì)使切削力增大。屑瘤的減小會(huì)使切削力增大。 2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n3. 刀具幾何參數(shù)與刀具材料的影響n（1）前角）前角 前角前角增大時(shí)，若后角不變，刀具容易切增大時(shí)，若后角不變，刀具容易切入工件，有助于切削變形的減小，使變形抗力減小，所以切入工件，有助于切削變形的減小，使變形抗力減小，所以切削力減小。削力減小。 n（2）負(fù)倒棱）負(fù)倒棱 前刀面上的負(fù)倒棱能顯著提高刀具的刃口強(qiáng)前刀面

42、上的負(fù)倒棱能顯著提高刀具的刃口強(qiáng)度，可以提高刀具壽命；但負(fù)倒棱使切削變形增加，所以切度，可以提高刀具壽命；但負(fù)倒棱使切削變形增加，所以切削力增大。削力增大。n（3）主偏角）主偏角 主偏角主偏角r對(duì)切削力的影響可以從圖對(duì)切削力的影響可以從圖2.21的實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及式（驗(yàn)數(shù)據(jù)及式（2.10） 知，主偏角知，主偏角r變大時(shí)，會(huì)使變大時(shí)，會(huì)使 減小，減小， 增大。增大。 2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.21 主偏角對(duì)切削力的影響2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n（4）刀尖圓弧半徑）刀尖圓弧半徑 刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑r增大，則切削刃圓弧增大，則切削刃圓弧部

43、分的長(zhǎng)度增長(zhǎng)，切削變形增大，使切削力增大。部分的長(zhǎng)度增長(zhǎng)，切削變形增大，使切削力增大。n4. 刀具磨損及切削液的影響n刀具后面磨損后，后角為零，作用在后面上的法向力刀具后面磨損后，后角為零，作用在后面上的法向力Fna和和摩擦力摩擦力Ffa都增大，故切削力都增大，故切削力Fc、背向力、背向力Fp增大。增大。n切削過程中采用切削液可減小刀具與工件間及刀、屑間的摩切削過程中采用切削液可減小刀具與工件間及刀、屑間的摩擦，有利于減小切削力。擦，有利于減小切削力。 2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n2.3.1 切削熱的來源與傳導(dǎo)切削熱的來源與傳導(dǎo)n2.3.2 切削溫度切削溫度n2.3.3

44、影響切削溫度的因素影響切削溫度的因素n2.3.4切削液切削液2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n切削熱和由它產(chǎn)生的切削溫度會(huì)使整個(gè)工藝系統(tǒng)的切削熱和由它產(chǎn)生的切削溫度會(huì)使整個(gè)工藝系統(tǒng)的溫度升高，一方面會(huì)引起工藝系統(tǒng)的變形，另一方溫度升高，一方面會(huì)引起工藝系統(tǒng)的變形，另一方面會(huì)加速刀具的磨損，從而影響工件的加工精度、面會(huì)加速刀具的磨損，從而影響工件的加工精度、表面質(zhì)量及刀具的耐用度。因此，研究切削熱和切表面質(zhì)量及刀具的耐用度。因此，研究切削熱和切削溫度的產(chǎn)生及其變化規(guī)律有很重要的意義。削溫度的產(chǎn)生及其變化規(guī)律有很重要的意義。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n1.

45、 切削熱的產(chǎn)生n切削加工時(shí)，切削層金屬發(fā)生彈性變形和塑性變形切削加工時(shí)，切削層金屬發(fā)生彈性變形和塑性變形所消耗的能量所消耗的能量98以上都轉(zhuǎn)換成為熱能，這是切削以上都轉(zhuǎn)換成為熱能，這是切削熱的一個(gè)主要來源。另外，刀、屑面間的摩擦以及熱的一個(gè)主要來源。另外，刀、屑面間的摩擦以及后刀面與工件間的摩擦，是切削熱的又一個(gè)來源。后刀面與工件間的摩擦，是切削熱的又一個(gè)來源。在三個(gè)切削變形區(qū)都產(chǎn)生切削熱，如圖在三個(gè)切削變形區(qū)都產(chǎn)生切削熱，如圖2.22所示。所示。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.22 切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n2. 切削熱的

46、傳導(dǎo)n切削熱由切屑、工件、刀具以及周圍的介質(zhì)傳導(dǎo)出去。影響切削熱由切屑、工件、刀具以及周圍的介質(zhì)傳導(dǎo)出去。影響熱傳導(dǎo)的主要因素是工件和刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)，以及周圍熱傳導(dǎo)的主要因素是工件和刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)，以及周圍介質(zhì)的狀況。工件的導(dǎo)熱系數(shù)越大，則通過工件和切屑傳走介質(zhì)的狀況。工件的導(dǎo)熱系數(shù)越大，則通過工件和切屑傳走的熱量越多，切削區(qū)的溫度降低，有利于提高刀具的使用壽的熱量越多，切削區(qū)的溫度降低，有利于提高刀具的使用壽命，但工件的溫度升高了，就會(huì)降低工件加工精度。刀具的命，但工件的溫度升高了，就會(huì)降低工件加工精度。刀具的導(dǎo)熱系數(shù)越大，則通過刀具傳走的熱量越多，可降低切削區(qū)導(dǎo)熱系數(shù)越大，則通過刀

47、具傳走的熱量越多，可降低切削區(qū)的溫度。的溫度。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n切削溫度一般指切屑與前刀面接觸區(qū)域的平均溫度，由于刀切削溫度一般指切屑與前刀面接觸區(qū)域的平均溫度，由于刀具上各點(diǎn)與三個(gè)熱源（三個(gè)變形區(qū)）的距離不同，因此刀具具上各點(diǎn)與三個(gè)熱源（三個(gè)變形區(qū)）的距離不同，因此刀具上各點(diǎn)的溫度分布不均勻，圖上各點(diǎn)的溫度分布不均勻，圖2.23是切屑塑性材料時(shí)，刀是切屑塑性材料時(shí)，刀具、切屑和工件的溫度分布示意圖。切屑沿前刀面流出時(shí)，具、切屑和工件的溫度分布示意圖。切屑沿前刀面流出時(shí)，熱量累積導(dǎo)致溫度升高，而熱傳導(dǎo)又十分不利，在距離刀尖熱量累積導(dǎo)致溫度升高，而熱傳導(dǎo)又十分不

48、利，在距離刀尖一定長(zhǎng)度的地方溫度最高，刀具磨損也是在此處開始。在切一定長(zhǎng)度的地方溫度最高，刀具磨損也是在此處開始。在切脆性材料時(shí)，切屑呈崩碎狀，第一區(qū)的塑性變形不嚴(yán)重，與脆性材料時(shí)，切屑呈崩碎狀，第一區(qū)的塑性變形不嚴(yán)重，與前刀面的接觸長(zhǎng)度很短，使第二區(qū)的摩擦減小，因此，第一前刀面的接觸長(zhǎng)度很短，使第二區(qū)的摩擦減小，因此，第一區(qū)和第二區(qū)的溫度不高，只有第三區(qū)的工件與刀尖的摩擦熱區(qū)和第二區(qū)的溫度不高，只有第三區(qū)的工件與刀尖的摩擦熱是主要熱源，這時(shí)刀具上溫度最高點(diǎn)是在刀尖且靠近后刀面是主要熱源，這時(shí)刀具上溫度最高點(diǎn)是在刀尖且靠近后刀面的地方，磨損也從此處開始。的地方，磨損也從此處開始。2022-4-

49、30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n圖2.23 切屑、工件和刀具上的溫度分布2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n1. 切削用量的影響n（1）切削速度）切削速度vc 隨著切削速度的提高，切削溫度將顯著隨著切削速度的提高，切削溫度將顯著上升。這是因?yàn)?，切屑沿前刀面流出時(shí)，切屑底層與前刀面上升。這是因?yàn)?，切屑沿前刀面流出時(shí)，切屑底層與前刀面發(fā)生強(qiáng)烈摩擦從而產(chǎn)生大量切削熱；由于切削速度很高，在發(fā)生強(qiáng)烈摩擦從而產(chǎn)生大量切削熱；由于切削速度很高，在一個(gè)很短時(shí)間內(nèi)切屑底層的切削熱來不及向切屑內(nèi)部傳導(dǎo)，一個(gè)很短時(shí)間內(nèi)切屑底層的切削熱來不及向切屑內(nèi)部傳導(dǎo)，而是大量積聚在切屑底層，從而使切屑溫度

50、顯著升高。另外，而是大量積聚在切屑底層，從而使切屑溫度顯著升高。另外，隨著切削速度的提高，金屬切除量成正比例增加，消耗的機(jī)隨著切削速度的提高，金屬切除量成正比例增加，消耗的機(jī)械功增大，使切削溫度上升。切削溫度與切削速度之間的經(jīng)械功增大，使切削溫度上升。切削溫度與切削速度之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為：驗(yàn)關(guān)系式為： 2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n（2）進(jìn)給量）進(jìn)給量f 隨著進(jìn)給量的增大，金屬切除量增多，切隨著進(jìn)給量的增大，金屬切除量增多，切削熱增加，使切削溫度上升。但單位切削力和單位切削功率削熱增加，使切削溫度上升。但單位切削力和單位切削功率隨隨f的增大而減小，切除單位體積金屬產(chǎn)生的熱

51、量也減??；的增大而減小，切除單位體積金屬產(chǎn)生的熱量也減??；另外，另外，f增大使切屑變厚，切屑的熱容量增大，由切屑帶走增大使切屑變厚，切屑的熱容量增大，由切屑帶走的熱量增加，故切削區(qū)的溫度上升得不顯著。切削溫度與進(jìn)的熱量增加，故切削區(qū)的溫度上升得不顯著。切削溫度與進(jìn)給量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為給量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n（3）背吃刀量）背吃刀量ap 背吃刀量背吃刀量ap對(duì)切削溫度的影響對(duì)切削溫度的影響很小。因?yàn)楹苄?。因?yàn)閍p增大以后，切削區(qū)產(chǎn)生的熱量雖增加，增大以后，切削區(qū)產(chǎn)生的熱量雖增加，但切削刃參加工作長(zhǎng)度增加，散熱條件改善，故切但切削刃參加工作長(zhǎng)度增

52、加，散熱條件改善，故切削溫度升高并不明顯。切削溫度與被吃刀量之間的削溫度升高并不明顯。切削溫度與被吃刀量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n2. 刀具幾何參數(shù)的影響n（1）前角）前角 前角前角的大小直接影響切削過程中的變形的大小直接影響切削過程中的變形和摩擦，對(duì)切削溫度有明顯影響。前角大，切削溫度低；前和摩擦，對(duì)切削溫度有明顯影響。前角大，切削溫度低；前角小，切削溫度高；但前角達(dá)角小，切削溫度高；但前角達(dá)1820后，對(duì)切削溫度后，對(duì)切削溫度影響減小，這是因?yàn)樾ń亲冃∈股狍w積減小的緣故。影響減小，這是因?yàn)樾ń亲冃∈股狍w積減小的緣故。n（2）主偏角

53、）主偏角r 主偏角主偏角r加大后，切削刃工作長(zhǎng)度縮短，加大后，切削刃工作長(zhǎng)度縮短，切削熱相對(duì)地集中；同時(shí)刀尖角減小，使散熱條件變差，切切削熱相對(duì)地集中；同時(shí)刀尖角減小，使散熱條件變差，切削溫度將升高。若減小主偏角，則刀尖角和切削刃工作長(zhǎng)度削溫度將升高。若減小主偏角，則刀尖角和切削刃工作長(zhǎng)度加大，散熱條件改善，從而使切削溫度降低。加大，散熱條件改善，從而使切削溫度降低。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n3. 刀具磨損的影響n刀具磨損后切削刃變鈍，使金屬變形增加；同時(shí)刀具后刀面與工件的摩刀具磨損后切削刃變鈍，使金屬變形增加；同時(shí)刀具后刀面與工件的摩擦加劇。所以，刀具磨損后切削溫度

54、上升。后刀面上的磨損量越大，切擦加劇。所以，刀具磨損后切削溫度上升。后刀面上的磨損量越大，切削溫度的上升越迅速。削溫度的上升越迅速。n4. 工件材料的影響n工件材料的硬度和強(qiáng)度越高，切削時(shí)切削力大，所消耗的功越多，產(chǎn)生工件材料的硬度和強(qiáng)度越高，切削時(shí)切削力大，所消耗的功越多，產(chǎn)生的切削熱越多，切削溫度就越高。的切削熱越多，切削溫度就越高。n工件材料導(dǎo)熱系數(shù)的大小，直接影響切削熱的導(dǎo)出，如不銹鋼工件材料導(dǎo)熱系數(shù)的大小，直接影響切削熱的導(dǎo)出，如不銹鋼1Crl8Ni9Ti和高溫合金和高溫合金GHl31，不僅導(dǎo)熱系數(shù)小，且在高溫下仍有較高，不僅導(dǎo)熱系數(shù)小，且在高溫下仍有較高的強(qiáng)度和硬度，故切削溫度高。

55、的強(qiáng)度和硬度，故切削溫度高。n5. 切削液的影響n切削液對(duì)降低切削溫度有明顯的效果。切削液對(duì)降低切削溫度有明顯的效果。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n在金屬切削過程中，正確使用切削液，可以減少切在金屬切削過程中，正確使用切削液，可以減少切屑、工件與刀具的摩擦，降低切削溫度和切削力，屑、工件與刀具的摩擦，降低切削溫度和切削力，減緩刀具磨損。切削液還可以減少刀具與切屑粘結(jié)，減緩刀具磨損。切削液還可以減少刀具與切屑粘結(jié)，抑制積屑瘤和鱗刺的生長(zhǎng)；減小已加工表面粗糙度抑制積屑瘤和鱗刺的生長(zhǎng)；減小已加工表面粗糙度值，減少工件熱變形，保證加工精度和提高生產(chǎn)效值，減少工件熱變形，保證加工精

56、度和提高生產(chǎn)效率。率。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n1. 切削液的作用n（1）冷卻作用）冷卻作用 使用切削液能降低切削溫度，從而提高刀使用切削液能降低切削溫度，從而提高刀具使用壽命和加工質(zhì)量。在切削速度高，刀具、工件材料導(dǎo)具使用壽命和加工質(zhì)量。在切削速度高，刀具、工件材料導(dǎo)熱性差，熱膨脹系數(shù)較大的情況下，切削液的冷卻作用尤顯熱性差，熱膨脹系數(shù)較大的情況下，切削液的冷卻作用尤顯重要。重要。n（2）潤(rùn)滑作用）潤(rùn)滑作用 金屬切削加工時(shí)，切屑、工件和刀具表面金屬切削加工時(shí)，切屑、工件和刀具表面的摩擦可以分為干摩擦、流體潤(rùn)滑摩擦和邊界潤(rùn)滑摩擦三類。的摩擦可以分為干摩擦、流體潤(rùn)滑摩擦

57、和邊界潤(rùn)滑摩擦三類。不加切削液時(shí)，就是金屬與金屬接觸的干摩擦，摩擦系數(shù)最不加切削液時(shí)，就是金屬與金屬接觸的干摩擦，摩擦系數(shù)最大。大。 2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n（3）清洗作用）清洗作用 切削液能沖刷掉切削中產(chǎn)生的碎屑或磨粉，切削液能沖刷掉切削中產(chǎn)生的碎屑或磨粉，避免劃傷已加工表面和機(jī)床導(dǎo)軌。清洗性能的好壞，與切削避免劃傷已加工表面和機(jī)床導(dǎo)軌。清洗性能的好壞，與切削液的滲透性、流動(dòng)性和使用的壓力有關(guān)。切削液的清洗作用液的滲透性、流動(dòng)性和使用的壓力有關(guān)。切削液的清洗作用對(duì)于磨削精密加工和自動(dòng)線加工十分重要，而深孔加工時(shí)，對(duì)于磨削精密加工和自動(dòng)線加工十分重要，而深孔加工時(shí)，

58、常常利用高壓切削液來進(jìn)行排屑。常常利用高壓切削液來進(jìn)行排屑。n（4）防銹作用）防銹作用 為減少工件、機(jī)床、刀具的腐蝕，要求切為減少工件、機(jī)床、刀具的腐蝕，要求切削液具有一定的防銹作用。其防銹作用的好壞，取決于切削削液具有一定的防銹作用。其防銹作用的好壞，取決于切削液本身的性能和加入的防銹添加劑的性質(zhì)。液本身的性能和加入的防銹添加劑的性質(zhì)。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n2. 切削液的種類及選用n（1）水溶液）水溶液 主要成分為水并加入防銹劑和添加劑，使其主要成分為水并加入防銹劑和添加劑，使其既有良好的冷卻、防銹性能，又有一定的潤(rùn)滑作用。適合于既有良好的冷卻、防銹性能，又有一

59、定的潤(rùn)滑作用。適合于磨削加工。磨削加工。n（2）乳化液）乳化液 主要成分為水（主要成分為水（9598），加入適量），加入適量的礦物油、乳化劑和其它添加劑配制而成的乳白色切削液。的礦物油、乳化劑和其它添加劑配制而成的乳白色切削液。低濃度乳化液主要起冷卻作用；高濃度乳化液主要起潤(rùn)滑作低濃度乳化液主要起冷卻作用；高濃度乳化液主要起潤(rùn)滑作用。乳化液主要用于車削、鉆削、攻螺紋。用。乳化液主要用于車削、鉆削、攻螺紋。2022-4-30楊繼榮 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)課件n（3）切削油）切削油 主要成分是礦物油主要成分是礦物油(機(jī)油、輕柴油、煤油機(jī)油、輕柴油、煤油)，少數(shù)采用動(dòng)植物油少數(shù)采用動(dòng)植物油(豆油、菜油

60、、蓖麻油、棉子油、豬油、豆油、菜油、蓖麻油、棉子油、豬油、鯨油鯨油)等。切削油一般用于滾齒、插齒、銑削、車螺紋及一等。切削油一般用于滾齒、插齒、銑削、車螺紋及一般材料的精加工。般材料的精加工。n機(jī)油用于普通車削、攻螺紋；煤油或與礦物油的混合油用于機(jī)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(jī)油的混合油用于普通孔精加工有色金屬和鑄鐵；煤油或與機(jī)油的混合油用于普通孔或深孔精加工；蓖麻油或豆油也用于螺紋加工；輕柴油用于或深孔精加工；蓖麻油或豆油也用于螺紋加工；輕柴油用于自動(dòng)機(jī)床上，做自身潤(rùn)滑液和切削液用。自動(dòng)機(jī)床上，做自身潤(rùn)滑液和切削液用。n表表2.2列出了針對(duì)