《機(jī)械制造過(guò)程原理》課件02第二章 金屬切削過(guò)程及切削參數(shù)優(yōu)化選擇

1、研究金屬切削過(guò)程的意義 ： 通過(guò)研究揭示金屬切削過(guò)程的變化規(guī)律，用于指導(dǎo)生產(chǎn)。它是研究切削力、切削熱、振動(dòng)、卷屑、斷屑、刀具磨損及加工表面質(zhì)量的基礎(chǔ)。 研究金屬切削過(guò)程的方法 ： 側(cè)方格變形觀察法； 高頻攝影法； 快速落刀法； 在線瞬態(tài)體視攝影系統(tǒng) 掃描電鏡顯微觀察法； (6)光彈性，光塑性試驗(yàn)法等。第二章 金屬切削過(guò)程及切削參數(shù)優(yōu)化選擇 一、研究金屬切削變形過(guò)程的實(shí)驗(yàn)方法1.側(cè)面變形觀察法 用顯微鏡直接觀察在低速直角自由切削時(shí)工件側(cè)面切削層的金屬變形狀況。為了對(duì)金屬切削層各點(diǎn)的變形觀察的更準(zhǔn)確，可以將工件側(cè)面拋光，劃出細(xì)小方格，察看切削過(guò)程中這些方格如何被扭曲，從而獲知刀具前方變形區(qū)的范圍以

2、及金屬顆粒如何流向切屑。根據(jù)變形圖像和塑性力學(xué)可以計(jì)算出各點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。 2.1 金屬切削的變形過(guò)程圖3-1 金屬切削層變形圖像2高速攝影法 采用高速攝影機(jī)拍攝，每秒可拍幾百幅到萬(wàn)幅以上。拍攝時(shí)要用顯微鏡頭或具有放大作用的長(zhǎng)焦距鏡頭，并且要有強(qiáng)的光源。3快速落刀法 為了探索在不同切削條件下的切削變形特征，可用“快速落刀法”取得在該切削條件下的變形區(qū)和切屑根部標(biāo)本。 這種裝置在100mmin的切削速度下可獲得滿意的結(jié)果。4.在線瞬態(tài)體視攝影系統(tǒng) 圖3-3 流線圖和剪切角與變形區(qū)厚度求法a ） 流線圖 b）剪切角與變形區(qū)厚度s求法5掃描電鏡和透視電鏡顯微觀察法 掃描電子顯微鏡SEM（Scannin

3、g electron microscope ）是一種電子光學(xué)顯微鏡，能觀察極微小的表面和裂紋，常用以觀察分析試件表面形貌，還可以分析試件表面的化學(xué)成分。它可用于觀察切屑的斷口型式，屬于剪切破壞或拉伸破裂，刀具的磨損機(jī)理以及切屑的變形過(guò)程。 6光彈性、光塑性試驗(yàn)法 為了分析金屬變形區(qū)的應(yīng)力情況，對(duì)切削刃前方的金屬可進(jìn)行彈性力學(xué)和塑性力學(xué)的研究和實(shí)驗(yàn)。 變形區(qū)應(yīng)力情況，白色條紋為等切應(yīng)力曲線。刃前壓應(yīng)力，刃后拉與應(yīng)力 以切削塑性金屬材料時(shí)切屑形成過(guò)程為例，說(shuō)明金屬切削層的變形。在刀具切削刃附近的切削層，傳統(tǒng)上將其分為三個(gè)變形區(qū)域 （后圖）。 金屬切削過(guò)程的本質(zhì)就是：被切削金屬層在刀具的作用下，經(jīng)受

4、擠壓而產(chǎn)生的剪切滑移變形的過(guò)程。 二、切削變形區(qū)第一變形區(qū)：（基本變形區(qū)）OAOM之間的區(qū)域，是切削過(guò)程中的主要變形區(qū)，是切削力和切削熱的主要來(lái)源。主要特征：剪切面的滑移變形以及加工硬化第二變形區(qū)：切屑底層與前刀面之間的摩擦變形區(qū)?？拷暗睹娴慕饘龠M(jìn)一步纖維化。主要影響切屑的變形和積屑瘤的產(chǎn)生。第三變形區(qū)第二變形區(qū)第一變形區(qū)第三變形區(qū)：工件已加工表面與刀具后刀面之間的擠壓、摩擦變形區(qū)域。造成工件表面的纖維化與加工硬化。該區(qū)域?qū)ぜ砻娴臍堄鄳?yīng)力以及后刀面的磨損有很大的影響。返回1)、第變形區(qū)內(nèi)金屬的剪切變形刀具擠壓工件，產(chǎn)生變形滑移擠裂切離P晶粒OA始剪切線 等剪應(yīng)力線 始滑移線OM終剪切線O

5、AOM所包圍的區(qū)域（塑性變形區(qū)）第變形區(qū)晶?；剖疽鈭D 滑移與晶粒的伸長(zhǎng) 金屬切削過(guò)程示意圖剪切角：通常，OA與OM非常接近，(0.02mm-0.2mm),可近似看作一個(gè)平面，即剪切面。剪切面與切削速度的夾角，即剪切角。2)、第變形區(qū)內(nèi)金屬的擠壓和摩擦 產(chǎn)生塑性變形的金屬切削層材料經(jīng)過(guò)第變形區(qū)后，沿刀具前刀面流出時(shí)又受到前刀面的擠壓和摩擦，在靠近前刀面處的金屬進(jìn)一步纖維化形成第變形區(qū)。纖維化方向與前刀面平行。 3)、第變形區(qū)的擠壓和摩擦 金屬切削層在已加工表面受刀具刀刃鈍圓部分的擠壓與摩擦而產(chǎn)生塑性變形部分的區(qū)域。 第變形區(qū)的形成與刀刃鈍圓有關(guān)。因?yàn)榈度胁豢赡芙^對(duì)鋒利，不管采用何種方式刃磨，刀

6、刃總會(huì)有一鈍圓半徑rn。一般高速鋼刃磨后rn為310m，硬質(zhì)合金刀具磨后約1832m，如采用細(xì)粒金剛石砂輪磨削， rn最小可達(dá)到36m。另外，刀刃切削后就會(huì)產(chǎn)生磨損，增加刀刃鈍圓。 圖3-12表示了考慮刀刃鈍圓情況下已加工表面的形成過(guò)程。三、變形程度的表示方法變形程度的表示方法：剪切角相對(duì)滑移變形系數(shù)1).剪切角 ： 對(duì)于同一工件材料，用同樣的刀具，切削同樣大小的切削層，當(dāng)切削速度高時(shí)，角較大，剪切面積變小，切削比較省力，說(shuō)明剪切角的大小可以作為衡量切削過(guò)程變形的參數(shù)，剪切變形是切削塑性材料時(shí)的重要特征。 角與剪切面面積的關(guān)系三、變形程度的表示方法2)、 相對(duì)滑移 切削過(guò)程中金屬變形主要是剪切

7、滑移，可以用剪應(yīng)變即相對(duì)滑移來(lái)表示。 剪切角與相對(duì)滑移的關(guān)系： =s/y =coso/sincos（- o ） 三、變形程度的表示方法=s/y =coso/sincos（- o ）三、變形程度的表示方法3)、 變形系數(shù)：切屑厚度與切削層厚度或切削層長(zhǎng)度與切屑長(zhǎng)度之比厚度變形系數(shù)：長(zhǎng)度變形系數(shù)：根據(jù)體積不變?cè)頂?shù)：2.2 切屑的種類及卷屑、斷屑機(jī)理一、切屑的種類 由于工件材料、切削條件的不同，產(chǎn)生的切屑種類也不同。按其機(jī)理可分為四大類：帶狀切屑，擠裂(節(jié)狀)切屑，單元切屑，崩碎切屑。1)、帶狀切屑：產(chǎn)生條件：切削塑性材料、切削速度高、切削厚度較小、前角大。形狀：連綿不斷呈帶狀，切屑底面很光滑而背

8、面呈毛茸狀。形成原因：切速高，切削層未及充分變形即變?yōu)榍行?，剪切面上的?yīng)力還未達(dá)到破壞值，因此只有塑性滑移而無(wú)斷裂；前角大，則刀具鋒利；hD小則切削力小。故易得帶狀切屑。特點(diǎn)：切削過(guò)程變形小，切削力小且穩(wěn)定；已加工表面粗糙度低。對(duì)生產(chǎn)安全有危害。2）、擠裂切屑：（節(jié)狀切屑）形狀：宏觀上自然連接，但外表面呈鋸齒形，如竹節(jié)狀。產(chǎn)生條件：切削塑性材料、切削速度中等、切削厚度較厚、前角較小。形成原因：切削層經(jīng)過(guò)充分變形，最后被擠裂。特點(diǎn)：切屑冷硬度高，脆且易斷，便于處理；變形相對(duì)較大，切削力波動(dòng)較大，易產(chǎn)生振動(dòng)；已加工表面粗糙度較高。3)、單元切屑：形狀： 切屑沿?cái)D裂面完全斷開成單元狀。產(chǎn)生條件：材料

9、塑性很差、切速低、hD大、前角小。形成原因：整個(gè)剪切面上剪應(yīng)力超過(guò)材料的破壞強(qiáng)度極限。特點(diǎn)：切削力波動(dòng)很大，有振動(dòng)；已加工表面非常粗糙，且有振紋。4)、崩碎切屑：形狀：切屑呈不規(guī)則的碎塊狀。產(chǎn)生條件：切削脆性材料。形成原因：材料塑性差，抗拉強(qiáng)度低，受前刀面擠壓時(shí)幾乎沒(méi)有塑性變形便脆斷成不規(guī)則的碎塊。特點(diǎn)：切削過(guò)程不平穩(wěn)，切削力波動(dòng)大，有沖擊，振動(dòng)大，已加工表面粗糙。 切削過(guò)程中，切屑的形狀直接影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行和操作人員的安全。同時(shí)在自動(dòng)化生產(chǎn)中，切屑的處理往往成為生產(chǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題。因此，研究切屑的形狀及其變化規(guī)律，并提出相應(yīng)的控制措施，是具有現(xiàn)實(shí)意義的。 二. 切屑的卷曲與折斷1)、 切屑的形

10、狀 在切削過(guò)程中，由于工件材料、刀具幾何形狀和切削用量的差異，使形成的切屑形狀也各異。 帶狀切屑連綿不斷，易纏繞在工件或刀具上，造成劃傷工件表面或打壞刀刃，甚至傷害操作人員，故一般應(yīng)避免形成帶狀切屑。但在某些情況下(如加工盲孔)，為了使切屑順利地排出，希望形成帶狀屑或長(zhǎng)緊卷屑。 C形屑是一種較好的屑形，不會(huì)傷工件表面或打刀刃，也不易傷人。多數(shù)是使它碰撞在刀具后刀面或工件表面上而折斷，但這樣會(huì)影響切削過(guò)程的平穩(wěn)性，也會(huì)影響工件已加工表面粗糙度。因此，精加工時(shí)希望形成長(zhǎng)螺卷屑。 長(zhǎng)緊卷屑也是一種較好的屑形，切削過(guò)程比較平穩(wěn)，并易于清除。但要形成長(zhǎng)緊卷屑，必須嚴(yán)格控制刀具的幾何參數(shù)和切削用量。 在重

11、型車床上，因切屑又厚又寬，為安全起見，希望形成發(fā)條狀屑，并使其在工件加工表面上頂斷，靠自重墜落。在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，排屑及清除對(duì)加工的連續(xù)性很重要，故希望形成不纏繞工件和刀具且易清除的寶塔狀卷屑。 可見，由于切削加工的具體條件不同，對(duì)切屑形狀的要求也不同。 2)、切屑的折斷 金屬切削過(guò)程中產(chǎn)生的切屑是否易折斷，與工件材料的性能及切屑變形有密切關(guān)系。工件材料的強(qiáng)度越高、延伸率越大、韌性越高，切屑越不易折斷。如合金鋼、不銹鋼等就較難斷屑。而鑄鐵、鑄鋼等就較易斷屑。 切削加工中，由于切屑經(jīng)變形而變得硬、脆，這時(shí)再受交變的彎曲和沖擊時(shí)就很容易折斷。塑性變形越大，就越容易折斷。在切削難斷屑的高強(qiáng)度、高

12、韌性、高塑性的材料時(shí)，應(yīng)設(shè)法增大切屑變形，增強(qiáng)切屑的硬化效果，達(dá)到斷屑的目的。由此可見，研究切屑的折斷，必須從切屑的變形入手。 切屑的變形可由兩部分組成，一是切削過(guò)程中產(chǎn)生的，稱為基本變形；二是切屑在流動(dòng)和卷曲過(guò)程中的再次變形，稱為附加變形。影響基本變形的主要因素有刀具幾何參數(shù)(如前角、負(fù)倒棱、刀尖圓角等）和切削參數(shù)(如切削速度、進(jìn)給量等）。前角越小、負(fù)倒棱越寬、切削速度越低，切屑的變形越大，越有利于斷屑。但從切削輕快和切削效率的角度考慮，這樣并不合理，這些措施往往僅作為斷屑的一個(gè)輔助手段。 多數(shù)情況下，僅有基本變形還不能使切屑折斷，必須經(jīng)受再次附加變形，最常用方法就是在前刀面上磨出或壓制出卷

13、屑槽，迫使切屑流入槽內(nèi)經(jīng)受卷曲變形。經(jīng)附加變形后的切屑進(jìn)一步硬化，當(dāng)它再受到彎曲和沖擊就很容易被折斷。3)、卷屑槽的形狀及卷屑機(jī)理 卷屑槽的形狀一般是指刀具正交平面內(nèi)的形狀。常用的有直線圓弧型、直線型和全圓弧型三種。 卷屑槽的形狀 a) 直線圓弧型 b) 直線型 c) 全圓弧型4)、切屑折斷機(jī)理2.3 前刀面的摩擦與積屑瘤一、作用在切屑上的力 為研究前刀面上摩擦對(duì)切屑變形的影響，先要分析作用在切屑上的力。在直角自由切削下，作用在切屑上的力有（如圖）：刀對(duì)屑的法向力Fn和摩擦力Ff，其合力為Fr 。剪切面上的剪切力Fs及法向力Fns，其合力為Fr。兩合力應(yīng)平衡（如圖）。各力間的關(guān)系見圖。其中Fn

14、和Fr的夾角為摩擦角，F(xiàn)r 與切削運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角為作用角。 2.3 前刀面的摩擦與積屑瘤摩擦角對(duì)切削分力Fz、Fy影響： 若測(cè)得切削分力Fz、Fy ，可得tg即為平均摩擦系數(shù)： 二、剪切角與前刀面摩擦角的關(guān)系 1）根據(jù)主應(yīng)力方向與最大剪應(yīng)力方向成45角原理確定的剪切角 由前面兩圖，F(xiàn)r是前刀面上Fn和Ff的合力，合力的方向與主應(yīng)力方向一致；剪切力Fs是在最大剪應(yīng)力方向，它們之間的夾角為（+-）。根據(jù)材料力學(xué)原理：主應(yīng)力方向與最大剪應(yīng)力方向之間夾角為45。李和謝弗公式Lee and Shaffer2.3 前刀面的摩擦與積屑瘤 2）根據(jù)合力最小原理 由前面兩圖，F(xiàn)r是前刀面上Fn和Ff的合力，

15、剪切角不同，則切削合力Fr 也不同，存在一個(gè)，使得Fr 最小。令 ，求得最小Fr 的最小值，即有下式：麥錢特公式M.E. Merchant2.3 前刀面的摩擦與積屑瘤結(jié)論：1當(dāng) 增大時(shí)，角隨之增大，變形減小。即 在保證切削刃強(qiáng)度的條件下，增大前角對(duì)改善 切削過(guò)程是有利的。2當(dāng)增大時(shí)，角隨之減小，變形增大。故仔 細(xì)研磨刀面、加入切削液以減小前刀面上的 摩擦對(duì)改善切削過(guò)程是有利的。2.3 前刀面的摩擦與積屑瘤三、前刀面上的摩擦 前刀面上的摩擦與一般機(jī)械副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦不同。在金屬切削過(guò)程中，切削層對(duì)前刀面的作用力非常之大，達(dá)2GPa以上，變形所產(chǎn)生的熱量使其溫度高達(dá)幾百度，這就造成了切屑底層

16、與前刀面之間極易產(chǎn)生粘結(jié)，使切屑在橫斷面上的流動(dòng)速度不均，即形成了切屑底層的滯流現(xiàn)象。這樣的摩擦實(shí)質(zhì)上就形成了切屑底層的剪切滑移，它與材料的流動(dòng)應(yīng)力特征以及接觸物體之間粘結(jié)面積大小有關(guān)。這種摩擦稱為前刀面上的內(nèi)摩擦。 2.3 前刀面的摩擦與積屑瘤 在前刀面上存在著刀屑摩擦，它影響到切屑的形成、切削力、切削溫度及刀具的磨損，此外還影響積屑瘤的形成和已加工表面質(zhì)量。1、摩擦面的實(shí)際接觸面積1）峰點(diǎn)型接觸 由于固體表面從微觀上看是不平的，若將其疊放在一起，當(dāng)載荷較小時(shí)，接觸面積僅有少數(shù)峰點(diǎn)接觸。當(dāng)載荷增大時(shí)，實(shí)際接觸面積Ar增大。FrN：接觸面的法向載荷s：材料的壓縮屈服極限。2.3 前刀面的摩擦與

17、積屑瘤2）緊密型接觸 當(dāng)法向載荷FrN增大到一定程度時(shí)，實(shí)際接觸面積Ar達(dá)到名義接觸面積Aa，此時(shí)兩摩擦面發(fā)生的接觸稱為緊密型接觸。2、峰點(diǎn)的冷焊和摩擦力 在法向力和切向力的作用下，接觸峰點(diǎn)發(fā)生了強(qiáng)烈的塑性變形，破壞了峰點(diǎn)表面的氧化膜和吸附膜，使接觸的峰點(diǎn)間發(fā)生了焊接，即冷焊。此時(shí)，金屬間的摩擦過(guò)程就是不斷更換冷焊結(jié)的過(guò)程。摩擦力為：2.3 前刀面的摩擦與積屑瘤3、摩擦系數(shù)對(duì)于峰點(diǎn)型接觸，摩擦系數(shù)為：對(duì)于緊密型接觸，摩擦系數(shù)為：可見，對(duì)于峰點(diǎn)型接觸，服從古典摩擦法則。 而對(duì)于緊密型接觸，摩擦系數(shù)是一個(gè)變數(shù)，與名義接觸面積Aa和法向力FrN有關(guān)。2.3 前刀面的摩擦與積屑瘤4、前刀面上的摩擦 前

18、刀面上的應(yīng)力分布如圖，靠近切削刃處的法應(yīng)力較大，遠(yuǎn)離處較小。因而前刀面上有兩種類型的摩擦，OA段為緊密型，AB段為峰點(diǎn)型。OA段的摩擦系數(shù)為： 在一般切削條件下，來(lái)自O(shè)A段的摩擦力占總摩擦力的85%，因此前刀面上的摩擦由緊密型摩擦起主導(dǎo)作用，不服從古典摩擦法則。AB段的摩擦系數(shù)為：2.3 前刀面的摩擦與積屑瘤前刀面上的平均摩擦系數(shù)： 四、影響前刀面摩擦系數(shù)的主要因素1工件材料性能：工件材料的強(qiáng)度和硬度增大，摩擦系數(shù)略有減小，變形系數(shù)也減小，即切削層變形減小。2切削厚度：切削厚度增加時(shí)，正應(yīng)力隨之增大，也略微下降。3. 切削速度：開始隨切削速度增加而增加，到一定值后，又隨之而減小。4前角：在一般

19、切削速度范圍內(nèi)，增大前角使正應(yīng)力減小，材料剪切屈服強(qiáng)度與正應(yīng)力之比增加， 值愈大。 2.3 前刀面的摩擦與積屑瘤五、 積屑瘤的形成及其對(duì)切削過(guò)程的影響 2.3 前刀面的摩擦與積屑瘤2.3 前刀面的摩擦與積屑瘤“在一定的溫度和壓力下,切削塑性金屬時(shí),切屑底層與前刀面嵌入式結(jié)合發(fā)生冷焊現(xiàn)象,使一部分切屑粘結(jié)在前刀面上,形成積屑瘤”。特點(diǎn)：硬度是工件材料的23.5倍，可以代替刀具切削。周而復(fù)始的生長(zhǎng)、脫落。2.3 前刀面的摩擦與積屑瘤對(duì)切削過(guò)程的影響： 積屑瘤代替刀刃進(jìn)行切削，保護(hù)了刀刃，增大了前角。 積屑瘤形狀不規(guī)則，頻繁生長(zhǎng)脫落，影響尺寸精度(增大切削厚度)和表面質(zhì)量（加速刀具磨損）。故：粗加工

20、時(shí)可人為控制積屑瘤的生長(zhǎng)，使積屑瘤能穩(wěn)定存在。精加工時(shí)應(yīng)抑制積屑瘤的產(chǎn)生。產(chǎn)生條件：切削塑性材料。切削區(qū)的溫度、壓力和界面狀況符合在刀面上發(fā)生冷焊的條件。2.3 前刀面的摩擦與積屑瘤控制措施：提高前刀面的光滑程度；提高工件的硬度，降低塑性；采用合適的切削液；避開積屑瘤產(chǎn)生的速度范圍。2.4 影響切屑變形的因素1、工件材料：工件材料硬度、強(qiáng)度提高，摩擦系數(shù)越小。減小時(shí)剪切角將增大，變形系數(shù)將減小。2、前角：增大前角0，使剪切角增大，變形系數(shù)減小，因此，切削變形減小。3、切削速度：在無(wú)積屑瘤的切削速度范圍內(nèi)，切削速度愈大，則變形系數(shù)愈小。 在有積屑瘤的情況下，按積屑瘤的生長(zhǎng)和消失來(lái)解釋。4、當(dāng)切削

21、厚度增加時(shí)，前刀面上的摩擦系數(shù)減小，使與（ 0 作用角）減小，因而增大，可見在無(wú)積屑瘤情況下，f愈大(ac愈大)，則愈小。 2.5 切削力一、切削力的來(lái)源：工件、切屑的變形抗力刀具與切屑、工件與刀具之間的摩擦阻力 切削力：被加工材料發(fā)生變形成為切屑所需的力彈塑性變形抗力和摩擦阻力二、切削力的分解主切削力：FC在主運(yùn)動(dòng)方向的分力。FC與切削速度方向一致，又稱切向抗力。是計(jì)算機(jī)床切削功率的主要依據(jù)。背向力：FP總切削力在切深方向的分力。 FP在基面內(nèi)，與進(jìn)給方向垂直。進(jìn)給抗力：Ff在進(jìn)給方向的分力。是計(jì)算或校核機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的依據(jù)。2.5 切削力三、切削力的計(jì)算1）由實(shí)驗(yàn)獲得經(jīng)驗(yàn)公式：注意：計(jì)算

22、公式由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，式中的各項(xiàng)應(yīng)按照實(shí)驗(yàn)時(shí)的單位計(jì)算。即：aP：mm，f：mm/r手冊(cè)中的數(shù)據(jù)為特定切削條件下測(cè)得的數(shù)據(jù)，當(dāng)實(shí)際的條件與實(shí)驗(yàn)公式條件不符時(shí)，應(yīng)加修正系數(shù)。2.5 切削力經(jīng)驗(yàn)公式的建立：圖解法和最小二乘法2）切削力理論公式：四、單位切削力“單位切削面積上的主切削力”：估算切削力：2.5 切削力五、切削功率機(jī)床總功率：2.5 切削力Fc-主切削力牛頓N；Vc切削速度m/s。單位切削功率“單位時(shí)間內(nèi)切下單位體積金屬所需的功率”2.5 切削力六、影響切削力的因素1. 工件材料影響較大的因素主要是工件材料的強(qiáng)度、硬度和塑性。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

23、情況下，材料的塑性、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。2. 切削用量進(jìn)給量f和背吃刀量ap 進(jìn)給量f和背吃刀量ap增加，使切削力Fc增加，但影響程度不同。進(jìn)給量f 增大時(shí)，切削力增加,而變形系數(shù)略有下降；而背吃刀量ap增大時(shí)，切削刃上的切削負(fù)荷成正比的增加。 結(jié)論： 從提高生產(chǎn)率，減小加工系統(tǒng)載荷和能量消耗的觀點(diǎn)來(lái)看，用大的進(jìn)給量 f 工作，比用大的背吃刀量 ap 工作更為有利。2.5 切削力切削速度在520m/min區(qū)域內(nèi)增加時(shí)，積屑瘤高度逐漸增加，切削力減小；切削速度繼續(xù)在2035m/min范圍內(nèi)增加，積屑瘤逐漸消失，切削力增加；在切削速度大于35m/min時(shí)，由于

24、切削溫度上升，摩擦系數(shù)減小，切削力下降。一般切削速度超過(guò)90m/min時(shí)，切削力無(wú)明顯變化。在切削脆性金屬工件材料時(shí)，因塑性變形很小，刀屑界面上的摩擦也很小，所以切削速度c 對(duì)切削力Fc無(wú)明顯的影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，如果刀具材料和機(jī)床性能許可，采用高速切削，既能提高生產(chǎn)效率，又能減小切削力。 切削速度vc2.5 切削力2.5 切削力前角: o 切削變形切削力。（塑性材料）負(fù)倒棱：負(fù)倒棱大大提高了正前角刀具的刃口強(qiáng)度，但同時(shí)也增加了負(fù)倒棱前角(負(fù)前角)參加切削的比例，負(fù)前角的絕對(duì)值切削變形程度切削力；主偏角：Fp=FDcosKr Ff=FDSinKr Kr Fp , Ff刃傾角：s Fp, Ff,

25、Fc基本不變。Fc方向改變；刀尖圓弧半徑r 切削刃圓弧部分的長(zhǎng)度切削變形切削力。此外r增大，整個(gè)主切削刃上各點(diǎn)主偏角的平均值減小，從而使Fp增大、Ff 減小,Fc影響小。3. 刀具幾何參數(shù)2.5 切削力圖413 前角對(duì)切削力的影響2.5 切削力圖416 負(fù)倒棱對(duì)切削力的影響2.5 切削力圖417 主偏角不同時(shí)Fxy力的分解 （a）Kr小 （b） Kr大2.5 切削力主偏角的影響：Fp=FDcosKr Ff=FDSinKr Kr Fp , Ff圖424 刃傾角對(duì)切削力的影響4. 刀具磨損5. 切削液6. 刀具材料 刀具材料與被加工材料間的摩擦系數(shù)，影響到摩擦力的變化，直接影響著切削力的變化。 水

26、基切削液影響很小，油基潤(rùn)滑好，能顯著降低切削力2.6 切削熱和切削溫度一、產(chǎn)生原因：切削層的彈性及塑性變形。切屑與前刀面，工件與后刀面的摩擦。第一變形區(qū)：60%的熱量第二變形區(qū)：30%的熱量第三變形區(qū)：10%的熱量二、切削熱的傳遞：Q=Q屑+Q刀+Q工+Q介在不使用冷卻液的情況下：Q屑Q刀Q工Q介車削：屑50-86，刀10-40，工件3-9，空氣1鉆削：切屑28，刀具14.5，工件52.5%，空氣5三、切削溫度 切削溫度分布：切削脆性材料時(shí)最高溫度區(qū)域切削塑性材料時(shí)最高溫度區(qū)域 切削溫度：“指切削區(qū)（切屑與前刀面接觸區(qū)）的平均溫度3.切削溫度的測(cè)定方法 1)自然熱電偶法 自然熱電偶法是利用工件

27、材料和刀具材料化學(xué)成份的不同而構(gòu)成熱電偶的兩極。刀具切削工件的切削區(qū)域產(chǎn)生高溫形成熱端，刀具的尾端及工件的引出端保持室溫，形成熱電偶冷端，冷、熱端之間熱電勢(shì)由儀表（毫伏計(jì)）測(cè)定。切削溫度越高，測(cè)得熱電勢(shì)越大，它們之間得對(duì)應(yīng)關(guān)系可利用專用裝置經(jīng)標(biāo)定得到。 用自然熱電偶法測(cè)到的是平均切削溫度, 利用這一方法進(jìn)行測(cè)量是簡(jiǎn)便可靠的。但更換刀具材料或工件材料時(shí)(甚至是同一牌號(hào)的刀具材料和工件材料，但爐號(hào)不同，即雜質(zhì)含量不同時(shí))，需重新標(biāo)定溫度一輸出電壓曲線。一般資料所載的溫度一輸出電壓曲線只能供參考，必須重新標(biāo)定，這是自然熱電偶法的不足之處。 另外自然熱電偶法不能測(cè)出切削區(qū)指定點(diǎn)的溫度，為了克服這些缺點(diǎn)

28、，人們使用了人工熱電偶來(lái)進(jìn)行測(cè)量。2).人工熱電偶法 人工熱電偶法是將兩種預(yù)先經(jīng)過(guò)標(biāo)定的金屬絲組成熱電偶，熱電偶的熱端焊接在刀具或工件需要測(cè)定溫度的指定點(diǎn)上，冷端通過(guò)導(dǎo)線串聯(lián)在電位差計(jì)或毫伏表上。根據(jù)儀表上的指示值和熱電偶標(biāo)定曲線，可測(cè)得指定焊接點(diǎn)的溫度。 采用人工熱電偶法，配合一定的刀具或工件上的結(jié)構(gòu)措施，可以測(cè)定刀具或工件上的溫度場(chǎng)。 半人工熱電偶 是把一根金屬絲焊在欲測(cè)溫點(diǎn)上作為一極，以工件材料或刀具材料作為另一極而組成的。用半人工熱電偶法測(cè)量切削溫度的工作原理同前所述。200以下切屑呈銀白色220切屑呈淡黃色270切屑呈暗紅色290300 切屑呈暗藍(lán)色320 切屑呈藍(lán)色350 切屑呈藍(lán)

29、灰色400 切屑呈灰白色500 切屑呈紫黑色切削碳鋼時(shí)：四、影響切削溫度的因素分析工件材料:HB、b切削抗力功耗熱處理HBb正火18760100%調(diào)質(zhì)22975125%淬火44HRC148145%45#鋼為例：四、影響切削溫度的因素分析切削用量對(duì)切削溫度的影響：vc、f、ap 用YT15刀具，切削45#鋼時(shí)( b=75kg/cm2)四、影響切削溫度的因素分析3. 刀具幾何參數(shù) 1)前角o塑性變形和摩擦切削溫度（圖）。但前角不能太大，否則刀具切削部分的楔角過(guò)小，容熱、散熱體積減小，切削溫度反而上升。 2)主偏角r切削刃工作接觸長(zhǎng)度，切削寬度bD，散熱條件變差，故切削溫度（圖）。 3）負(fù)倒棱寬度b

30、r和刀尖圓弧半徑r對(duì)切削溫度的影響 負(fù)倒棱寬度在（02）f范圍內(nèi)變化，刀尖圓弧半徑在01.5mm范圍內(nèi)變化，基本上不會(huì)影響切削溫度。這是由于負(fù)倒棱寬度和刀尖圓弧半徑的增大，都能使塑性變形區(qū)的塑性變形增大，切削熱也隨之增加。另一方面，這兩者的增加都會(huì)使刀具的散熱條件有所改善，傳出的熱量增加。兩者趨于平衡，所以對(duì)切削溫度的影響很小。 刀尖圓弧半徑對(duì)刀尖處局部切削溫度的影響較大，增大刀尖圓弧半徑，有利于刀尖處局部切削溫度的降低。4. 刀具磨損 刀具磨損后，切削刃變鈍，刃區(qū)前方的擠壓作用增大，使切削區(qū)的金屬的塑性變形增加。同時(shí)，磨損后的刀具后角變成零度，使工件與刀具的摩擦加大，兩者均使切削熱的產(chǎn)生增加

31、。所以，刀具磨損是影響切削溫度的重要因素。 圖3.59為車刀后刀面的磨損值與切削溫度的關(guān)系。從圖上可知，當(dāng)VB0.4mm后，切削溫度急劇上升。當(dāng)后刀面的磨損值達(dá)到0.4mm時(shí)，切削溫度上升約510。當(dāng)后刀面磨損值達(dá)到0.7mm時(shí)，切削溫度上升約2025。 切削速度越高，刀具磨損值對(duì)切削溫度的影響越顯著。切削合金鋼時(shí)，由于合金鋼的強(qiáng)度和硬度比較高，而導(dǎo)熱系數(shù)又較低，所以磨損對(duì)切削溫度的影響比較顯著。因此切削合金鋼的刀具，僅允許有較小的磨損量。 5 切削液 切削液對(duì)降低切削溫度、減少刀具磨損和提高已加工表面質(zhì)量有明顯的效果，在切削加工中應(yīng)用很廣。切削液對(duì)切削溫度的影響，與切削液的導(dǎo)熱性能、比熱、流

32、量、澆注方式以及本身的溫度有很大關(guān)系。 利用切削液的潤(rùn)滑功能降低摩擦系數(shù)，減少切削熱的產(chǎn)生，也可利用它的冷卻功用吸收大量的切削熱，所以采用切削液是降低切削溫度的重要措施。 從導(dǎo)熱性能來(lái)看，水基切削液乳化液油類切削液，實(shí)驗(yàn)表明，如果用乳化液代替油類切削液，加工生產(chǎn)率可以提高50100。如果將室溫（20）下的切削液降溫至5，則刀具耐用度可以提高50。五、控制切削溫度的措施正確使用切削液：合理選擇切削用量：在滿足工藝要求的前提下，取小的 vc較大的 ap、f改善刀具幾何條件： O4.控制刀具的磨損量VB5. 改善工件材料性能2.7 刀具的磨損、破損和使用壽命一、刀具的磨損形式：二、刀具磨損機(jī)理磨料磨

33、損 工件和切屑中的硬質(zhì)點(diǎn)（如碳化物）以及不斷脫落的積屑瘤碎片劃擦刀面產(chǎn)生磨損。 冷焊磨損(粘結(jié)磨損) 切屑與刀具在壓力和摩擦條件下冷焊粘結(jié)，然后相互被拉開，產(chǎn)生表面破壞傷痕。二、刀具磨損機(jī)理擴(kuò)散磨損： 工件材料和刀具在高溫下（9001000）相互擴(kuò)散造成的磨損。二、刀具磨損機(jī)理氧化磨損： 刀具上的表面膜被切屑或工件表面劃擦掉后，在高溫下（700800）與空氣中的氧作用產(chǎn)生松脆氧化物(Co3O4、CoO、WO3、TiO2)，造成刀具磨損。 在切削區(qū)的高溫作用下，刀具、切屑、工件材料形成熱電偶，產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，形成流過(guò)刀具工件、刀具切屑的熱電流，從而促進(jìn)化學(xué)元素的擴(kuò)散加速刀具的磨損，這種在熱電勢(shì)的作

34、用下產(chǎn)生的擴(kuò)散磨損稱為熱電磨損。 試驗(yàn)表明，在不改變刀具和工件剛度的前提下，將刀具工件回路加以絕緣，可以明顯提高刀具的耐用度。例如：采用W18Cr4V鉆頭加工鉻鎳不銹鋼時(shí)，如果將鉆頭與鉆套絕緣，可使鉆頭的耐用度提高26倍。5 熱電磨損綜上所述：三、磨損過(guò)程四、刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)“指后刀面磨損帶中間部分平均磨損量允許達(dá)到的最大磨損尺寸”。以VB表示五、刀具的使用壽命“刀具從開始切削一直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的總的切削時(shí)間”。記為：T切削用量與刀具使用壽命的關(guān)系：可見：vc對(duì)T的影響最大，f次之，aP最小。在優(yōu)選切削用量以提高生產(chǎn)率時(shí)，首先應(yīng)盡量選大的aP，然后根據(jù)加工條件和要求選允許最大的f，最后

35、根據(jù)T選取合理的vc。六、刀具合理使用壽命的選擇最大生產(chǎn)率使用壽命：TP“根據(jù)單件工序工時(shí)最短的原則來(lái)確定T”。 經(jīng)濟(jì)使用壽命：Tc“根據(jù)單件工序成本最低的原則來(lái)確定T”。式中：m：指數(shù)。 對(duì)于高速鋼： m=0.10.125， 硬質(zhì)合金： m=0.10.4， 陶瓷刀具： m=0.20.4 tct：換刀一次所需時(shí)間；Ct：刃磨一次刀具消耗的費(fèi)用； M：該工序單位時(shí)間內(nèi)機(jī)床折舊費(fèi)及所分擔(dān)的全廠開支。3. 加工利潤(rùn)最大：七、 刀具破損 在切削加工中，刀具經(jīng)常不經(jīng)過(guò)正常磨損，而在很短時(shí)間內(nèi)突然損壞以致失效。這種情況稱之為破損。刀具破損的型式包括：燒刃、卷刃、崩刃、斷裂、表層剝落等。 刀具破損和磨損一樣

36、，也是刀具主要損壞形式之一。特別是在用脆性大的刀具材料制成 的刀具進(jìn)行斷續(xù)切削，或者加工高硬度材料等的情況下，刀具的脆性破損就更加嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，硬質(zhì)合金刀具約有50-60的損壞是脆性破損。陶瓷刀具的破損比例更高。所以對(duì)刀具破損必須予以足夠重視。脆性的新刀具材料應(yīng)該試驗(yàn)其抗破損的切削性能。1.刀具破損的主要型式 該類刀具切削用量過(guò)大，切削速度過(guò)高時(shí)，切削刃和刀尖部分變色 ，稱為“燒刀”或“相變磨損” 。熱處理不當(dāng)，沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有的硬度 ，切削刃和刀尖部分產(chǎn)生“塑性變形”，精加 工、薄切削刀具(如拉刀、鉸刀)上 會(huì)產(chǎn)生“卷刃”。鉆頭、絲錐、拉刀、立銑刀等， 當(dāng)切削負(fù)荷過(guò)重、刀具材料中 有缺陷或刀具設(shè)

37、計(jì)不當(dāng)時(shí)，其 工作部分或夾固部分會(huì)產(chǎn)生折斷。 1）. 工具鋼、高速鋼刀具高速鋼麻花鉆的折斷 2）. 硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼、金剛石刀具 這些刀具材料與工具鋼、高速鋼相比，硬度和耐熱性較高，因此不易發(fā)生燒刀和卷刃；但是，它們的韌性較低，組織結(jié)構(gòu)比較不均勻，容易帶有各種缺陷，因此很容易發(fā)生崩刃、折斷等情況。分述如下。(1)切削刃微崩 當(dāng)工件材料的組織、硬度、余量不均勻，前角偏大導(dǎo)致切削刃強(qiáng)度偏低，工藝系統(tǒng)剛性不足產(chǎn)生振動(dòng)，或進(jìn)行斷續(xù)切削，刃磨質(zhì)量欠佳時(shí)，切削刃容易發(fā)生“微崩”，即刃區(qū)出現(xiàn)微小的崩落、缺口或剝落。出現(xiàn)這種情況后，刀具將失去一部分切削能力，但還能繼續(xù)工作。繼續(xù)切削中，刃區(qū)損壞部分可能迅速擴(kuò)大，導(dǎo)致更大的破損。 (2)切削刃或刀尖崩碎 這種破損型式常在比造成切削刃微崩更為惡劣的切削條件下產(chǎn)生，或者是微崩的進(jìn)