工程材料及成形工藝基礎(chǔ)課件：第二章 金屬切削原理與刀具

1、第二章金屬切削原理與刀具本章的主要內(nèi)容第一節(jié) 刀具的結(jié)構(gòu)第二節(jié) 刀具材料第三節(jié) 金屬切削過程及其物理現(xiàn)象第四節(jié) 切削力與切削功率第五節(jié) 切削熱和切削溫度第六節(jié) 刀具磨損與刀具壽命第七節(jié) 切削用量的選擇及工件材料加工性第八節(jié) 高速切削及刀具一、運(yùn)動(dòng)與切削要素金屬切削加工：利用刀具切去工件毛坯上多余的金屬層（加工余量），以獲得具有一定的尺寸、形狀、位置精度和表面質(zhì)量的機(jī)械加工方法。1、切削運(yùn)動(dòng) 主運(yùn)動(dòng) 切下切屑所需的最基本運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)，速度最高，消耗功率最大進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使剩余加工材料不斷被投入切削的運(yùn)動(dòng)可以有一個(gè)或幾個(gè)第一節(jié) 刀具的結(jié)構(gòu)一、運(yùn)動(dòng)與切削要素利用刀具切去工件毛坯上多余的金屬層（加工余

2、量），以獲得具有一定的尺寸、形狀、位置精度和表面質(zhì)量的機(jī)械加工方法。1、切削運(yùn)動(dòng) 切削運(yùn)動(dòng)及其方向用切削速度矢量表示第一節(jié) 刀具的結(jié)構(gòu)一、運(yùn)動(dòng)與切削要素2、切削要素三個(gè)不斷變化的表面已加工表面待加工表面加工表面（過渡表面）切削用量切削參數(shù)切削3要素切削速度進(jìn)給量背吃刀量（切削深度）切削3要素切削速度 v單位時(shí)間內(nèi)，刀具和工件在主運(yùn)動(dòng)方向上的相對(duì)位移，單位m/s主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)切削3要素進(jìn)給量 f在主運(yùn)動(dòng)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或每一行程時(shí)（或單位時(shí)間內(nèi)），刀具和工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的相對(duì)位移，單位mm/r 或mm/行程進(jìn)給速度 vf單位mm/s每齒進(jìn)給量 fz用于銑刀、鉸刀等多齒刀具切削3

3、要素背吃刀量 ap待加工表面與已加工表面的垂直距離，單位mm一、運(yùn)動(dòng)與切削要素3、切削層幾何參數(shù)切削層工件上正被切削刃切削的一層金屬切削層的大小反映了切削刃所受載荷的大小切削寬度 aw沿主切削刃方向度量的切削層尺寸切削厚度 ac兩相鄰加工表面的垂直距離切削面積 Ac二、刀具角度1、刀具切削部分的組成 第一節(jié) 刀具的結(jié)構(gòu)刀具上與切屑接觸并相互作用的表面刀具上與工件過渡表面接觸并相互作用的表面刀具上與工件已加工表面接觸并相互作用的表面前刀面與主后刀面的交線，完成主要的切削工作前刀面與副后刀面的交線，完成輔助切削工作前刀面與副后刀面的交線，完成輔助切削工作 連接主切削刃和副切削刃的一段切削刃，可以是

4、小的直線段或圓弧二、刀具角度二、刀具角度2、刀具角度的參考平面3個(gè)相互垂直的參考平面切削平面基面正交平面切削平面：通過主切削刃上某一點(diǎn)并與工件加工表面相切的平面基面：通過主切削刃上某一點(diǎn)并與該點(diǎn)切削速度方向相垂直的平面正交平面：通過主切削刃上某一點(diǎn)并與主切削刃在基面上的投影相垂直的平面刀具角度的參考平面二、刀具角度3、刀具的標(biāo)注角度制造、刃磨刀具必需的角度參數(shù)在刀具設(shè)計(jì)圖上予以標(biāo)注3、刀具的標(biāo)注角度前角 o在正交平面內(nèi)測(cè)量的前面與基面之間的夾角后角 o在正交平面內(nèi)測(cè)量的主后刀面與切削平面之間的夾角主偏角 r在基面內(nèi)測(cè)量的主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角副偏角 r在基面內(nèi)測(cè)量的副切削刃

5、在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向的夾角刃傾角 s在切削平面內(nèi)測(cè)量的主切削刃與基面之間的夾角刀具角度3、刀具的標(biāo)注角度刃傾角的符號(hào)標(biāo)注角度的條件刀尖刀尖與工件回轉(zhuǎn)軸線等高刀桿縱向軸線垂直于進(jìn)給方向不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響刀具的實(shí)際工作中，不可能滿足以上的理想條件，因?yàn)閷?shí)際的切削平面、基面和正交平面位置會(huì)發(fā)生變化刀具的工作角度（也稱實(shí)際角度）主切削刃水平時(shí)刀尖為主切削刃上最高點(diǎn)時(shí)刀尖為主切削刃上最低點(diǎn)時(shí)二、刀具的角度4、刀具的工作角度刀具安裝位置對(duì)工作角度的影響刀尖與工件回轉(zhuǎn)軸線不等高4、刀具的工作角度刀桿縱向軸線與進(jìn)給方向不垂直4、刀具的工作角度進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具工作角度的影響三、刀具的種類按加工方式和具

6、體用途車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動(dòng)線及數(shù)控機(jī)床刀具和磨具等按所用材料性質(zhì)高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）和金剛石刀具等按結(jié)構(gòu)形式整體刀具、鑲片刀具、機(jī)夾刀具和復(fù)合刀具2、常用刀具車刀車刀車刀孔加工刀具鉆孔從實(shí)體材料加工出孔麻花鉆結(jié)構(gòu)選擇參數(shù)螺旋角頂角2橫刃斜角直徑橫刃長(zhǎng)度孔加工刀具中心鉆孔加工刀具深孔鉆孔加工刀具深孔鉆孔加工刀具擴(kuò)孔鉆鉸刀 對(duì)已有孔進(jìn)行再加工鏜刀孔加工刀具鉸刀孔加工刀具鏜刀銑刀圓柱平面銑刀面銑刀立銑刀兩面刃銑刀三面刃銑刀鋸片銑刀T型槽銑刀角度銑刀凸半圓銑刀凹半圓銑刀銑刀銑刀拉刀拉刀螺紋刀具齒輪刀具銑齒齒輪刀具插齒插齒實(shí)例齒輪刀具

7、滾齒齒輪刀具剃齒齒輪刀具剃齒磨削刀具砂輪一、刀具材料應(yīng)具備的性能 高的硬度； 高的耐磨性； 高的耐熱性； 足夠的強(qiáng)度和韌性； 良好的工藝性； 良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能。第二節(jié) 刀具的材料2、常用的刀具材料碳素工具鋼與合金工具鋼高速鋼硬質(zhì)合金新型刀具材料陶瓷立方氮化硼（CBN）人造金剛石2、常用的刀具材料碳素工具鋼與合金工具鋼含碳量高、淬硬性好、價(jià)格低耐熱性差、淬火時(shí)容易變形、產(chǎn)生裂紋合金工具鋼加入Cr、W、Mn、Si等元素手工工具和低速刀具（銼刀、鋸條、鉸刀）2、常用的刀具材料高速鋼含有較多W、Cr、V合金元素的高合金工具鋼耐熱性高、切削速度較高強(qiáng)度、韌性和工藝性都較好中速切削和形狀復(fù)雜

8、的刀具（麻花鉆、銑刀、拉刀及齒輪刀具）2、常用的刀具材料高速鋼為了提高高速鋼的硬度和耐磨性，常采用如下措施：(1)在高速鋼中增添新的元素；(2)用粉末冶金法消除碳化物的偏析并細(xì)化晶粒。2、常用的刀具材料硬質(zhì)合金以高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物（WC、TiC）為基體，以金屬Co、Ni等為粘結(jié)劑，用粉末冶金的方法制成的一種合金耐磨、耐熱性好、切削速度高強(qiáng)度、韌性和工藝性都差制造形狀簡(jiǎn)單的高速切削刀片，焊接或機(jī)夾在刀體刀桿上2、常用的刀具材料硬質(zhì)合金以高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物（WC、TiC）為基體，以金屬Co、Ni等為粘結(jié)劑，用粉末冶金的方法制成的一種合金耐磨、耐熱性好、切削速度高強(qiáng)度、韌性和工藝性都

9、差制造形狀簡(jiǎn)單的高速切削刀片，焊接或機(jī)夾在刀體刀桿上2、常用的刀具材料硬質(zhì)合金為了克服常用硬質(zhì)合金強(qiáng)度和韌性低、脆性大、易崩刃的缺點(diǎn)，常采用如下措施改善其性能：(1)調(diào)整化學(xué)成分可以使硬質(zhì)合金既有高的硬度又有好的韌性；(2)細(xì)化合金的晶粒(3)采用涂層刀片。細(xì)晶粒硬質(zhì)合金刀具3、新型刀具材料陶瓷立方氮化硼（CBN）人造金剛石立方氮化硼3、新型刀具材料陶瓷刀具定義 以氧化鋁（Al2O3）和氮化硅（Si3N4）等為主要成分，經(jīng)壓制成形后燒結(jié)而成的刀具材料。應(yīng)用場(chǎng)合 硬度高、化學(xué)性能好、耐氧化，可被廣泛應(yīng)用于高速切削加工中。但由于其強(qiáng)度低、韌性差，長(zhǎng)期以來主要用于精加工。3、新型刀具材料陶瓷刀具 與

10、硬質(zhì)合金相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：可加工硬度高達(dá)65HRC的高硬度難加工材料；可進(jìn)行荒車及銑、刨等大沖擊間斷切削；耐用度可提高幾倍至幾十倍；切削效率提高310倍，可實(shí)現(xiàn)以車、銑代磨。3、新型刀具材料立方氮化硼（CBN）刀具特點(diǎn) 硬度很高，可達(dá)80009000HV，僅次于金剛石，并具有很好的熱穩(wěn)定性，可承受1000 以上的切削溫度。其最大優(yōu)點(diǎn)是在高溫（14001500）時(shí)也不會(huì)與鐵族元素起反應(yīng)。應(yīng)用場(chǎng)合 既能勝任硬淬鋼、冷硬鑄鐵的粗車和精車，又能勝任高溫合金、熱噴涂材料、硬質(zhì)合金及其他難加工材料的高速加工。 3、新型刀具材料人造金剛石刀具定義 通過合金觸媒的作用，在高溫高壓下由石墨轉(zhuǎn)化而成。特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)

11、 可達(dá)到很高的硬度（10000HV），因此具有很高的耐磨性，其摩擦系數(shù)小，切削刃可做的非常鋒利。缺點(diǎn) 熱穩(wěn)定差，不得超過700800，特別是與鐵元素的化學(xué)親和力很強(qiáng)，不宜加工鋼鐵件。3、新型刀具材料人造金剛石刀具應(yīng)用 主要用來制作磨料，用作刀具材料時(shí)，多用于在高速下精細(xì)車削或鏜削有色金屬及非金屬材料。尤其用它切削加工硬質(zhì)合金、陶瓷、高硅鋁合金及高硬度、高耐磨性材料時(shí)，具有很大的優(yōu)越性。 第三節(jié) 金屬切削過程及其物理現(xiàn)象切屑形成過程第三節(jié)金屬切削過程及其物理現(xiàn)象當(dāng)工件受到刀具的擠壓以后，切削層金屬在始滑移面OA以左發(fā)生彈性變形。在OA面上，應(yīng)力達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度，則發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生滑移現(xiàn)象。第

12、三節(jié)金屬切削過程及其物理現(xiàn)象隨著刀具的連續(xù)移動(dòng)，原來處于始滑移面上的金屬不斷向刀具靠攏，應(yīng)力和變形也逐漸加大。在終滑移面OE上，應(yīng)力和變形達(dá)到最大值。越過OE面，切削層金屬將脫離工件基體，沿著前刀面流出而形成切屑。質(zhì)點(diǎn)P在第一變形區(qū)金屬的滑移三個(gè)變形區(qū)(1)第一變形區(qū)I：從OA線到OE線內(nèi)的區(qū)域，伴隨沿滑移線的剪切變形以及隨之產(chǎn)生的加工硬化。(2)第二變形區(qū)II：切屑與前刀面磨擦的區(qū)域，切屑底層靠近前刀面處纖維化，流動(dòng)速度減緩，切屑彎曲，切屑與刀具接觸溫度升高。(3)第三變形區(qū)III：工件已加工表面與后刀面接觸的區(qū)域，存在纖維化與加工硬化，變形較密集。 金屬切削過程中的滑移線和流線 第三節(jié) 金

13、屬切削過程及其物理現(xiàn)象切屑的類型及其控制切削厚度、切削速度、刀具前角 切削類型 切 削 條 件 特 征a)帶狀切屑切削厚度較小,切削速度較高,刀具前角較大內(nèi)表面光滑,外表面毛茸b)擠裂切屑切削速度較低,切削厚度較大,刀具前角較小內(nèi)表面有裂紋,外表面呈鋸齒形c)單元切屑相比b)進(jìn)一步減小刀具前角，減低切削速度整個(gè)單元被切離 d)崩碎切屑加工硬脆材料時(shí)切削厚度較大時(shí)產(chǎn)生形狀是不規(guī)則的,表面是凸凹不平的 切屑的類型及其控制切屑的類型及其控制衡量切屑可控性的標(biāo)準(zhǔn)不妨礙正常的加工不纏繞在工件、刀具上不飛濺到機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件中不影響操作者的安全易于清理、存放、搬運(yùn)切削控制在切削加工中采用斷屑槽和斷屑器來控制切

14、削的卷曲、流出與折斷，形成可接受的良好屑形斷屑槽的基本形式：L：切屑在前刀面上的接觸長(zhǎng)度R：卷屑槽半徑3、積屑瘤（刀瘤）現(xiàn)象積屑瘤定義在中低速連續(xù)切削鋼料或其它塑性材料時(shí)，黏附在刀具切削刃上的工件材料。特點(diǎn)硬度很高，可代替切削刃切削不穩(wěn)定，實(shí)際上是一個(gè)形成、脫落、再形成、再脫落的過程積屑瘤現(xiàn)象積屑瘤的形成在加工過程中，由于工件材料是被擠裂的，因此切屑對(duì)刀具的前面產(chǎn)生有很大的壓力，并摩擦生成大量的切削熱。在這種高溫高壓下，與刀具前面接觸的那一部分切屑由于摩擦力的影響，流動(dòng)速度相對(duì)減慢，形成“滯留層”。當(dāng)摩擦力一旦大于材料內(nèi)部晶格之間的結(jié)合力時(shí)，“滯流層”中的一些材料就會(huì)粘附（或稱冷焊）在刀具近刀

15、尖的前面上，形成積屑瘤。積屑瘤現(xiàn)象積屑瘤的作用優(yōu)點(diǎn)：積屑瘤的硬度比原材料的硬度要高，可代替刀刃進(jìn)行切削，提高了刀刃的耐磨性；積屑瘤的存在使得刀具的實(shí)際前角變大，刀具變得較鋒利缺點(diǎn)部分脫落的積屑瘤會(huì)粘附在工件表面上刀具刀尖的實(shí)際位置也會(huì)隨著積屑瘤的變化而改變由于積屑瘤很難形成較鋒利的刀刃，在加工中會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)加工后所得到的工件表面質(zhì)量和尺寸精度都會(huì)受到影響積屑瘤現(xiàn)象防止積屑瘤的主要方法：降低切削速度，使溫度較低，粘結(jié)現(xiàn)象不易發(fā)生；采用高速切削，使切削溫度高于積屑瘤消失的相應(yīng)溫度；采用潤(rùn)滑性能好的切削液，減小摩擦；增大刀具前角，以減小切屑于前刀面接觸區(qū)的壓力；適當(dāng)提高工件材料硬度，減小加工硬化

16、傾向。第四節(jié) 切削力與切削功率一、切削力的來源、切削合力及其分解、切削功率切削力金屬切削時(shí)，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切削力的來源彈性壓力塑性壓力摩擦力切削合力及其分解合力Fr（國標(biāo)為F）Fz（國標(biāo)為Fc）主切削力或切向力，其方向與過渡表面相切并與基面垂直。Fx（國標(biāo)為Ff）-進(jìn)給力、軸向力，是處于基面內(nèi)并與工件軸線平行與進(jìn)給方向相反的力。Fy（國標(biāo)為Fp）切深抗力或背向力、徑向力、吃刀力，是處于基面內(nèi)并與工件軸線垂直的力。切削功率定義消耗在切削過程中的功率，Pm（國標(biāo)P0）計(jì)算Pm切削功率(kW) Fz切削力（N） v切削速度（m/s） Fx進(jìn)給力（N） nw工件轉(zhuǎn)

17、速（r/s） f進(jìn)給量（mm/r）切削功率切削力的計(jì)算公式中，右側(cè)的第二項(xiàng)是消耗在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中的功率，它相對(duì)于所消耗的功率很小，一般為12，因此可以略去不計(jì)，則計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為：主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率PE： 式中是機(jī)床的傳動(dòng)效率二、切削力的測(cè)量1、測(cè)定機(jī)床功率，計(jì)算切削力2、用測(cè)力儀測(cè)量切削力測(cè)力儀電阻應(yīng)變片式壓電式切削力三、切削力的經(jīng)驗(yàn)公式和切削力估算計(jì)算切削力的指數(shù)公式各項(xiàng)系數(shù)和指數(shù)參看P34-35 表2-2系數(shù)，由被加工的材料性質(zhì)和切削條件所決定 背吃刀量、進(jìn)給量和切削速度的指數(shù) 實(shí)際加工條件與求得經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)的條件不符時(shí)，各種因素對(duì)切削力的修正系數(shù)的積三、切削力的經(jīng)驗(yàn)公式和切削力估算按單位切削

18、力kc計(jì)算切削力和切削功率 單位切削功率Ps單位時(shí)間內(nèi)切除單位體積的金屬所消耗的功率QZ單位時(shí)間內(nèi)的金屬切除量(mm3/s)。切削力的重要影響因素工件材料、切削用量、刀具幾何參數(shù)、刀具材料、刀具磨損狀態(tài)和切削液等刀具角度對(duì)切削力的影響第五節(jié) 切削熱和切削溫度一、切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo)三個(gè)發(fā)熱區(qū)對(duì)應(yīng)三個(gè)變形區(qū)切削熱的來源切屑變形功前、后面的摩擦功。切削區(qū)域的熱量傳導(dǎo)切屑工件刀具周圍介質(zhì)剪切區(qū)變形功形成的熱量Qp切屑與前刀面摩擦功形成的熱量Qrf已加工表面與后刀面摩擦功形成的熱量Qaf一、切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo)根據(jù)切削材料不同，發(fā)熱區(qū)所占比例不同切削塑性材料時(shí)，變形和摩擦都比較大，所以發(fā)熱較多。切削速度提

19、高時(shí)，因切屑的變形減小，所以塑性變形產(chǎn)生的熱量百分比降低，而摩擦產(chǎn)生熱量的百分比增高。切削脆性材料時(shí)，后刀面上摩擦產(chǎn)生的熱量在切削熱中所占的百分比增大。一、切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo)切削熱是由切削功轉(zhuǎn)變過來的，因此每秒鐘產(chǎn)生的切削熱即為切削功率Pm舉例在用硬質(zhì)合金車刀車削 的結(jié)構(gòu)鋼時(shí)，將切削力Fz的經(jīng)驗(yàn)公式代入后得切削過程中的熱量傳導(dǎo)工件材料的導(dǎo)熱系數(shù)越低，通過工件和切屑傳導(dǎo)出去的切削熱量越少，這就必然會(huì)使通過刀具傳導(dǎo)出去的熱量增加。 工件材料的導(dǎo)熱性能刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù) 其中工件材料的導(dǎo)熱性能是影響熱量傳導(dǎo)的重要因素。刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)較高時(shí)，切削熱易從刀具方面導(dǎo)出，切削區(qū)域溫度隨之降低，這有利于刀

20、具壽命的提高。切屑與刀具接觸時(shí)間的長(zhǎng)短，也影響刀具的切削溫度。 例如切削航空工業(yè)中常用的鈦合金時(shí)，因?yàn)樗膶?dǎo)熱系數(shù)只有碳素鋼的1/31/4，切削產(chǎn)生的熱量不易傳出，切削溫度因而隨之增高，刀具就容易磨損。外圓車削時(shí)，切屑形成后迅速脫離車刀而落入機(jī)床的容屑盤中，故切屑的熱量傳給刀具不多。鉆削或其它半封閉式容屑的切削加工，切屑形成后仍與刀具及工件相接觸，切屑將所帶的切削熱再次傳給工件和刀具，使切削溫度升高。切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)傳導(dǎo)切削熱比例車削加工時(shí)，切屑帶走的切削熱為50%86%，車刀傳出40%10%，工件傳出9%3%，周圍介質(zhì)(如空氣)傳出1%。切削速度愈高或切削厚度愈大，則切屑帶走的熱量

21、愈多。鉆削加工時(shí)，切屑帶走切削熱28%，刀具傳14.5%，工件傳出52.5%，周圍介質(zhì)傳出5%。第五節(jié) 切削熱和切削溫度二、切削溫度的測(cè)量切削溫度一般指前面與切屑接觸區(qū)域的平均溫度切削溫度直接影響切削過程理論推算、有限元分析、實(shí)際測(cè)量切削溫度的測(cè)量方法熱電偶法自然熱電偶法人工熱電偶法輻射溫度計(jì)法自然熱電偶法測(cè)切削溫度前進(jìn)至刀具磨損三、影響切削溫度的主要因素切削用量的影響工件材料的影響刀具角度的影響刀具磨損的影響切削液的影響切削用量的影響實(shí)驗(yàn)得出的切削溫度經(jīng)驗(yàn)公式其中實(shí)驗(yàn)測(cè)出的前刀面接觸區(qū)平均溫度（）；切削溫度系數(shù)；切削速度（m/min）； 進(jìn)給量（mm/r）；背吃刀量（mm）；相應(yīng)的指數(shù)。切削

22、三要素的影響高速鋼和硬質(zhì)合金刀具切削中碳鋼時(shí)各系數(shù)表由表知，在切削用量三要素中，v的指數(shù)最大，f次之，ap最小。三、影響切削溫度的主要因素這說明切削速度對(duì)切削溫度影響最大，隨切削速度的提高，切削溫度迅速上升。而背吃刀量變化時(shí)，散熱面積和產(chǎn)生的熱量亦作相應(yīng)變化，故對(duì)切削溫度的影響很小。因此為了有效地控制切削溫度以提高刀具壽命，在機(jī)床允許的條件下，選用較大的吃刀深度和進(jìn)給量，比選用大的切削速度更為有利。工件材料對(duì)切削溫度的影響工件材料對(duì)切削溫度的影響與材料的強(qiáng)度、硬度及導(dǎo)熱性有關(guān)。材料的強(qiáng)度、硬度愈高，切削時(shí)消耗的功愈多，切削溫度也就愈高。材料的導(dǎo)熱性好，可以使切削溫度降低。例如，合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度

23、普遍高于45鋼，而導(dǎo)熱系數(shù)又多低于45鋼，故切削溫度一般均高于切削45鋼的切削溫度。 刀具角度對(duì)切削溫度的影響前角和主偏角對(duì)切削溫度影響較大。前角加大，變形和摩擦減小，因而切削熱少。前角不能過大，否則刀頭部分散熱體積減小，不利于切削溫度的降低。主偏角減小將使刀刃工作長(zhǎng)度增加，散熱條件改善，因而使切削溫度降低。刀具角度對(duì)切削溫度的影響刀具角度對(duì)切削溫度的影響刀具磨損對(duì)切削溫度的影響在后刀面的磨損值達(dá)到一定數(shù)值后，對(duì)切削溫度的影響增大；切削速度愈高，影響就愈顯著。合金鋼的強(qiáng)度大，導(dǎo)熱系數(shù)小，所以切削合金鋼時(shí)刀具磨損對(duì)切削溫度的影響，就比切削碳素鋼時(shí)大。刀具磨損對(duì)切削溫度的影響，主要是增加了工件與刀

24、具之間擠壓和摩擦的面積 切削液的影響切削液對(duì)切削溫度的影響，與切削液的導(dǎo)熱性能、比熱、流量、注入方式以及本身的溫度有很大的關(guān)系。從導(dǎo)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。如果用乳化液來代替油類切削液，加工生產(chǎn)率可提高50%100%。流量充沛與否對(duì)切削溫度的影響很大。切削液本身的溫度越低，就能越明顯地降低切削溫度，如果將室溫（20）的切削液降溫至5，則刀具壽命可提高50%。四、切削液冷卻作用：在工件切削加工過程中，能及時(shí)而迅速的降低切削區(qū)的溫度，即降低通常因摩擦引起的溫升。冷卻液影響切削效率，切削質(zhì)量及刀具壽命。潤(rùn)滑作用：能減少切削刀具與工件間摩擦。潤(rùn)滑液能浸潤(rùn)到刀具與工件及其

25、切屑之間，減少摩擦和粘結(jié)，降低切削阻力，保證切削質(zhì)量，延長(zhǎng)刀具壽命。四、切削液洗滌作用：使切屑或磨料粒子被沖洗而離開刀具和工件的加工區(qū)，以防它們相互粘結(jié)及粘附在工件、刀具和機(jī)床上妨礙加工過程的正常進(jìn)行。防銹作用：應(yīng)有一定的防銹性能，防止工件和機(jī)床生銹。如提高防銹性能，還可部分取代工序間防銹。切削液分類及應(yīng)用范圍水溶液：它的主要成分是水，并在水中加入一定量的防銹劑，其冷卻性能好，潤(rùn)滑性能差，呈透明狀，常在磨削中使用。乳化液：它是將乳化油用水稀釋而成，呈乳白色。為使油和水混合均勻，常加入一定量的乳化劑(如油酸鈉皂等)。乳化液具有良好的冷卻和清洗性能，并具有一定的潤(rùn)滑性能，適用于粗加工及磨削。切削油

26、：它主要是礦物油，特殊情況下也采用動(dòng)、植物油或復(fù)合油，其潤(rùn)滑性能好，但冷卻性能差，常用于精加工工序。水溶液乳化液切削油切削液的選用粗加工時(shí)主要要求冷卻，也希望降低一些切削力及切削功率，一般應(yīng)選用冷卻作用較好的切削液，如低濃度的乳化液等。精加工時(shí)主要希望提高工件的表面質(zhì)量和減少刀具磨損，一般應(yīng)選用潤(rùn)滑作用較好的切削液，如高濃度的乳化液或切削油等。 切削溫度對(duì)工件、刀具和切削過程的影響切削溫度對(duì)工件材料強(qiáng)度和切削力的影響切削溫度對(duì)工件材料硬度及強(qiáng)度的影響并不很大切削溫度對(duì)剪切區(qū)域的應(yīng)力影響不很明顯工件材料預(yù)熱至500800后進(jìn)行切削時(shí)，切削力下降很多。但在高速切削時(shí)，切削溫度經(jīng)常達(dá)到800900，

27、切削力下降卻不多切削溫度對(duì)刀具材料的影響 各類刀具材料在切削各種工件材料時(shí)，都有一個(gè)最佳切削溫度范圍。在最佳切削溫度范圍內(nèi)，刀具的壽命最高，工件材料的切削加工性也符合要求。切削溫度對(duì)工件、刀具和切削過程的影響切削溫度對(duì)工件尺寸精度的影響 車削外圓時(shí)工件本身受熱膨脹，直徑發(fā)生變化，切削后冷卻至室溫，就可能不符合要求的加工精度。刀桿受熱膨脹，切削時(shí)實(shí)際切削深度增加使直徑減小工件受熱變長(zhǎng)，但因夾固在機(jī)床上不能自由伸長(zhǎng)而發(fā)生彎曲，車削后工件中部直徑變化。在精加工和超精加工時(shí)，切削溫度對(duì)加工精度的影響特別突出，所以必須注意降低切削溫度。一、刀具磨損的形態(tài)及其原因刀具磨損連續(xù)的逐漸磨損刀具破損包括脆性破損

28、（崩刀、碎斷、剝落、裂紋等）和塑性破損刀具正常磨損的原因主要是機(jī)械磨損和熱、化學(xué)磨損。低溫區(qū)以機(jī)械磨損為主，高溫區(qū)以熱、化學(xué)磨損為主。第六節(jié) 刀具磨損和刀具壽命刀具損壞的兩種形式一、刀具磨損的形態(tài)及其原因刀具磨損的影響工件加工精度降低，表面粗糙度增大并導(dǎo)致切削力加大、切削溫度升高甚至產(chǎn)生振動(dòng)，不能繼續(xù)正常切削一、刀具磨損的形態(tài)及其原因前面磨損（月牙洼）工件的新鮮表面與前面相互接觸和摩擦，化學(xué)活性很高，反應(yīng)很強(qiáng)烈接觸面有很高的壓力和溫度一、刀具磨損的形態(tài)及其原因后面磨損切削時(shí)，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。后刀面雖然有后角，但由于切削刃不是理想的鋒利，而有一定的鈍

29、圓，后刀面與工件實(shí)際上是小面積接觸，磨損就發(fā)生在這個(gè)接觸面上。一、刀具磨損的形態(tài)及其原因邊界磨損切削鋼料時(shí)，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。此兩處分別是在主、副切削刃與工件待加工或已加工表面接觸的地方。二、刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具磨損過程可分為三個(gè)階段: 1)初期磨損階段 這一階段的磨損較快；2)正常磨損階段 磨損量隨切削時(shí)間延長(zhǎng)而近似地成比例增加； 3)急劇磨損階段為保證加工質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)避免達(dá)到這個(gè)磨損階段。 二、刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用，這個(gè)磨損限度稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO統(tǒng)一規(guī)定以1/2背吃刀量處后刀面上

30、測(cè)定的磨損帶寬度VB作為刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化生產(chǎn)中精加工刀具，常以沿工件徑向的刀具磨損尺寸NB作為衡量刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)三、刀具壽命的經(jīng)驗(yàn)公式 刀具壽命：一把新刀 (或重新刃磨過的刀具)從開始使用直至達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)歷的實(shí)際切削時(shí)間，稱為刀具壽命。對(duì)于可重磨刀具，刀具壽命指的是刀具兩次刃磨之間所經(jīng)歷的實(shí)際切削時(shí)間刀具總壽命：對(duì)于可重磨刀具，其從第一次投入使用直至完全報(bào)廢(經(jīng)刃磨后亦不可再用)時(shí)所經(jīng)歷的實(shí)際切削時(shí)間三、刀具壽命的經(jīng)驗(yàn)公式 刀具壽命方程式：v切削速度 (m/min);T刀具壽命 (min);m指數(shù)，表示v -T間影響的程度;C系數(shù)，與刀具、工件材料和切削條件有關(guān)。切削時(shí)，增加進(jìn)給量f和背

31、吃刀量ap，刀具壽命也減小，切削速度v對(duì)刀具壽命影響最大，進(jìn)給量f次之，背吃刀量ap最小。這與三者對(duì)切削溫度的影響順序完全一致。廣義泰勒公式 刀具磨損和耐用度變化規(guī)律工件材料硬度、強(qiáng)度提高，刀具磨損增大，耐用度下降；材料導(dǎo)熱性切削用量增加，切削溫度升高，刀具磨損增大，耐用度下降；刀具前角增大，刀具磨損減小，耐用度增加；前角不能過大；主偏角減小，改善散熱性，耐用度增加刀具切削性能不好，刀具耐用度下降。刀具破損定義刀具在一定的切削條件下使用時(shí)，如果經(jīng)受不住強(qiáng)大的應(yīng)力（切削力和熱應(yīng)力），就可能突然損壞，使刀具提前失去切削能力。性質(zhì)突發(fā)過程，非正常磨損分類脆性破損（崩刃、碎斷、剝落、裂紋）韌性破損（卷

32、刃）第七節(jié) 切削用量的選擇及工件材料加工性一、切削用量的選擇1.切削用量對(duì)加工質(zhì)量的影響 ap 和 f 切削力F、加工精度 表面粗糙度 v 切削力F 減小或避免積屑瘤 有利于加工質(zhì)量和表面質(zhì)量的提高切削三要素對(duì)基本時(shí)間的影響是相同的。以車外圓為例：基本時(shí)間可用下式計(jì)算 h為切削余量2.切削用量對(duì)加工基本時(shí)間的影響因 ，故 為了便于分析，可將左邊式簡(jiǎn)化為由此，切削用量三要素對(duì)基本時(shí)間 的影響是相同的3.切削用量對(duì)刀具壽命和輔助時(shí)間的影響刀具壽命與切削用量之間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式：例如用硬質(zhì)合金車刀車削中碳鋼時(shí)由上式可知，在切削用量中，切削速度對(duì)刀具壽命的影響最大，進(jìn)給量的影響次之，切削深度的影響最小一

33、、切削用量的選擇結(jié)論綜合切削三要素對(duì)刀具壽命、生產(chǎn)率和加工質(zhì)量的影響，選擇切削用量的順序應(yīng)為：首先選盡可能大的切削深度，其次選盡可能大的進(jìn)給量，最后選盡可能大的切削速度。精加工時(shí)應(yīng)以保證零件的加工精度和表面質(zhì)量為主，同時(shí)也要考慮刀具耐用度和獲得較高的生產(chǎn)率。往往采用逐漸減小切削深度的方法來逐步提高加工精度，進(jìn)給量的大小主要依據(jù)表面粗糙度的要求來選取。粗加工時(shí)應(yīng)以提高生產(chǎn)率為主，同時(shí)還要保證規(guī)定的刀具耐用度。因此，一般選取較大的切削深度和進(jìn)給量，切削速度不能很高。 二、工件材料的切削加工性1.概念工件材料被切削加工的難易程度，稱為材料的切削加工性。工件材料良好的切削加工性是指：刀具耐用度較高或一

34、定耐用度下的切削速度較高；在相同的切削條件下切削力較小，切削溫度較低；容易獲得好的表面質(zhì)量；切屑形狀容易控制或容易斷屑；衡量一種材料切削加工性的好壞，還要看具體的加工要求和切削條件，例如純鐵不銹鋼二、工件材料的切削加工性判定材料的切削加工性最常用的指標(biāo)是一定刀具壽命下的切削速度vT和相對(duì)加工性Kr。vT的含義是指當(dāng)?shù)毒邏勖鼮門時(shí)，切削某種材料所允許的最大切削速度。vT值越高，表示材料的切削加工性越好。通常取T=60min，則vT寫作v60。相對(duì)加工性Kr取(v60)j切削正火狀態(tài)45鋼的vT則凡Kr1的材料，其加工性比45鋼好；Kr1者其加工性比45鋼差。材料切削加工性等級(jí) 二、工件材料的切削

35、加工性2.改善工件材料切削加工性的途徑材料的切削加工性對(duì)生產(chǎn)率和表面質(zhì)量有很大影響，因此在滿足零件使用要求的前提下，應(yīng)盡量選用加工性較好的材料。 (1)調(diào)整材料的化學(xué)成分；(2)采用熱處理改善材料的切削加工性。第八節(jié) 高速切削及刀具高速切削技術(shù)的概念 ；高速切削的發(fā)展史；高速切削的優(yōu)點(diǎn)；高速切削的應(yīng)用；高速切削的“軟硬件”要求；高速切削的概念與特點(diǎn) 高速切削技術(shù)的概念 20世紀(jì)90年代走向?qū)嶋H應(yīng)用的先進(jìn)制造技術(shù)，目前國際上對(duì)其定義尚無統(tǒng)一規(guī)定;通常指高主軸轉(zhuǎn)速和高進(jìn)給速度下的立銑;現(xiàn)階段一般把轉(zhuǎn)速10000r/min以上視為高速切削;國外對(duì)高速切削兩種表述方法：High Speed Machi

36、ning （高速加工，HSM）High Velocity Machining（高移速加工，HVM）第八節(jié) 高速切削及刀具高速切削的發(fā)展史1929年由德國Salomon博士提出1931年發(fā)表切削速度與切削溫度理論理論核心：Vc Tv 上升到一定程度后達(dá)到極限。 之后 Vc Tv 劃分切削速度的方法和觀點(diǎn)根據(jù)切削速度劃分：切削速度比常規(guī)高出510倍以上的切削加工。按不同加工工藝:加工工藝切削速度n車削7007000m/min銑削3006000m/min鉆削2001100m/min磨削150360m/s按加工不同的材料：根據(jù)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速等劃分按主軸的Dn值區(qū)分： Dn=D（mm）*n（r/min）

37、一般為5000002000000主軸錐孔型號(hào)轉(zhuǎn)速n（r/min）50號(hào)錐100002000040號(hào)錐200004000030號(hào)錐2500040000HSK錐2000040000主軸要達(dá)到所規(guī)定的平衡標(biāo)準(zhǔn)，速度至少要超過8000r/min按主軸錐孔的大小劃分：機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速高 當(dāng)前主流的高速加工設(shè)備主軸轉(zhuǎn)數(shù)已經(jīng)普遍超過2萬轉(zhuǎn)，更高的可達(dá)到6、7萬轉(zhuǎn)以上。進(jìn)給速度快 通?？焖倏招谐?060米/分,更快的可達(dá)80100米/分研究的出發(fā)點(diǎn)：提高效率解決難加工零件質(zhì)量問題1、切削速度和進(jìn)給速度大幅提高效果 單位時(shí)間內(nèi)的材料切除率大大增加，達(dá)到常規(guī)切削的36倍。高速切削的優(yōu)點(diǎn):2、切削力可降低30%以上。特別有利于提高薄壁細(xì)筋件等剛性差零件的高速精密加工高速切削的優(yōu)點(diǎn): 高速帶來突變滑移減少硬化阻力基本原理:3. 減少切削熱對(duì)機(jī)床和刀具的影響90%以上的切削熱來不及傳給工件被切屑帶走，工件基本上保持冷態(tài)，適合加工容易熱變形的零件。 高速切削的優(yōu)點(diǎn): 切屑成形模型 切削熱的產(chǎn)生 切削角的變化和減少切削熱 高速切削的優(yōu)點(diǎn): 切削熱隨著切削速度的提高，開始切削溫度升高很快，但達(dá)到一定速度后，切削溫度的升高逐漸緩慢，甚至很少升高。對(duì)每種工件材料與刀具材料的匹配，均有一個(gè)這樣的臨界切削溫度。4 機(jī)床的激振頻率特別高 遠(yuǎn)離“機(jī)床-刀具-工件”工藝系統(tǒng)的固有頻率范圍，能加工精密、非常光潔的零件。高