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1、机械制造工程学机械制造工程学Machine Manufacturing Engineering机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学一、概述：一、概述： 宏观上，宏观上，金属切削过程：是指用刀具从工件上金属切削过程：是指用刀具从工件上切除多余的金属层，使工件在尺寸、形状和表面质切除多余的金属层，使工件在尺寸、形状和表面质量方面都符合预定要求的一种加工过程。量方面都符合预定要求的一种加工过程。 此过程在常温下进行，称为冷加工。此过程在常温下进行，称为冷加工。 研究金属切削过程的规律首先要从金属切削过研究金属切削过程的规律首先要从金属切削过程中金属层受力变形破坏的力学原理开始。程
2、中金属层受力变形破坏的力学原理开始。 机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学1.刀具挤压工件，产生变形刀具挤压工件，产生变形2.滑移滑移3.挤裂挤裂4.切离切离机械制造工程学机械制造工程学 金属切削过程：就是工件的被切削层金属在刀金属切削过程：就是工件的被切削层金属在刀具前刀面的推移下，沿着剪切面具前刀面的推移下，沿着剪切面( (即滑移面即滑移面) )产生剪产生剪切变形并转变为切屑的过程。切变形并转变为切屑的过程。 机械制造工程学机械制造工程学1.1.第一变形区：第一变形区：( (基本变形区基本变形区) )OAOAOMOM之间的区域，是切削过程之间的区域，是切削过程中的主要变
3、形区，是切削力和切中的主要变形区，是切削力和切削热的主要来源。削热的主要来源。主要特征：主要特征：剪切面的滑移变形剪切面的滑移变形机械制造工程学机械制造工程学2.第二变形区：第二变形区：切屑底层与前刀面之间的摩擦切屑底层与前刀面之间的摩擦变形区。主要影响切屑的变形变形区。主要影响切屑的变形和积屑瘤的产生。和积屑瘤的产生。机械制造工程学机械制造工程学3.第三变形区：第三变形区：工件已加工表面与刀具后刀面之工件已加工表面与刀具后刀面之间的挤压、摩擦变形区域。间的挤压、摩擦变形区域。造成工件表面的纤维化与加工硬造成工件表面的纤维化与加工硬化。化。该区域对工件表面的残余应力以该区域对工件表面的残余应力
4、以及后刀面的磨损有很大的影响。及后刀面的磨损有很大的影响。机械制造工程学机械制造工程学4.剪切面：剪切面：在一般切削速度下，在一般切削速度下，OA(始滑面始滑面)与与OM(终滑面终滑面)非常接近非常接近(0.020.2mm)，所以通常用一个平面，所以通常用一个平面OO来表示这个变形区，该平面来表示这个变形区，该平面称为剪切面。称为剪切面。 机械制造工程学机械制造工程学5.剪切角：剪切角：剪切面与切削速度方向间的夹角剪切面与切削速度方向间的夹角叫做剪切角，用叫做剪切角，用表示。表示。剪切角的大小反映了剪切变形的剪切角的大小反映了剪切变形的程度，剪切角小则变形大。程度，剪切角小则变形大。 机械制造
5、工程学机械制造工程学1. 带状切屑：带状切屑：产生条件：产生条件：切削塑性材料、切削切削塑性材料、切削速度高、切削厚度较速度高、切削厚度较小、前角大。小、前角大。形状：形状：连绵不断呈带状，切连绵不断呈带状，切屑底面很光滑而背面屑底面很光滑而背面呈毛茸状。呈毛茸状。形成原因：形成原因：切削速度高，切削切削速度高，切削层未及充分变形即层未及充分变形即变为切屑，剪切面变为切屑，剪切面上的应力还未达到上的应力还未达到破坏值，因此，只破坏值，因此，只有塑性滑移而无断有塑性滑移而无断裂；前角大，则刀裂；前角大，则刀具锋利；具锋利；h hD D小则切小则切削力小。故易得带削力小。故易得带状切屑。状切屑。特
6、点：特点：切削过程变形小，切切削过程变形小，切削力小且稳定；已加削力小且稳定；已加工表面粗糙度低。对工表面粗糙度低。对生产安全有危害。生产安全有危害。机械制造工程学机械制造工程学2. 挤裂切屑挤裂切屑(节状切屑节状切屑) ：形状：形状：宏观上自然连宏观上自然连接，但外表面接，但外表面呈锯齿形，如呈锯齿形，如竹节状。竹节状。产生条件：产生条件：切削塑性材料、切切削塑性材料、切削速度中等、切削削速度中等、切削厚度较厚、前角较厚度较厚、前角较小。小。形成原因：形成原因：切削层经过充分变切削层经过充分变形全过程，最后被形全过程，最后被挤裂。挤裂。特点：特点：切屑冷硬度高，脆且切屑冷硬度高，脆且易断，便
7、于处理；易断，便于处理；变形相对较大，切削变形相对较大，切削力波动较大，易产生力波动较大，易产生振动；振动；已加工表面粗糙度较已加工表面粗糙度较高。高。机械制造工程学机械制造工程学3. 单元切屑：单元切屑：形状：形状： 切屑沿挤裂面切屑沿挤裂面完全断开成单元完全断开成单元状。状。产生条件：产生条件：材料塑性很差、材料塑性很差、切速低、切速低、hD大、大、前角小。前角小。形成原因：形成原因：整个剪切面上剪整个剪切面上剪应力超过材料的应力超过材料的破坏强度极限。破坏强度极限。特点：特点：切削力波动很大，切削力波动很大，有振动；已加工表有振动；已加工表面非常粗糙，且有面非常粗糙，且有振纹。振纹。机械
8、制造工程学机械制造工程学4. 蹦碎切屑：蹦碎切屑：形状：形状：切屑呈不规则的切屑呈不规则的碎块状。碎块状。产生条件：产生条件：切削脆性材切削脆性材料。料。形成原因：形成原因：材料塑性差，抗材料塑性差，抗拉强度低，受前拉强度低，受前刀面挤压时几乎刀面挤压时几乎没有塑性变形便没有塑性变形便脆断成不规则的脆断成不规则的碎块。碎块。特点：特点：切 削 过 程切 削 过 程不 平 稳 ，不 平 稳 ，切 削 力 波切 削 力 波动 大 ， 有动 大 ， 有冲 击 ， 振冲 击 ， 振动 大 ， 已动 大 ， 已加 工 表 面加 工 表 面粗糙。粗糙。机械制造工程学机械制造工程学1. 变形系数：变形系数：
9、Dchhhh厚度变形系数：厚度变形系数：式中：式中：hch切屑厚度切屑厚度 hD 切削层厚度切削层厚度 机械制造工程学机械制造工程学1. 变形系数：变形系数：长度变形系数：长度变形系数：式中：式中：lc 切削层长度切削层长度 lch切屑长度切屑长度 chclll机械制造工程学机械制造工程学1. 变形系数：变形系数：根据体积不变原理：根据体积不变原理：1lhsin)cos(sinOM)cos(OMhhooDch机械制造工程学机械制造工程学 工件材料：工件材料： 刀具角度：刀具角度： 切削速度：切削速度：工件塑性工件塑性 延伸率延伸率 O O 刀具锋利刀具锋利塑性变形塑性变形 V 机械制造工程学机
10、械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学“在一定的温度和压力在一定的温度和压力下，切削塑性金属时，下，切削塑性金属时，切屑底层与前刀面发生切屑底层与前刀面发生摩擦，嵌入式结合发生摩擦，嵌入式结合发生冷焊现象冷焊现象, ,使一部分切使一部分切屑粘结在前刀面上，形屑粘结在前刀面上，形成成积屑瘤积屑瘤”。1.1.特点：特点：硬度是工件材料的硬度是工件材料的2 2 3.53.5倍，可以代替刀具倍，可以代替刀具切削。切削。周而复始的生长、脱周而复始的生长、脱落。落。2. 产生条件：产生条件： 切削塑性材料。切削塑性材料。 切削区的温度、压力、摩切削区的温度、压力、摩擦和界面状况符合在刀面擦和界面状况符合
11、在刀面上发生冷焊的条件。上发生冷焊的条件。3. 对切削过程的影响：对切削过程的影响：积屑瘤代替刀刃进行切削，保护积屑瘤代替刀刃进行切削，保护了刀刃，增大了前角，减少了切了刀刃，增大了前角，减少了切屑的变形，降低了切削力。屑的变形，降低了切削力。 。积屑瘤形状不规则，频繁生长脱积屑瘤形状不规则，频繁生长脱落，影响尺寸精度和表面质量。落，影响尺寸精度和表面质量。故：故： 粗加工粗加工时可人为控制积屑瘤的生时可人为控制积屑瘤的生长，使积屑瘤能稳定存在。长，使积屑瘤能稳定存在。 精加工精加工时应抑制积屑瘤的产生。时应抑制积屑瘤的产生。机械制造工程学机械制造工程学 提高前刀面的光滑程度；提高前刀面的光滑
12、程度； 适当增大刀具前角；适当增大刀具前角； 提高工件的硬度，降低塑性；提高工件的硬度，降低塑性； 采用合适的切削液；采用合适的切削液； 避开积屑瘤产生的速度范围。避开积屑瘤产生的速度范围。机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学 区：切削速度很低，区：切削速度很低，形成粒状或节状切屑，没形成粒状或节状切屑，没有积屑瘤生成。有积屑瘤生成。 机械制造工程学机械制造工程学 区：形成带状切屑，区：形成带状切屑，冷焊条件形成，随着切削冷焊条件形成，随着切削速度的提高积屑瘤的高度速度的提高积屑瘤的高度也增高。也增高。 机械制造工程学机械制造工程学 区：积屑瘤高度随着区：积屑瘤高度随着切削
13、速度的提高而减小，切削速度的提高而减小，当达到当达到区右边界时，积区右边界时，积屑瘤消失。屑瘤消失。 机械制造工程学机械制造工程学 区：切削速度进一步区：切削速度进一步提高，由于切削温度较高提高，由于切削温度较高而冷焊消失，此时积屑瘤而冷焊消失，此时积屑瘤不再存在了。不再存在了。机械制造工程学机械制造工程学 切削力是指由于刀具切削工件而产生的工切削力是指由于刀具切削工件而产生的工件和刀具之间的相互作用力。件和刀具之间的相互作用力。 机械制造工程学机械制造工程学 切削力是切削过程中产生的重要物理现象，对切削过程切削力是切削过程中产生的重要物理现象，对切削过程有着多方面的重要影响。有着多方面的重要
Kaiyun体育官方网站 开云登录网站14、影响。 它直接影响切削时消耗的功率和产生的热量，并引起工它直接影响切削时消耗的功率和产生的热量，并引起工艺系统的变形和振动。艺系统的变形和振动。 切削力过大时，还会造成刀具、夹具或机床的损坏。切切削力过大时，还会造成刀具、夹具或机床的损坏。切削过程中消耗功所转化成的切削热则会使刀具磨损加快，工削过程中消耗功所转化成的切削热则会使刀具磨损加快，工艺系统产生热变形并恶化已加工表面质量。艺系统产生热变形并恶化已加工表面质量。 掌握切削力的变化规律，计算切削力的数值，不仅是设掌握切削力的变化规律，计算切削力的数值，不仅是设计机床、刀具、夹具的重要依据，而且对分析、解决切削加计机床、刀具、夹具的重要依据
15、，而且对分析、解决切削加工生产中的实际问题有重要的指导意义。工生产中的实际问题有重要的指导意义。机械制造工程学机械制造工程学一、切削力的来源：一、切削力的来源：1. 工件、切屑的变形抗力工件、切屑的变形抗力2. 刀具与切屑、工件与刀具与切屑、工件与刀具之间的摩擦阻力刀具之间的摩擦阻力机械制造工程学机械制造工程学2.背向力背向力FP：总切削力在切深方向的分总切削力在切深方向的分力。力。 FP在基面内，与进在基面内，与进给方向垂直。会使工件发给方向垂直。会使工件发生弯曲，或引起振动。生弯曲，或引起振动。 3.进给抗力进给抗力Ff：在进给方向的分力。在进给方向的分力。是计算或校核机床是计算或校核机床
16、进给机构强度的依进给机构强度的依据。据。1.1.主切削力主切削力( (切向力切向力) F) FC C：在主运动方向的分力。在主运动方向的分力。F FC C与与切削速度方向一致，又称切削速度方向一致，又称切向力。是计算机床切削切向力。是计算机床切削功率的主要依据。功率的主要依据。2p2fDDpDf2p2f2cFF：FcosFFsinFFFFFF 其中其中机械制造工程学机械制造工程学测定切削力大都采用应变片测力仪。测定切削力大都采用应变片测力仪。其基本原理是在弹性变形元件上贴应变片组成电桥，测量拉其基本原理是在弹性变形元件上贴应变片组成电桥，测量拉压应力应变。常用八角环式测力仪。压应力应变。常用八
17、角环式测力仪。机械制造工程学机械制造工程学由实验获得经验公式：由实验获得经验公式：)N(KfaCF)N(KfaCF)N(KfaCFffFfFfppFpFpccFcFcFyxpFfFyxpFpFyxpFc注意：注意：计算公式由实验测得，式中的各项应按照实验时的单计算公式由实验测得，式中的各项应按照实验时的单位计算。即：位计算。即：aP：mm，f：mm/r手册中的数据为特定切削条件下测得的数据，当实际手册中的数据为特定切削条件下测得的数据，当实际的条件与实验公式条件不符时，应加修正系数。的条件与实验公式条件不符时，应加修正系数。cccccccccVBFrFFFbrFFvFfFFKKKKKKKKK机
18、械制造工程学机械制造工程学负倒棱的影响：负倒棱的影响：机械制造工程学机械制造工程学“单位面积上的主切削力单位面积上的主切削力”：)mm/N(afFAFK2pcDcC估算切削力：估算切削力：pCDCcafKAKF机械制造工程学机械制造工程学)kw(1000vFPccc机床总功率：机床总功率：85. 075. 0cEPP机械制造工程学机械制造工程学“单位时间内切下单位体积金属所需的功率单位时间内切下单位体积金属所需的功率”) s/mm(vfaQ)smm/kw(QPP3cpz13zcs机械制造工程学机械制造工程学一、产生原因：一、产生原因： 切削层的弹性及切削层的弹性及塑性变形。塑性变形。 切屑与前
19、刀面，切屑与前刀面，工件与后刀面的工件与后刀面的摩擦。摩擦。第一变形区：第一变形区：60%的热量的热量第二变形区：第二变形区：30%的热量的热量第三变形区：第三变形区：10%的热量的热量机械制造工程学机械制造工程学二、切削热的传递：二、切削热的传递：Q=Q屑屑+Q刀刀+Q工工+Q介介在不使用冷却液的情况下：在不使用冷却液的情况下：Q屑屑Q刀刀Q工工Q介介 车削加工时，车削加工时，5086由切屑带走，由切屑带走，4010传入刀具，传入刀具，93传入工件，传入工件，1左右通过辐射传入空气。左右通过辐射传入空气。 钻削加工时，钻削加工时，28由切屑带走，由切屑带走，15传入刀具，传入刀具，52传入传
20、入工件，工件，5左右传入周围介质。左右传入周围介质。 机械制造工程学机械制造工程学1. 切削温度分布：切削温度分布：切削塑性材料时切削塑性材料时最高温度区域最高温度区域2. 切削温度：切削温度：“指切削区（切屑与指切削区（切屑与前刀面接触区）的前刀面接触区）的平均温度平均温度切削脆性材切削脆性材料时最高温料时最高温度区域度区域机械制造工程学机械制造工程学 常用热电偶法。两种不同的金属材料组成封常用热电偶法。两种不同的金属材料组成封闭回路，当两节点有温差时，会产生温差热电势闭回路，当两节点有温差时，会产生温差热电势 (T1-T0) )机械制造工程学机械制造工程学1)1)人工热电偶人工热电偶 用两
21、种热电位差较高的金属组成测温结点，用两种热电位差较高的金属组成测温结点，测量点温度。例如，在刀具上打孔到接近前刀测量点温度。例如，在刀具上打孔到接近前刀面，测点温。面，测点温。机械制造工程学机械制造工程学2)2)自然热电偶自然热电偶 利用刀具和工件本身两种不同材料组成热电利用刀具和工件本身两种不同材料组成热电偶，由于两端温度不同，产生温差热电势。这种偶，由于两端温度不同，产生温差热电势。这种方法测出的是切削区平均温度，需事先标定。方法测出的是切削区平均温度，需事先标定。 机械制造工程学机械制造工程学200以下以下切屑呈银白色切屑呈银白色220切屑呈淡黄色切屑呈淡黄色270切屑呈暗红色切屑呈暗红
22、色290300 切屑呈暗蓝色切屑呈暗蓝色320 切屑呈蓝色切屑呈蓝色350 切屑呈蓝灰色切屑呈蓝灰色400 切屑呈灰白色切屑呈灰白色500 切屑呈紫黑色切屑呈紫黑色切削碳钢时：切削碳钢时：机械制造工程学机械制造工程学1. 工件材料工件材料:HB、b b切削抗力切削抗力功耗功耗热处理热处理HBb b正火正火18760100%调质调质22975125%淬火淬火44HRC148145%45#钢为例：钢为例：机械制造工程学机械制造工程学2. 切削用量对切削温度的影响：切削用量对切削温度的影响：vc、f、ap zpyxcafvC用用YT15刀具，切削刀具，切削45#钢时钢时( b b=75kg/cm=7
23、5kg/cm2 2) )04. 0p14. 04 . 0cafv314机械制造工程学机械制造工程学3. 刀具几何角度对切削温度的影响：刀具几何角度对切削温度的影响： 刀具几何参数刀具几何参数( (如前角、刃倾角、刀尖圆角、刀尖负倒如前角、刃倾角、刀尖圆角、刀尖负倒棱、刀具磨损等棱、刀具磨损等) )对切削温度的影响有时也是两种作用相对切削温度的影响有时也是两种作用相互制约和矛盾的。互制约和矛盾的。 例如，前角增大，切削变形减小，切削力减小，有利例如，前角增大，切削变形减小，切削力减小，有利于降低温度，但前角太大则刀具切削刃单薄，散热条件差，于降低温度，但前角太大则刀具切削刃单薄，散热条件差，也有
24、使刀具温度升高的因素，因此存在着一个有利于切削也有使刀具温度升高的因素，因此存在着一个有利于切削温度的优化的前角值。温度的优化的前角值。 机械制造工程学机械制造工程学1.正确使用冷却液：正确使用冷却液：1)1)切削液的种类切削液的种类水溶液水溶液乳化液乳化液切削油切削油主要成分是水，冷却性能最主要成分是水，冷却性能最好，透明易观察，但纯水易好，透明易观察，但纯水易使金属生锈，且润滑性能差使金属生锈，且润滑性能差，因此需加入添加剂。，因此需加入添加剂。将乳化油用将乳化油用95959898的水的水稀释而成，润滑性能优于水稀释而成，润滑性能优于水溶液，但润滑和防锈性能仍溶液，但润滑和防锈性能仍较差，
25、需再加入油性添加剂较差，需再加入油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂、极压添加剂和防锈添加剂。主要成分是矿物油，少数主要成分是矿物油，少数采用植物油或复合油。纯采用植物油或复合油。纯矿物油不能形成坚固的润矿物油不能形成坚固的润滑膜，因此需再加入油性滑膜，因此需再加入油性添加剂、极压添加剂和防添加剂、极压添加剂和防锈添加剂，以提高润滑和锈添加剂，以提高润滑和防锈性能。防锈性能。机械制造工程学机械制造工程学1.正确使用冷却液：正确使用冷却液：2)2)切削液的选用切削液的选用一般，磨削时温度高，用水溶液。一般，磨削时温度高，用水溶液。车削时用乳化液。车削时用乳化液。精加工时用润滑性能好的切削液，极压切
26、削液精加工时用润滑性能好的切削液，极压切削液等。等。切铸铁时一般不加切削液。切铸铁时一般不加切削液。用硬质合金刀具时，因其高温硬度高，可不加用硬质合金刀具时，因其高温硬度高，可不加切削液，但要加时应注意要连续不断的加，以防止切削液，但要加时应注意要连续不断的加，以防止热裂。热裂。 机械制造工程学机械制造工程学2.合理选择切削用量：合理选择切削用量：3.改善刀具几何条件：改善刀具几何条件： O O机械制造工程学机械制造工程学 切削过程中，刀具与工件、切屑的接触面上存切削过程中，刀具与工件、切屑的接触面上存在巨大的压力，相当高的温度和剧烈的摩擦，在这在巨大的压力，相当高的温度和剧烈的摩擦，在这种条
27、件下，刀面上一些材料的微粒在切削过程中会种条件下，刀面上一些材料的微粒在切削过程中会逐渐地被工件或切屑擦伤带走，这种现象称为刀具逐渐地被工件或切屑擦伤带走，这种现象称为刀具磨损。磨损。 上述的刀具磨损属刀具的正常磨损。此外，还上述的刀具磨损属刀具的正常磨损。此外，还有刀具的非正常磨损有刀具的非正常磨损( (刀具破损刀具破损) )，如由于冲击、振，如由于冲击、振动、热效应等原因致使刀具崩刃、卷刃、断裂、表动、热效应等原因致使刀具崩刃、卷刃、断裂、表面剥落而损坏。面剥落而损坏。机械制造工程学机械制造工程学一、刀具的磨损形式一、刀具的磨损形式：1 1前、后刀面同时磨损前、后刀面同时磨损2 2后刀面磨
28、损后刀面磨损3 3前刀面磨损前刀面磨损机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学当用较高的切削速度和较大当用较高的切削速度和较大的切削厚度切削塑性金属材的切削厚度切削塑性金属材料时，将发生前、后刀面同料时，将发生前、后刀面同时磨损。时磨损。 机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学当切削脆性金属材料或以较当切削脆性金属材料或以较小的切削厚度切削塑性材料小的切削厚度切削塑性材料时，将发生后刀面磨损。时，将发生后刀面磨损。 机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学当以很大的切削厚度当以很大的切削厚
29、度(hD0.5mm)，且切削速度较高，且切削速度较高的条件下切削塑件较大的材的条件下切削塑件较大的材料时，料时，将发生后刀面磨损。将发生后刀面磨损。机械制造工程学机械制造工程学 引起刀具磨损的原因很多，既有机械摩擦作用，引起刀具磨损的原因很多，既有机械摩擦作用，又有切削力、切削热作用下的物理、化学作用。归纳又有切削力、切削热作用下的物理、化学作用。归纳起来主要有以下四种原因。起来主要有以下四种原因。机械制造工程学机械制造工程学1. 磨料磨损磨料磨损(机械磨损机械磨损) 工件和切屑中的硬质点（如碳化物）以及不断脱落工件和切屑中的硬质点（如碳化物）以及不断脱落的积屑瘤碎片划擦刀面产生磨损。的积屑瘤
30、碎片划擦刀面产生磨损。 磨料磨损在各种切削速度下都会发生，对于切削脆磨料磨损在各种切削速度下都会发生，对于切削脆性材料和在低速条件下工作的刀具，如拉刀、丝锥、性材料和在低速条件下工作的刀具，如拉刀、丝锥、板牙等，磨料磨损是刀具磨损的主要原因。板牙等，磨料磨损是刀具磨损的主要原Kaiyun体育官方网站 开云登录网站因。 机械制造工程学机械制造工程学2. 粘结磨损粘结磨损(冷焊磨损冷焊磨损) 切屑与刀具在压力和摩擦条件下冷焊粘结，然后相切屑与刀具在压力和摩擦条件下冷焊粘结，然后相互被拉开，产生表面破坏伤痕。互被拉开，产生表面破坏伤痕。 粘结磨损的程度主要取决于工件与刀具材料之间的粘结磨损的程度主要取决于工件与刀具材料之间的亲合能力和温
31、度，两种材料的亲合能力越强，越容易亲合能力和温度，两种材料的亲合能力越强，越容易发生粘结磨损。另外，在中温条件下，粘结磨损较为发生粘结磨损。另外，在中温条件下，粘结磨损较为严重。严重。 机械制造工程学机械制造工程学3. 扩散磨损：扩散磨损： 工件材料和刀具在高温下（工件材料和刀具在高温下（000）化学）化学元素相互扩散造成的磨损。元素相互扩散造成的磨损。机械制造工程学机械制造工程学3. 扩散磨损：扩散磨损： 扩散磨损的速率主要取决于刀具与工件材料扩散磨损的速率主要取决于刀具与工件材料间的亲合能力和两者接触面上的温度。温度是间的亲合能力和两者接触面上的温度。温度是影响扩散磨
32、损的最主要的因素，随着切削温度影响扩散磨损的最主要的因素，随着切削温度的提高，扩散磨损会迅速增加。的提高，扩散磨损会迅速增加。机械制造工程学机械制造工程学4. 氧化磨损：氧化磨损： 刀具上的表面膜被切屑或工件表面划擦掉后，在高温刀具上的表面膜被切屑或工件表面划擦掉后，在高温下（下（0）与空气中的氧作用产生松脆氧化物，）与空气中的氧作用产生松脆氧化物，造成刀具磨损。造成刀具磨损。一般来说，在刀一般来说，在刀屑接触区屑接触区内，空气不易进入，故氧化内，空气不易进入，故氧化磨损多发生在主、副切削刃磨损多发生在主、副切削刃的工作边界附近，造成边界的工作边界附近，造成边界磨损。磨损
33、。 机械制造工程学机械制造工程学切削速度切削速度(温度温度)对刀具磨损具有决定性的影响：对刀具磨损具有决定性的影响： 高速高速( (温温) )时扩散磨损和氧化磨损强度较高；中时扩散磨损和氧化磨损强度较高；中低速低速( (温温) )时冷焊磨损占主导地位；磨料磨损在不同时冷焊磨损占主导地位；磨料磨损在不同速速( (温温) )度下都存在。度下都存在。机械制造工程学机械制造工程学在刀具开始使用的短时间在刀具开始使用的短时间内，后刀面上即产生一个内，后刀面上即产生一个磨损量约为磨损量约为0.050.050.1mm0.1mm窄窄小棱带，这一阶段称为初小棱带，这一阶段称为初期磨损阶段。期磨损阶段。 刀具经过
34、初期磨损阶段，刀具经过初期磨损阶段，主后刀面粗糙度已减小，主后刀面粗糙度已减小，承压面积增大，刀具磨损承压面积增大，刀具磨损进入正常磨损阶段。进入正常磨损阶段。 随着磨损量随着磨损量VBVB不断增大，切不断增大，切削力、温度急剧上升，刀具削力、温度急剧上升，刀具磨损速率急剧增大，使刀具磨损速率急剧增大，使刀具失去切削能力，该阶段为急失去切削能力，该阶段为急剧磨损阶段。剧磨损阶段。 机械制造工程学机械制造工程学注意：注意：在实际生产中，必须控制刀具不能进入剧烈在实际生产中，必须控制刀具不能进入剧烈磨损阶段。磨损阶段。 在进入急剧磨损阶段以前，就要换刀或重磨，在进入急剧磨损阶段以前，就要换刀或重磨
35、，否则，不仅会恶化工件加工质量，重磨时消耗过多否则，不仅会恶化工件加工质量，重磨时消耗过多的刀具材料和增加磨刀时间与费用，严重时还会造的刀具材料和增加磨刀时间与费用，严重时还会造成产品、设备和人身事故。成产品、设备和人身事故。 机械制造工程学机械制造工程学“指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大磨损指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大磨损尺寸尺寸”。以。以VB表示表示机械制造工程学机械制造工程学“指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大磨损指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大磨损尺寸尺寸”。以。以VB表示表示考虑因素：考虑因素：刀具材料：强度高时，刀具材料：强
36、度高时，VB可取大值。可取大值。工艺系统刚性：工艺系统刚性差，工艺系统刚性：工艺系统刚性差，VB应取小值。应取小值。工件材料：切削难加工材料工件材料：切削难加工材料(如高温合金、不锈钢、钛合金等如高温合金、不锈钢、钛合金等)，一般应取较小的一般应取较小的VB值，加工一般材料，值，加工一般材料，VB可取大些。可取大些。加工精度和表面质量：加工精度和表面质量要求高时，加工精度和表面质量：加工精度和表面质量要求高时，VB应应取小值。取小值。工件尺寸：加工大型工件，为避免频繁换刀，工件尺寸：加工大型工件，为避免频繁换刀，VBVB应取大值。应取大值。 机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学机械制造工
37、程学“刀具从开始切削一直到磨损量达到磨钝标准为止的总刀具从开始切削一直到磨损量达到磨钝标准为止的总的切削时间的切削时间”。记为：。记为：T切削用量与刀具使用寿命的关系：切削用量与刀具使用寿命的关系：p1pn1m1cTafvCT机械制造工程学机械制造工程学当用硬质合金外圆车刀切削当用硬质合金外圆车刀切削b0.75GPa的碳钢时，的碳钢时，f0.75mm/r时，经验公式为：时，经验公式为： 75. 0p25. 25cTafvCT可见：可见：vC对对T的影响最大，的影响最大，f次之，次之，aP最小。在优选切削用量以提高最小。在优选切削用量以提高生产率时，首先应尽量选大的生产率时，首先应尽量选大的aP
38、，然后根据加工条件和要求然后根据加工条件和要求选允许最大的选允许最大的f，最后根据，最后根据T选取合理的选取合理的vC。机械制造工程学机械制造工程学1. 最大生产率使用寿命：最大生产率使用寿命：TP“根据单件工序工时最短的原则来确定根据单件工序工时最短的原则来确定Tp”。ctpt)mm1(T机械制造工程学机械制造工程学2. 经济使用寿命：经济使用寿命：TC“根据单件工序成本最低的原则来确定根据单件工序成本最低的原则来确定Tc”。)MCt (mm1Ttctc式中：式中：m：指数。：指数。 对于高速钢：对于高速钢： m=0.10.125， 硬质合金：硬质合金： m=0.10.4， 陶瓷刀具：陶瓷刀
39、具： m=0.20.4 tct：换刀一次所需时间；：换刀一次所需时间； Ct：刀具成本；：刀具成本； M：该工序单位时间内机床折旧费及所分担的全厂开支。：该工序单位时间内机床折旧费及所分担的全厂开支。机械制造工程学机械制造工程学一、前角的作用与选择一、前角的作用与选择1.直接影响刀具的锋利程度直接影响刀具的锋利程度刀具锋利刀具锋利切屑变形程度切屑变形程度切削力切削力前角前角2.直接影响切削刃的强度和刀头强度直接影响切削刃的强度和刀头强度前角前角刀刃及刀头强度刀刃及刀头强度易蹦刃易蹦刃楔角楔角3.直接影响切屑的形状和断屑效果直接影响切屑的形状和断屑效果前角前角切屑变形程度切屑变形程度易断屑易断屑
40、作用：作用：机械制造工程学机械制造工程学1. 工件材料：工件材料：脆性材料：脆性材料：O O小；塑性材料：小；塑性材料： O O大大2. 刀具材料：刀具材料：刀具的刀具的b b、k k较大，则较大，则O O可选大值可选大值3. 加工条件：加工条件：粗加工时：粗加工时：O O小；精加工时：小；精加工时： O O大大碳钢一般可取碳钢一般可取1020，铸铁一般可取，铸铁一般可取015。 机械制造工程学机械制造工程学“”机械制造工程学机械制造工程学 后角的主要作用是减少后刀面与加工工件之间后角的主要作用是减少后刀面与加工工件之间的摩擦和磨损。但后角过大，会削弱切削刃和刀头的摩擦和磨损。但后角过大，会削
41、弱切削刃和刀头的强度。的强度。 在相同磨钝标准在相同磨钝标准VBVB下，增大后角可以延长刀具下，增大后角可以延长刀具使用寿命。使用寿命。 通常通常O O = 5 = 5 1212作用：作用：机械制造工程学机械制造工程学1. 工件材料：工件材料：2. 刀具材料：刀具材料：刀具的刀具的b b、k k较大，则较大，则O O可选大值可选大值3. 加工条件：加工条件：粗加工时：粗加工时：O O小；精加工时：小；精加工时：O O大大工件的工件的b b、HBHB较大，则较大，则O O可选小值可选小值粗加工时，一般可取粗加工时，一般可取6 61010，精加工时，一般可取精加工时，一般可取8 81212。 机械
42、制造工程学机械制造工程学1. 影响残留面积的高度影响残留面积的高度、Rmax2. 影响三个切削分力的大小和比例关系影响三个切削分力的大小和比例关系(Kr) cosFFsinFFDpDf作用：作用：机械制造工程学机械制造工程学3. 主偏角影响切屑层的形状主偏角影响切屑层的形状在在f、ap相同的情况下：相同的情况下：b bD D刀刃工作长度刀刃工作长度单位负荷单位负荷机械制造工程学机械制造工程学1. 工件材料：工件材料： 2. 工艺系统刚性：工艺系统刚性：刚性好，则刚性好，则取小值。取小值。3. 加工条件：加工条件：粗加工时：粗加工时： 大；精加工时：大；精加工时： 小小HB HB 主偏角主偏角常
43、用的数值为常用的数值为30、45、60、75、90。 副偏角副偏角一般取一般取515。机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学1.1. 影响切屑的流向：影响切屑的流向： s 0s 0时，切屑流向待加工面；时，切屑流向待加工面； s 0s 0s 0机械制造工程学机械制造工程学“对某种材料进行加工的难易程度对某种材料进行加工的难易程度”机械制造工程学机械制造工程学 材料的切削加工性是一个相对的概念。通常在讨论钢材的材料的切削加工性是一个相对的概念。通常在讨论钢材的切削加工性时，以切削加工性时，以4545钢为比较基准；而讨论铸铁这样的脆性材钢为比较基准；而讨论铸铁这样的脆性材料时，则
44、以灰铸铁为比较基准。料时，则以灰铸铁为比较基准。 具体的评价指标主要有以下几种：具体的评价指标主要有以下几种： 以刀具使用寿命以刀具使用寿命T T的相对比值作为指标的相对比值作为指标 以相同刀具使用寿命以相同刀具使用寿命T T下切削速度下切削速度V V的相对比值作为指标的相对比值作为指标 在相同的切削条件下，如果切削正火在相同的切削条件下，如果切削正火4545钢的刀具使用寿命为钢的刀具使用寿命为T Tj j，而切削另一种，而切削另一种材料时的刀具使用寿命为材料时的刀具使用寿命为T T，则比值，则比值K KT TT/TT/Tj j的大小就可以反映材料的切削加工的大小就可以反映材料的切削加工性。当
45、性。当K KT Tl l，其切削加工性比，其切削加工性比4545钢好；钢好；反之，则比反之，则比4545钢差。钢差。 在保持切深在保持切深apap、进给量、进给量f f和刀具使用寿和刀具使用寿命命T T不变的情况下不变的情况下( (如如T=60min)T=60min)，如果切，如果切削正火削正火4545钢的切削速度为钢的切削速度为(V(V6060) )j j，而切，而切削另一种材料时的切削速度为削另一种材料时的切削速度为V V6060，用比，用比值值K Kr rV V6060/(V/(V6060) )j j可以反映材料的切削加可以反映材料的切削加工性。当工性。当K Kr rl l，其切削加工性
46、比，其切削加工性比4545钢钢好；反之，则比好；反之，则比4545钢差。钢差。K Kr r称为相对加称为相对加工性。工性。 机械制造工程学机械制造工程学相对加工性相对加工性Kr ：j6060r)V(VK式中：式中：V V6060 某种材料其刀具使用寿命为某种材料其刀具使用寿命为60min60min时时 的切削速度；的切削速度； (V(V6060) )j j 切削切削4545钢，刀具使用寿命为钢，刀具使用寿命为60min60min时时 的切削速度。的切削速度。 机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学机械制造工程学1.1.材料物理和机械性能的影响材料物理和机械性能的影响硬度和强度硬度和强度塑性
47、和韧性塑性和韧性导热性导热性线膨胀系数线膨胀系数金属材料的硬度和强度越高，切削金属材料的硬度和强度越高，切削力越大，切削温度越高，刀具磨损力越大，切削温度越高，刀具磨损越快，故切削加工性越差。越快，故切削加工性越差。 金属材料的塑性和韧性越好，切削金属材料的塑性和韧性越好，切削时塑性变形越大，消耗能量越多，时塑性变形越大，消耗能量越多，切削力和切削温度也越高，且不易切削力和切削温度也越高，且不易断屑，故切削加工性越差。断屑，故切削加工性越差。 材料的导热系数越大，切削时的散材料的导热系数越大，切削时的散热越好，有利于降低切削温度，故热越好，有利于降低切削温度，故切削加工性越好。切削加工性越好。
48、 材料的线膨胀系数越大，加工时工材料的线膨胀系数越大，加工时工件尺寸变化越大，不易控制尺寸精件尺寸变化越大，不易控制尺寸精度，故切削加工性越差。度，故切削加工性越差。 机械制造工程学机械制造工程学2.2.材料化学成分的影响材料化学成分的影响 碳钢中含碳量或普钢中合金成分碳钢中含碳量或普钢中合金成分(如如Cr、Ni、Mo等等) 强度、硬度强度、硬度 导热性导热性 加工性加工性 含量含量加入加入S、Pb、P元素元素 加入硫加入硫S、铅、铅Pb塑性塑性 加工性加工性 加入磷加入磷P 脆性脆性 加工性加工性 机械制造工程学机械制造工程学2.2.材料化学成分的影响材料化学成分的影响 铸铁铸铁 灰铸铁内石
49、墨呈片状分布，破坏了基体的连续性，灰铸铁内石墨呈片状分布，破坏了基体的连续性，而且有润滑作用，切削加工性较好。而且有润滑作用，切削加工性较好。球墨铸铁内石墨成球状，有利于基体连续，强度高，球墨铸铁内石墨成球状，有利于基体连续，强度高，较难加工。较难加工。冷硬铸铁或白口铸铁因其硬度高而很难加工。冷硬铸铁或白口铸铁因其硬度高而很难加工。机械制造工程学机械制造工程学热处理，改变材料的组织和机械性能热处理，改变材料的组织和机械性能调整材料的化学成分调整材料的化学成分通过热处理工艺方法，改变钢铁材通过热处理工艺方法，改变钢铁材料中的金相组织是改善材料加工性料中的金相组织是改善材料加工性的一个重要途径。的
50、一个重要途径。 在满足零件使用性能要求的条件下，通在满足零件使用性能要求的条件下，通过调整工件材料的化学成分，可使其切过调整工件材料的化学成分，可使其切削加工性得以改善。削加工性得以改善。 机械制造工程学机械制造工程学一、选择切削用量的原则一、选择切削用量的原则切削用量与刀具使用寿命的关系：切削用量与刀具使用寿命的关系：pnmafvCTppnmcT/1/1/1111式中可知：在可知：在vc、f、ap中，切削速度中，切削速度vc对刀具使用对刀具使用寿命影响最大，进给量寿命影响最大，进给量f次之，背吃刀量次之，背吃刀量ap影响影响最小。最小。 机械制造工程学机械制造工程学cpzvfaQ生产率可用单
51、位时间内的金属切除率生产率可用单位时间内的金属切除率Qz表示表示：故提高生产率，除可提高切削速度故提高生产率，除可提高切削速度vc外，还可外，还可增大进给量增大进给量f及加大背吃刀量及加大背吃刀量ap。 但均应保证刀具的使用寿命。但均应保证刀具的使用寿命。 机械制造工程学机械制造工程学 在机床、工件、刀具强度和工艺系统在机床、工件、刀具强度和工艺系统刚性允许的条件下，首先选择尽可能大的刚性允许的条件下，首先选择尽可能大的背吃刀量背吃刀量a ap p，其次根据加工条件和要求选，其次根据加工条件和要求选用所允许的最大进给量用所允许的最大进给量f f，最后再根据刀具，最后再根据刀具的使用寿命要求选择
52、或计算合理的切削速的使用寿命要求选择或计算合理的切削速度度v vc c。 机械制造工程学机械制造工程学1.1.背吃刀量的选择背吃刀量的选择 背吃刀量根据加工余量来确定。背吃刀量根据加工余量来确定。 切削加工一般分为粗加工、半精加工和精加工。切削加工一般分为粗加工、半精加工和精加工。 粗加工粗加工(Ra80(Ra8020m)20m)时应尽量一次走刀切除全部时应尽量一次走刀切除全部余量，若机床功率为中等时，余量，若机床功率为中等时，a ap p=8=810mm10mm。半精加工。半精加工(Ra10(Ra105m)5m)时，时，a ap p=0.5=0.52mm2mm。精加工。精加工(Ra2.5(R
53、a2.51.25m)1.25m)时，时，a ap p=0.1=0.10.4mm0.4mm。 当加工余量太大，或工艺系统刚度不足，或断续切当加工余量太大，或工艺系统刚度不足，或断续切削时，粗加工也不能一次选用过大的背吃刀量，应分几削时，粗加工也不能一次选用过大的背吃刀量，应分几次走刀，不过第一次的背吃刀量应取大些。次走刀，不过第一次的背吃刀量应取大些。 机械制造工程学机械制造工程学2.2.进给量的选择进给量的选择 粗加工时，应在机床进给机构的强度、车刀刀粗加工时，应在机床进给机构的强度、车刀刀杆强度和刚度、刀片强度以及装夹刚度等允许的条杆强度和刚度、刀片强度以及装夹刚度等允许的条件下，尽可能选取
54、大的进给量。精加工时最大进给件下，尽可能选取大的进给量。精加工时最大进给量主要受表面粗糙度的限制。量主要受表面粗糙度的限制。 实际生产中，主要用查表法或根据经验确定。实际生产中，主要用查表法或根据经验确定。 机械制造工程学机械制造工程学3.3.切削速度的确定切削速度的确定 根据已选定的背吃刀量根据已选定的背吃刀量a ap p、进给量、进给量f f和刀具和刀具使用寿命使用寿命T T，可根据切削用量与刀具使用寿命的，可根据切削用量与刀具使用寿命的关系式计算切削速度关系式计算切削速度v vc c，然后再算出机床主轴转，然后再算出机床主轴转速。速。 生产中多采用查表法或经验确定。生产中多采用查表法或经验确定。
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