1、1,第二章,金属切削的基本规律及其应用,2,本章要点,切削过程三个变形区分析,切削力及其影响因素,切削热与切削温度,积屑瘤、残余应力和加工硬化,刀具磨损与刀具寿命,切削用量的选择,刀具几何参数选择,3,第一节,金属切削过程中的变形,4,种类：影响切屑形状的因素:工件材料、切削速度、进给量、刀具角度 切屑形状对加工过程的影响:切削过程平稳性、表面质量,一、切屑的种类及其变化,带状切屑,挤裂切屑,单元切屑,崩碎切屑,带状，底面光滑，背面呈毛茸状,节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状,底面已不光滑，呈粒状金属块的堆砌,不规则块状颗粒,5,一、切屑的种类及其变化,切屑类型及形成条件,6,切屑类型,带状切
2、屑,挤裂切屑,节状切屑,崩碎切屑,切屑形态照片,7,切屑类型,为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量，应对切屑进行控制卷曲和折断。切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加变形的结果,切屑的卷曲,断屑的产生,断屑是对已变形的切屑再附加一次变形（常需有断屑装置）,8,切屑根部金相照片,二、切削层金属的变形,9,第变形区：即剪切变形区，金属剪切滑移，成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。 特征：剪切滑移，晶粒拉长,第变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变形。 特征：晶粒纤维化方向与已加工表面平行 此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。 包括：塑性变形、弹性变
3、形；弹性变形 （已加工表面）回弹,1 三个变形区,第变形区：靠近前刀面处，切屑排出时受前刀面挤压与摩擦,使靠近前刀面的的晶粒进一步剪切滑移。,特征：晶粒剧烈剪切滑移呈纤维状，纤维化方向与前刀面平行 此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。,二、切削层金属的变形,切削部位三个变形区,10,二、切削层金属的变形,11,2 第一变形区内金属的剪切变形,工件上P点，在v下，向切削刃逼近挤压 应力增加 到达1点， 沿OA滑移1 2，强化， 增加；挤压 应力增加， 滑移2 3材料内部的最大剪应力许用剪应力OA始滑移 OM终滑移 第一变形区厚度仅为0.020.2mm，可以看成面，称剪切面：,1
4、2,第一变形区内金属的剪切变形,剪切角 ： 剪切面与切削速度方向之间的夹角。,晶粒纤维化方向与滑移方向不一致，成 角。,13,3 变形程度的表示,变形系数剪切角剪应变,14,切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本不变。可用其表示切削层变的变形程度。,3 变形程度的表示, 厚度变形系数, 长度变形系数,由于沿切屑宽度方向基本没有变形，根据体积不变原理：变形系数：一般：,15,剪切角 剪切角越大， 越小（ 不变）， 越小。 前角增大，剪切角增大，变形减小。,变形程度的表示,16,变形程度的表示,既然切削过程中金属变形的主要形式是剪切滑移，当然就可以用相对滑移,来衡量切削过程的变形程度,平
5、行四边形OHNM变为OGPM,17,变形程度的表示,几种表示变形程度的参数的比较 切屑形态：对于塑性材料，从带状切屑，到挤裂切屑，到单元切屑，变形依次增大。特点：1）方便。可在现场目测。2）很粗略，只能定性分析。3）有时会造成假象：有时挤裂切屑的变形小于单元切屑（切削厚度很大时） 剪切角：可定量反映变形特点：1）计算值不精确，且各种理论下的计算值差别较大2）虽然可以通过实验测量，但很不方便，只能用于实验分析。 变形系数：建立在将切削看成纯挤压的观点上特点：1）易测量2）由于出发点与实际差别较大（切削变形以剪切为主），故不精确。有时等于1，甚至小于1（切削耐热合金，如钛合金时）。,18,变形程度
6、的表示,几种表示变形程度的参数的比较 剪应变：建立在纯剪切的观点上，最接近实际情况，是比较合理、精确的近似（忽略了挤压）。特点：1）在 ， 增加， 下降2）3）,19,三 刀屑接触区的变形与摩擦,第二变形区特征:切屑底层晶粒纤维化,流速减慢,甚至滞留。 切屑发生弯曲 温度升高,20,粘结区：高温高压使切屑底层软化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形成长度为lf1的粘接区。切屑的粘接层与上层金属之间产生相对滑移，其间的摩擦属于内摩擦。,沿前刀面方向：在高温高压作用下，切屑与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。 两个摩擦区,滑动区：切屑在脱离前刀面之前，与前刀面只在一些突出点接触，切屑与前刀面之间的摩
7、擦属于外摩擦。,三 刀屑接触区的变形与摩擦,前刀面变形区的特点,垂直于前刀面方向：切屑流速不均加工硬化,两个摩擦区,21,前刀面变形区的特点,切屑流动速度不均匀：表层流速大，底层流速小。当 时， 滞留现象切屑上下层变形程度不均匀：底层变形大，高度纤维化 加工硬化,三 刀屑接触区的变形与摩擦,22,积屑瘤现象,积屑瘤成因, 形成条件：一定的速度范围（一定的温度、压力作用下）切削塑性材料连续切削 现象：切屑底层一部分金属停滞和堆积（冷焊）在刃口附近，形成楔块 特征：加工硬化，硬度很高，可达工件本体硬度的23.5倍,23, 优点： 增大实际前角 代替前刀面切削，保护刀刃（积屑瘤稳定时） 缺点： 影响
8、加工精度和表面粗糙度 积屑瘤不稳定，破裂后会嵌入工件 使刀刃畸变 时长时消，引起振动 影响刀具耐用度：积屑瘤被切屑带走的同时，带走刀具材料，产生刀具磨损,24,精加工时，积屑瘤无益处1) 降低切削速度,以降低切削温度2)高速切削3)增大前角,减少接触压力4)润滑5)适当提高工件材料硬度（工件塑性越大，越容易产生积屑瘤）,避免积屑瘤的措施,25,四 影响切屑变形的因素,工件材料 前角 切削厚度 切削速度,26,四、切屑变形的规律,工件材料强度、硬度越高-切屑变形越小,27,四 切屑变形的规律,刀具前角的影响 前角越大,变形越小,28,四 切屑变形的规律,切削厚度的影响（f）越大,变形越小,29,
9、四 切屑变形的规律,切削速度的影响（中）低速：与积屑瘤有关高速：变形来不及传递，v 越大,变形越小总趋势：v 越大,变形越小,30,已加工表面的变形,切削刃存在刃口圆弧，导致挤压和摩擦，产生第变形区。,A点以上部分沿前刀面流出，形成切屑；A点以下部分受挤压和摩擦留在加工表面上，并有弹性恢复。,A点前方正应力最大，剪应力为 0。 A点两侧正应力逐渐减小，剪应力逐渐增大，继而减小。,31,第二节 切削力,切削力的来源 切削力的分解切削力的经验公式 切削力的影响因素,32,一、切削力及切削功率,1 切削力的来源,来源： 3个变形区产生的弹、塑性变形抗力 切屑、工件与刀具间摩擦力,切削力：切削过程中，
10、工件作用在刀具上的力,33,r,Fz,Fr,Fy,FN,Fx,FN,FN,f,v,切削力的分解,一、切削力及其切削功率,2 切削力的分解: 切削合力Fr：主切削力Fz、径向力Fy、轴向力Fx,34,一、切削力及其切削功率,3 切削功率,Fy不做功，而Vf又很小， Fx也很小，因此进给运动消耗的功率可以忽略，于是：,切削功率：,机床电机功率：,机床传动效率，一般取0.750.85,35,二 切削力的求法,1 通过测量机床功率求切削力,利用功率表测量机床功率，换算出切削力，误差较大,2 利用测力仪测量切削力,利用测力仪，可以测出Fz、Fy、Fx三个分力，精度较高,3 切削力的计算,理论公式：基于假
11、设条件推导，误差较大，不实用。 经验公式：基于实测数据，用统计分析的方法得出。计算结果教准确，是目前常用的计算方法。,36,二 切削力的求法,切削力经验公式,式中 CFZ , CFx , CFy 与工件、刀具材料有关系数；xFZ , xFx , xFy 切削深度ap 对切削力影响指数；yFZ , yFx , yFy 进给量 f 对切削力影响指数；nFZ , nFx , nFy 切削速度V 对切削力影响指数；KFZ , KFx , KFy 考虑切削速度、刀具几何参数、刀具磨损等因素影响的修正系数。,硬质合金车刀车外圆时：,37,切削力经验公式,单位切削力 单位切削层面积上的主切削力,38,三、影
12、响切削力的主要因素,工件材料,刀具几何参数,其他因素： 刀具材料、切削条件,39,三、影响切削力的主要因素,1 工件材料的影响,（1）切削深度；,2 切削用量的影响,切削深度增加，切削力成正比增加,40,三、影响切削力的主要因素,（2）进给量： 进给量增加，切削力增加，但不成正比；,2 切削用量的影响,41,三、影响切削力的主要因素,（3）切削速度,2 切削用量的影响,v对FZ的影响主要是因为v对 有影响,总趋势： v增加，FZ下降,积屑瘤的影响,一般在2040m/min,42,三、影响切削力的主要因素,（1） 前角：加工脆性金属时，前角影响不明显,3 刀具几何角度的影响,43,三、影响切削力
13、的主要因素,（2） 主偏角： 对主切削力影响不大对径向力和轴向力影响显著：,3 刀具几何角度的影响,44,三、影响切削力的主要因素,（3）刃倾角：s对主切削力影响不大对径向力和轴向力影响显著： （4） 刀尖圆弧半径 r：对主切削力影响不大。r较大时，对吃刀抗力和进给抗力有影响, 刀具材料：与工件材料之间的亲和性影响其间的摩擦，进而影响切削力 ； 切削液：有润滑作用，使切削力降低 ； 后刀面磨损：使切削力增大，对径向力的影响较显著 ；,45,第三节 切削热和切削温度,切削热的来源 切削区的温度分布 影响切削温度的因素,切削功 热 作用于,刀具：产生磨损,工件：影响加工精度表面质量,46,一、切削
14、热的来源与传出,切削热来源, 切削过程变形和摩擦所消耗的功，绝大部分转变为切削热,切屑、工件、刀具、周围介质（切削液、空气), 来源三个变形区（一般主要产生在第I变形区）,47,二、切削温度及其分布,切削温度：切削区的平均温度,1 切削温度的测量,（1）自然热电偶 热端：切削区 冷端：系统室温区 用毫伏表测热电势，再与标定曲线对照，得出切削区平均温度 刀具、工件要与机床绝缘 优点：简单易行 缺点：只能测平均温度，得不到温度分布情况； （2）人工热电偶：专门测温的热电偶，测某一点的温度,48,二、切削温度及其分布,TJ University,2 切削温度分布,（1）刀屑接触面上温度最高且梯度大。
15、速度高，来不及散热继续变形，温度升高 （2）温度最高点不在切削刃口处。热积蓄造成月牙洼磨损 （3）工件或刀具的导热系数越小，切削温度越高。,49,三、影响切削温度的主要因素,切削用量刀具几何参数工件材料刀具磨损冷却液,50,三、影响切削温度的因素,产生：,分析要点：,传出,变形功,摩擦功,热 温度,刀屑接触长度,导热系数,散热,温度,刀尖角,： 刀尖角,51,三、影响切削温度的因素,1 切削用量对切削温度的影响,式中 用自然热电偶法测出的前刀面接触区的平均温度(C)；C 与工件、刀具材料和其它切削参数有关的切削温度系数；Z、Y、X vc、f、ap 的指数。,经验公式,（3-12）,52,切削速
16、度对切削温度的影响,由上表可以看出： ZYX,增加，温度均增加。,切削功 （呈0.85指数）,热不易传导（时间短），易聚集,刀屑接触长度 散热,切削功 （0.75指数）,刀屑接触长度 散热,影响最大， 次之， 影响最小,切削功 （成正比）,（成正比） 散热 （成正比）,53,影响切削温度的因素,2 刀具几何参数对切削温度的影响,（2）主偏角： 刀尖角 散热 切削温度,3 工件材料的影响,工件材料强度、硬度切削温度 工件材料导热性 切削温度,4 刀具磨损的影响,（1）前角： 功 切削温度,过大楔角 散热 切削温度, 散热 切削温度,刀具磨损切削温度,54,第四节,55,一 刀具磨损的形态,刀具磨
17、损形态正常磨损： 前刀面磨损后刀面磨损边界磨损 非正常磨损： 破损、卷刃,56,刀具磨损形态,1 前刀面磨损,形式： 月牙洼 形成条件：加工塑性材料 特征： 长度基本不变（=aw）宽度、深度逐渐变大 影响： 削弱刀刃强度，降低加工质量 度量参数：KT（月牙洼深度，常用）,57,刀具磨损形态:正常磨损,2 后刀面磨损,形式： 形成后角=0的磨损面 形成条件：任何情况下 影响： 切削力, 切削温度,产生振动，降低加工质量 特征： 后角=0C区、N区严重，B区均匀 度量参数：VB（B区平均磨损带宽度，常用）,3 边界磨损,形式：主后刀面：主切削刃与待加工表面对应位置副后刀面：主切削刃与待加工表面对应
18、位置 原因：温度梯度大；工件表面硬化、硬皮；周围介质（化学作用）,58,1 硬质点磨损条件： 各种切速、各种金属但：是低速情况下刀具磨损的主要原因原因：工件中的硬质点（氧化物：SiO2、Al2O3、TiO；碳化物：Fe3C等；氮化物：Si2N4等），其硬度大于刀具 粘结磨损（冷焊）条件：中等（偏低）切速原因：刀屑：新鲜表面接触，且高温高压，分子间吸附，造成粘结（冷焊），相对运动，造成粘结撕裂撕裂一般发生在工件上，但刀具上的裂纹、残余应力等缺陷，也会发生在刀具上，造成磨损。,二 刀具磨损的主要原因,59,3 扩散磨损条件：高速、高温，切削塑性材料原因：高温下，刀具表面与工件表面某些化学元素相互扩
19、散到对方，改变原有材料的性能，使刀具变脆，硬度下降硬质合金800C以上：Co、Ti、WC Fe并非直接产生磨损，而是加剧磨损的一种原因,二 刀具磨损的主要原因,扩散,低硬度、高脆性的符合化合物,60,化学磨损（氧化磨损）条件：高速、高温（700800C）原因：硬质合金中的WC、TiC、Co无切削液时：与空气中的氧形成氧化物：Co3O4、CoO、WO3、TiO2有切削液时：内含S、Cl、硫化油、氯化石蜡等，形成硫化铁、氯化亚铁这些氧化物、硫化物硬度低、耐磨性差,二 刀具磨损的主要原因,61,5 热电磨损条件：高速、高温原因：刀具与工件材料形成的热电势，形成热电流，加快元素的扩散,二 刀具磨损的主
20、要原因,不同条件下，各种磨损原因所占的比例是不同的。,62,三 刀具磨损过程及磨钝标准,1 刀具磨损过程,3个阶段,初期磨损阶段：VB增加很快（新刀刃，压强高）VBI=0.050.1mm 正常磨损阶段：后刀面上磨出窄棱面，VB增加均匀 急剧磨损阶段：磨损速度突然加快（刀刃变钝，导致F，温度）使用刀具时，应避免进入该阶段重磨,63,刀具磨钝标准,2 刀具的磨钝标准,磨钝标准：刀具磨损到不能继续使用的磨损限度,统一标准：后刀面磨损宽度VB作为磨钝标准,ISO规定：以1/2背吃刀量处的后刀面的磨损带宽度VB作为磨钝标准 自动线上：多以径向磨损量NB作为磨钝标准,如何判断刀具是否达到磨钝标准（应该重磨
21、）？ 凭经验：切削颜色：灰（低温），黄（中温）、蓝（高温）噪音（摩擦尖叫） 振动 粗糙度 在线监控：颜色、声音、力、力矩、光、振动、尺寸精度,切削情况不同，磨钝标准值的大小不同：系统刚性差：VB应小粗、半精加工：VB 可以适当大一些精加工、粗糙度要求高：VB要小,64,四 刀具耐用度经验公式及其合理选择,耐用度：刃磨后的刀具磨损到磨钝标准的实际切削时间, 用T （s或min)表示。, 刀具总寿命 =T*刃磨次数,式中：CT 、x、y、z 为与工件、刀具材料等有关的常数 。注：x y z,用硬质合金刀具切削碳钢（b= 0.637GPa）时，有：,65,刀具耐用度经验公式及其合理选择,一 各因素对
22、刀具耐用度的影响,1 切削用量三要素：由经验公式可以看出： v ，f， ap ，Tv影响最大；f 次之；ap 影响最小 。（源于对的影响不同）,66,刀具耐用度经验公式及其合理选择,2 刀具角度,（1）前角0：0FZ功 T0过大楔角传热 T ,67,刀具耐用度经验公式及其合理选择,2 刀具角度,（2）主偏角r：r 刀尖角r散热 Tr aw 热量集中 T ,3 工件材料,b FZ 功 T ,68,刀具耐用度经验公式及其合理选择,耐用度的选择：根据生产目标确定： 最大生产率耐用度: 以工件（或工序）加工时间最短为目标生产率高，但耐用度低 最低成本耐用度: 以单个零件加工费用最低为目标耐用度高，但加
23、工工时长 最大利润耐用度: 以最大利润为目标耐用度介于以上两者之间,二 合理耐用度的选择,69,崩刃：刀刃附近材料脱落，产生缺口属早起轻度磨损；硬质合金、陶瓷等易发生 剥落：发生在前后刀面，呈片状剥落刀具内部缺陷，压力、摩擦；（积屑瘤、粘屑、冲击时易发生） 碎断：小块或大块断裂刀具负荷过大，刀具内部有缺陷或有疲劳裂纹 裂纹破损：产生疲劳裂纹平行于刀刃：机械疲劳；垂直于刀刃：热（冲击）疲劳,五 刀具破损,刀具表层材料发生塑性流动而丧失切削能力,刀具破损：未达到磨钝标准，发生突然损坏而不能继续使用,70,第五节 刀具几何参数的合理选择,刀具几何参数的合理选择：是指在保证加工质量的前提下，选择能提高
24、切削效率，降低生产成本，获得最高刀具耐用度的刀具几何参数。 CIRP(国际生产工程研究学会)的一项研究报告指出：“由于刀具材料的改进，刀具的允许切削速度每隔十年几乎提高一倍；由于刀具结构和几何参数的改进，刀具使用寿命每隔十年几乎提高二倍。” 刀具几何参数： 刀具几何角度（如前角、后角、主偏角等）、 刀面形式（如平面前刀面、倒棱前刀面等） 切削刃形状（直线形、圆弧形）选择刀具考虑的因素： 工艺条件:工件材料、刀具材料、切削用量、工艺系统刚性等 机床功率,71,一 前角及前刀面型式的选择,1、前角的功用及选择,0F ,(1)功用：（a）影响切削变形、切削力、切削温度,（b）影响刀刃与刀头的强度、散
25、热条件,0强度散热体积 ； 0过大崩刃,(c)影响切屑形态和断屑效果,0 切屑脆化（带状挤裂 ） 易断裂,(d)影响已加工表面质量,0减小和拟制积屑瘤、鳞刺，减小振动,0,72,一 前角及前刀面型式的选择,(2）合理前角：增加和减小前角，各有利弊合理前角opt ：对应刀具耐用度最大的前角,73,一 前角及前刀面型式的选择,(3）合理前角的选择,工件材料：（a）强度、硬度越高（塑性越小），合理前角越小对特别硬的钢（如淬火钢），取负前角（b）塑性材料，特别是加工硬化严重的材料，取较大前角（c）脆性材料，取小前角,粗加工，特别是断续切削，承受冲击性载荷，或工件有硬皮时，应适当减小前角；,工艺系统刚性
26、差或机床功率不足时，应选取较大的前角。,数控机床和自动机、自动线用刀具，应考虑尺寸耐用度NB，应选用较小的前角。,刀具材料的抗弯强度较大、韧性较好时，应选用较大的前角。如高速钢刀具比硬质合金刀具，允许选用较大的前角(约可增大510)。,74,一 前角及前刀面型式的选择,2、前刀面型式的选择,正前角平面型：刃口锋利，但强度低，不易断屑，常用于精加工,正前角平面带倒棱型：有负倒棱。刃口强度高，常用于脆性大的刀具材料或断续切削,正前角曲面带倒棱型：曲面起卷屑作用，并增大前角。用于塑性材料的粗、半精加工,负前角平面型：刚冲击能力强，常用于硬质合金刀具加工高强度、高硬度材料,负前角双平面型：刃口强度高，
27、能减少前刀面刃磨面积。,75,一 前角及前刀面型式的选择,3、切屑控制,为避免切屑缠绕、划伤工件或刀具（尤其是在自动机、线上），必须对切屑进行控制,切削平稳 易缠绕 易划伤工件或伤人,不易缠绕、伤人 切削平稳性差 影响已加工表面粗糙度 重型车床大切削厚度、大进给 量切削时易崩刃、伤人,76,一 前角及前刀面型式的选择,3、切屑控制,切削脆性材料时产生,自动线的理想切屑形状：易清理,77,一 前角及前刀面型式的选择,3、切屑控制,带状切屑的理想形式,易清理 重型车床大切削厚度、大进给 量切削时的理想形式,78,一 前角及前刀面型式的选择,卷屑机理：设法使切屑在沿前刀面流出时，受到额外的作用力而产
28、生附加变形而卷曲,自然卷屑机理：自行卷曲中低速、积屑瘤,卷屑槽卷屑机理：前刀面有卷屑槽 使切屑在沿前刀面流出时产生附加变形,79,一 前角及前刀面型式的选择,断屑机理：使切屑产生较大变形（卷屑槽、断屑台），硬度提高，脆性增加，碰到工件（过度表面或待加工表面）或刀具，折断,80,二 后角的功用及选择,1、后角的功用,（1）0减小与已加工表面的摩擦提高表面质量，提高耐用度,（2）VB一定时：0磨损掉的刀具体积T ；但径向磨损量NB可能影响尺寸精度（自动线）,NB一定时： 0磨损掉的刀具体积T ,81,二 后角的功用及选择,1、后角的功用,（3）0楔角0，刀尖圆弧半径r 锋利,（4）0刀刃和刀头强度
29、，散热体积 ,0,82,二 后角的功用及选择,2、后角的选择,1、工件材料：（a）强度、硬度，为提高刃口强度，后角（b）塑性、韧性，后角（减小后刀面摩擦）（c）脆性切削集中在刃口后角,2、粗加工、强力切削、冲击载荷，应适当减小后角；精加工后刀面磨损比例 后角（锋利，减小摩擦）,3、工艺系统刚性差、易振动时，应减小后角，甚至磨出消振棱增加阻尼，消振,4、有尺寸耐用度要求的刀具，后角,83,三 主、副偏角的功用及选择,1、主偏角的功用及选择,（1）主偏角的功用,影响残留面积高度：,84,三 主、副偏角的功用及选择,1、主偏角的功用及选择,（1）主偏角的功用,影响切削刃形状、工作长度及单位切削刃上的
30、负荷磨损与耐用度： aw,ac 单位切削刃上的负荷,影响切削分力的大小及比例关系,影响刀尖强度、散热体积,影响断屑效果, ac 切屑从带状向挤裂变化易断,85,三 主、副偏角的功用及选择,（2）主偏角的选择,工艺系统的刚性较好时，主偏角可取小值，以提高耐用度,加工硬材料（冷硬铸铁、淬硬钢），取小的主偏角目的：降低单位刀刃负荷，提高刀尖强度、散热面积,单件小批量生产，要求刀具通用性好，一般选45、90,粗加工、半精加工、硬质合金车刀或系统刚性不足时，应选大的主偏角,振动,有时由工件形状决定：阶梯轴（90）、倒角（ 45）,86,三 主、副偏角的功用及选择,2、副偏角的选择,副偏角的功用与主偏角基
31、本相同,（1）一般情况下，在不引起振动的情况下，选小的副偏角：,（2）精加工应取的更小一些，必要时磨出修光刃,（3）加工高硬度材料或断续切削时，应取小的副偏角（ ），以提高刀尖强度,（4）切断刀、切槽刀、锯片铣刀、槽铣刀，为保证刀头强度和重磨后刀头宽度变化较小，需取很小的副偏角：,87,三 刃倾角的功用及选择,1、刃倾角的功用,（1）控制切削流出的方向,切屑沿刀刃法向流出,切屑流向已加工表面,切屑流向待加工表面,88,三 刃倾角的功用及选择,1、刃倾角的功用,（2）影响切削刃的锋利程度,流屑角,刃倾角增加，锋利性增大 微量精车、精刨时，采用大刃倾角（ap可达0.010.005）,89,三 刃倾
32、角的功用及选择,1、刃倾角的功用,（3）影响刀刃切削切入、切出时的接触点位置,可增加刀头强度， 提高抗冲击能力 提高散热能力,90,三 刃倾角的功用及选择,1、刃倾角的功用,（4）影响切入、切出时的平稳性,刀刃同时切入、切出工件，冲击大,刀刃逐渐切入、切出工件，切削平稳,91,三 刃倾角的功用及选择,1、刃倾角的功用,（5）影响切削分力的比例：,外圆车削：刃倾角由-45 增加到10时，Fy减小一半，Fx增加到原来的3倍Fz基本不变,（6）影响切削刃的工作长度,增加 切削刃的工作长度增加 刀刃单位负荷下降,92,三 刃倾角的功用及选择,2、合理刃倾角的选择原则,（1）硬质合金刀具加工一般的钢、铸
33、铁时：粗加工：s=0-5精加工：s=05有冲击：s=0-15,（2）加工高强度钢、高锰钢及淬硬钢时，s=-20-30,（3）工艺系统刚性不足时，尽量不用负的刃倾角,（4）微量切削时，s=4575,（5）金刚石、立方氮化硼等脆性大的刀具，s=0-5,刀具的各几何参数之间相互影响，要综合考虑！,93,第六节 工件材料的切削加工性,1 相对加工性：,其中： v（60）T=60min时，b=0.735MPa的正火状态下45号钢的允许切削速度（基准）v60其它各种材料T=60min时的允许切削速度,当 Kv 1时，说明该材料比45钢容易切削，例如有色金属Kv3； 当 Kv 1时，说明该材料比45钢难切削
34、，例如高锰钢、钛合金Kv0.65，均属难加工材料。,工件材料的切削加工性：在一定切削条件下，对工件材料进行切削加工的难易程度。,一 衡量切削加工性的指标,94,第六节 工件材料的切削加工性,材料的相对加工性分为8级,95,第六节 工件材料的切削加工性,一 衡量切削加工性的指标,2 已加工表面质量：凡是容易获得好的已加工表面质量的材料，其切削加工性较好，反之则切削加工性较差。精加工时，常用已加工表面粗糙度来评定材料的切削加工性。对有特殊要求的零件，则以已加工表面变质层深度、残余应力和加工硬化等指标来衡量材料的切削加工性。 3 切削力或切削温度在粗加工或机床动力不足时，常用切削力或切削温度指标来评
35、定材料的切削加工性。即相同的切削条件下，切削力大、切削温度高的材料，其切削加工性就差；反之，其切削加工性就好。对于某些导热性差的难加工材料，也常以切削温度来衡量。 4 切屑的处理性能在自动机床、组合机床及自动线上进行切削加工时，常采用这种衡量指标。凡是切屑容易折断的材料，其切削加工性就好；反之，则切削加工性较差。,96,第六节 工件材料的切削加工性,二 影响材料加工性的因素,1 工件材料的力学性能：材料硬度（常温硬度、高温硬度）越高，加工性越差材料韧性越大，加工性越差材料塑性越大，加工性越差 2 工件材料的物理性能导热系数越高，切削加工性越好 3 工件材料的化学性能活性元素的氧化、氮化、氯化等
36、,97,第六节 工件材料的切削加工性,二 改善切削加工性的途径,1 对材料进行热处理高碳钢、工具钢：球化退火，降低硬度热轧中碳钢：组织不均匀，正火低碳钢：冷拔或正火，降低塑性这是实际生产中常用的方法 2 调整材料的化学成分在钢中适当加入硫、钙、铅等元素，能减小变形、摩擦易切钢,98,第七节 切削液的选择,降低切削温度，提高刀具寿命； 减少工件、刀具的热变形，提高加工精度；降低断续切削时的热应力，防止刀具热裂破损等。,使用切削液后，切屑、工件与刀面之间形成完全的润滑油膜，成为流体润滑摩擦，此时摩擦系数很小,3）切削液的清洗作用,99,水溶液:主要成分是水，并加入少量的防锈剂等添加剂,有良好的冷却
37、作用和清洗作用。,矿物油少量动植物油 非溶性切削液主要起润滑作用。,乳化液乳化油用水稀释而成，具有良好的流动性和冷却作用，并有一定的润滑作用,100,切削液的性能要求,热容量大，导热性好，具有较好的冷却作用。 具有较高的油性或在金属表面的吸附作用。能使形成的吸附薄膜具有较高的强度，牢固的吸附在金属表面，起到良好的润滑作用。 防锈性好，对金属不起腐蚀作用，不会因腐蚀而损坏机床和工件的精度及表面粗糙度。 表面张力低，易于均匀扩散，有利于冷却和洗涤作用并具有较好的润滑性。,101,使用方便，价格低廉，要求容易配置并最好适用于多种金属材料和多种加工方式。对人体无害，无毒、无异味。稳定性好，使用寿命长。
38、切削废液量较大，考虑废液处理，避免造成环境污染。,102,按工件材料选用 加工钢等塑性材料时，需要切削液；加工铸铁等脆性材料时，不用切削液。 按刀具材料选用 高速钢刀具耐热性差，粗加工时应选用以冷却作用为主的切削液，以降低切削温度；在精加工时应使用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液，以提高加工表面质量。硬质合金刀具由于耐热性好，一般不用切削液； 按加工方法选用 对半封闭、封闭加工，选用极压乳化液或极压切削油，以对切削区进行冷却、润滑和对切屑冲洗。磨削加工时，由于磨削区温度很高，磨屑会破坏已磨削表面质量,要求切削液具有良好的冷却、清洗、排屑和防锈性能，一般选用乳化液。,103,第八节,1
39、04,选择切削用量的传统方法,切削用量的选择原则：先选较大的ap，再选较大的f，最后按耐用度计算v,切削用量与生产率的关系：线性v、f、ap增加一倍，生产率增加一倍,切削用量与耐用度的关系：v、f、ap增加，耐用度降低但：v影响最大，f次之，ap影响最小,105,选择切削用量的传统方法,1. 确定切削深度 ap,尽可能一次切除全部余量，余量过大时可分 2 次走刀，第一次走刀的切削深度取单边余量的 2/33/4 。,2. 确定进给量 f, 粗切时根据工艺系统强度和刚度条件确定（计算或查表） 精切时根据加工表面粗糙度要求确定（计算或查表）,3. 确定切削速度 v,根据规定的刀具耐用度确定切削速度 v （计算或查表）,4. 校验机床功率(仅对粗加工),式中 P 机床电机功率（KW）； 机床传动效率；FZ 主切削力（N）。,由：,，可导出：,106,切削用量的优化,概念,依据拟定的优化目标， 在必要的约束条件下选择最佳切削用量,目标： 经济成本最低；生产效率最高、利润率最大,约束： 保证加工质量、充分利用机床、充分利用刀具性能,多目标约束优化问题(matlab),
