1、第6章 金属切削原理,6.1 基本定义 6.1.1切削运动 金属切削加工时刀具和工件之间的相对运动，称为切削运动。图6-1表示了金属切削过程中常见的加工方法车削外圆，根据切削运动对切削加工过程中所起的作用不同，可分为主运动和进给运动。 任何切削方法必须有一个主运动而进给运动有一个、几个或者没有。主运动和进给运动可以由工件或刀具分别完成，也可由刀具单独完成。,6.1.2工件上的加工表面 （1）待加工表面，（2）已加工表面 ，（3）过渡表面。,6.1.3切削用量 切削用量是切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。,vf = nf = nz fz,6.1.4刀具的几何参数,（1）刀具切削部分的结构要素
2、。图6-2所示为外圆车刀切削部分。(2) 刀具标注角度参考系。图6-3。(3)刀具的标注角度。图6-4。,6.1.4刀具的几何参数（续）,(4) 刀具的工作角度。在切削过程中，因刀具受安装位置和进给运动的影响，使原标注坐标系参考平面的位置发生变化，造成工作角度（由工作参考系所确定的刀具角度）与标注角度不一样。 1）进给运动对刀具工作角度的影响。在切削过程中由于进给运动的影响，使原标注坐标系中的基面、切削平面向进给方向倾斜了一个角度，成为工作坐标系中的基面、切削平面，如图6-5、图6-6所示，从而影响了刀具的前角、后角。 2）刀具安装位置对工作角度的影响： 刀具安装高度的影响。如图6-7所示。
3、刀杆中心线与进给方向不垂直时的影响。如图6-8所示。,6.1.5切削层参数,切削层是指刀具切削部分沿进给运动方向移动一个进给量由一个刀齿所切除的工件材料层。一般用垂直于切削速度平面内的切削层参数来表示它的形状和尺寸，如图6-9所示。 （1）切削层公称厚度hD。hDfsinr （2）切削层公称宽度bD。 bDap /sinr （3）切削层公称横截面积AD 。ADhDbDfap,6.2 金属切削过程的物理现象,突出物理现象是切屑变形、切削力、切削热和刀具磨损等。 6.2.1切削层的变形 根据切削过程中整个切削区域金属材料的变形特点，可将切削层划分为三个变形区，如图6-10所示。分别为：1.第一变形
4、2.第二变形区3.第三变形区。 4. 切屑的种类：切削过程中切削层的变形程度不同，会产生不同形态的切屑。按切屑形态可分为以下四种基本类型，如图6-12所示。,6.2.2 切削力,切削金属时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形成为切屑所需要的力称为切削力。切削力来源于被加工材料的弹、塑性变形抗力和工件、切屑与前、后刀面之间的摩擦力。1.切削力的分析 :总切削力F分解为如图6-13所示的三个互相垂直的切削分力Fc、Ff和Fp。,6.2.2 切削力,4影响切削力的主要因素 (1)工件材料。工件材料的硬度越大、强度越高，切削力越大。加工硬化程度大，切削力也会增大。工件材料的塑性、韧性越大，切屑越不易折
5、断，使切屑与刀具前面的摩擦增大，切削力增大。 (2) 切削用量。切削用量中背吃刀量和进给量对切削力的影响较大。背吃刀量和进给量增加时，使切削层面积增大，增大了变形抗力和摩擦力，因而切削力随之增大 .,(3) 刀具几何参数。 (4) 其它因素。刀具、工件材料之间的磨擦系数因影响磨擦力而影响切削力的大小。,6.2.3切削热与切削温度,切削热是切削过程的重要物理现象之一。切削过程中所消耗的能量绝大部分（约9899）转变成热能，称为切削热。1 切削热的产生与传出 :切削热来自于切削区域的三个变形区，即切削层金属发生弹性和塑性变形功转变的热；刀具前刀面与切屑底部摩擦产生的热；刀具后刀面与工件已加工表面摩
6、擦产生的热。切削热分别由切屑、工件、刀具和周围介质传导出去。 2切削温度的分布 :切削温度一般指前刀面与切屑接触区域的平均温度。在切削过程中，切屑、刀具和工件不同部位的温度分布是不均匀的，图6-16所示为实验测出的正交平面内的温度分布。,3影响切削温度的主要因素 切削用量。增大切削用量时，切削功率增大，产生的切削热也多，切削温度就会升高。 工件材料。工件材料的强度和硬度越高，单位切削力越大，切削时所消耗的功就越多，产生的切削热也多，切削温度就越高。 刀具几何参数。刀具的前角和主偏角对切削温度影响比较大。 其它因素。,6.3 刀具磨损与刀具耐用度,6.3.1刀具的磨损形式 刀具的磨损发生在与切屑
7、和工件接触的前刀面和后刀面上，其磨损形式如图6-17所示。 (1) 前刀面磨损。 (2) 后刀面磨损。 (3) 前刀面和后刀面同时磨损或边界磨损。,6.3.2刀具磨损的原因(1)硬质点磨损。硬质点磨损是由于工件基体组织中的碳化物、氮化物、氧化物等硬质点及积屑瘤碎片在刀具表面的刻划作用而引起的机械磨损。 (2) 粘结磨损。在高温高压作用下，切屑与前刀面、已加工表面与后刀面之间的磨擦面上，产生塑性变形，当接触面达到原子间距离时，会产生粘结现象。,(3) 扩散磨损。切削过程中，由于高温、高压的作用，刀具材料与工件材料中某些化学元素可能互相扩散，使两者的化学成分发生变化，削弱刀具材料的性能，形成扩散磨
8、损。,(4) 化学磨损。在一定温度下，刀具材料与某些周围介质发生化学反应，生成硬度较低的化合物而被切屑带走，或因刀具材料被某种介质腐蚀，造成刀具的磨损。,6.3.3刀具的磨损过程及磨钝标准,(1)刀具的磨损过程。 (2)刀具的磨钝标准。刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。国际标准ISO统一规定以12背吃刀量处的刀具后刀面上测定的磨损带宽度VB作为刀具的磨钝标准。,6.3.4刀具耐用度 刀具耐用度是指刀具由刃磨后开始切削，一直到磨损量达到刀具的磨钝标准所经过的总切削时间,单位一般为分钟（min）。刀具寿命是指刀具从开始投入使用到报废为止的总切削时间。刀具耐用度反映了刀具
9、磨损的快慢程度。刀具耐度高，表明刀具的磨损速度慢；反之，则表明刀具磨损速度快。,6.4 工件材料的切削加工性,6.4.1材料切削加工性的评定 (1) 相对加工性 。保证相同刀具耐用度的前提下，切削某种材料所允许的切削速度记作VT ，其含义是：当刀具耐用度为T（min）时，切削这种材料所允许的切削速度值。当T=60min时，记作V60 。VT越高，则表示工件的切削加工性越好。生产中通常用相对加工性做为衡量标准.(2) 切削力和切削温度。在粗加工或机床动力不足时，常用切削力和切削温度指标来评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
10、。 (3) 已加工表面质量。在精加工时，用表面粗糙度值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。(4) 断屑的难易程度。在自动机床或自动生产线上，常用切屑折断的难易程度来评定材料的切削加工性。凡切屑容易折断的材料，其切削加工性就好，反之，切削加工性就差。,6.4.2影响材料切削加工性的主要因素,(1)材料的强度和硬度。工件材料的硬度和强度越高，切削力越大，消耗的功率也越大，切削温度刀就越高，刀具的磨损加剧，切削加工性就越差。 (2)材料的韧性。韧性大的材料，在切削变形时吸收的能量较多，切削力和切削温度较高，并且不易断屑
11、，故其切削加工性能差。(3)材料的塑性。材料的塑性越大，切削时的塑性变形就越大，刀具容易产生粘结磨损和扩散磨损；在中低速切削塑性较大的材料时容易产生积屑瘤，影响表面加工质量；塑性大的材料，切削时不易断屑，切削加工性较差。 (4)材料的导热系数。材料的导热系数越高，切削热越容易传出，越有利于降低切削区的温度，减小刀具的磨损，切削加工性也越好。,6.4.3常用金属材料的切削加工性 (1) 结构钢。 (2) 铸铁。 (3) 有色金属。 (4) 难加工金属材料。,6.4.4改善材料切削加工性的途径 常采用适当的热处理工艺，来改变材料的金相组织和物理机械性能，从而改善金属材料的切削加工性。另外，选择合适
12、的毛坯成形方式，合适的刀具材料，确定合理的刀具角度和切削用量，安排适当的加工工艺过程等，也可以改善材料的切削加工性能。,6.5 金属切削条件的合理选择,6.5.1刀具材料的选择 6.5.2刀具几何参数的选择 (1) 前角的选择。 (2) 后角的选择。 (3)主偏角与副偏角的选择。(4)刃倾角的选择。(5)其它几何参数的选择,6.5.3刀具耐用度的选择,刀具耐用度分两种：最高生产率耐用度和最低成本耐用度。刀具耐用度对切削加工的生产率和生产成本有较大的影响。 6.5.4切削用量的选择 选择合理的切削用量，要综合考虑生产率、加工质量和加工成本。一般地，粗加工时，由于要尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度，应优先选择大的背吃刀量，其次选择较大的进给量，最后根据刀具耐用度，确定合适的切削速度。精加工时，由于要保证工件的加工质量，应选用较小的进给量和背吃刀量，并尽可能选用较高的切削速度。(1) 背吃刀量的选择。 (2) 进给量的选择。(3) 切削速度的选择。(4)切削用量的优化设计。,6.5.5切削液的选择 (1) 切削液的作用 :冷却作用、润滑作用 、清洗作用 、防锈作用。 (2) 切削液的添加剂：油性添加剂、极压添加剂、表面活性剂、防锈添加剂。 (3) 常用切削液的种类与选用 水溶液、乳化液、切削油。,
